基于智能化清梳聯(lián)控制系統(tǒng)的研究

青島宏大紡織機(jī)械有限責(zé)任公司 楊銳彪 /文

1 前言

集中控制和智能互聯(lián)是紡機(jī)設(shè)備未來的發(fā)展方向。

集中控制可以大大簡化擋車工的操作，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。此外，集中控制可以將所有設(shè)備的運(yùn)行狀況、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和產(chǎn)量等生產(chǎn)信息進(jìn)行收集，通過網(wǎng)絡(luò)將這些信息傳送到企業(yè)管理信息系統(tǒng)，企業(yè)管理信息系統(tǒng)通過對(duì)這些設(shè)備基礎(chǔ)信息掌握，可對(duì)生產(chǎn)的調(diào)配、設(shè)備的維護(hù)、原料的采購，甚至是產(chǎn)品的銷售等環(huán)節(jié)進(jìn)行及時(shí)調(diào)控，從整體上更流暢地掌控企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營。智能互聯(lián)分為設(shè)備的智能化控制和信息遠(yuǎn)程互聯(lián)兩部分。智能化控制的設(shè)備可以自動(dòng)根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行情況調(diào)整設(shè)備工藝參數(shù)、生產(chǎn)產(chǎn)量，提高和控制產(chǎn)品質(zhì)量等，從而降低了紡織企業(yè)對(duì)勞動(dòng)力水平的依賴，減少企業(yè)用工，為企業(yè)的無人化、黑燈化生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

通過信息遠(yuǎn)程互聯(lián)，紡機(jī)企業(yè)可以通過網(wǎng)絡(luò)了解設(shè)備在紡織企業(yè)的運(yùn)行情況，并且可以遠(yuǎn)程診斷設(shè)備故障，提醒紡織企業(yè)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，為紡織設(shè)備的長期可靠的運(yùn)行，提高設(shè)備的使用壽命等提供了極高的保障。

目前用戶解決現(xiàn)場設(shè)備電氣問題一般通過電話聯(lián)系工程師技術(shù)支持，紡織廠電氣人員文化水平不高，往往需要溝通很長時(shí)間才能找到問題主因，有時(shí)候甚至需要停產(chǎn)等待技術(shù)人員現(xiàn)場解決。智能化控制系統(tǒng)需要考慮快速查找設(shè)備問題方法，充分利用通訊技術(shù)將各控制單元組網(wǎng)，利用先進(jìn)的視覺、檢測(cè)技術(shù)獲取現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算，從而控制單機(jī)、系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 智能化清梳聯(lián)系統(tǒng)的單機(jī)控制應(yīng)用

隨著高科技產(chǎn)品的應(yīng)用，信號(hào)檢測(cè)傳感器、信號(hào)變送器、測(cè)量顯示與記錄儀表、計(jì)算機(jī)接口與數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)總線與通信技術(shù)、干擾抑制技術(shù)得到了飛速發(fā)展[1]，尤其在精準(zhǔn)性、高速性、實(shí)時(shí)性表現(xiàn)的非常突出，智能檢測(cè)與控制技術(shù)的綜合應(yīng)用使單機(jī)控制性能得到了很大提升。下面主要從智能檢測(cè)、智能計(jì)算與智能控制方面闡述清梳聯(lián)系統(tǒng)的單機(jī)控制。

2.1 智能檢測(cè)

利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，從設(shè)備環(huán)境（溫濕度傳感器）、設(shè)備狀態(tài)（溫度、振動(dòng)傳感器）、設(shè)備運(yùn)行（視覺、圖像技術(shù)）、設(shè)備調(diào)整（精準(zhǔn)位移傳感器）、設(shè)備維護(hù)（能耗表）、RFID、圖像識(shí)別（二維碼）等方面進(jìn)行檢測(cè)和數(shù)據(jù)采集，通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換模塊顯示到終端，通過PC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析對(duì)比。在清梳聯(lián)系統(tǒng)中的主要應(yīng)用如下：

1) 顯示清梳聯(lián)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（運(yùn)行速度、管道壓力、稱重值、位移值），觀察設(shè)備的狀態(tài)曲線，掌握設(shè)備的運(yùn)行情況；

2) 對(duì)清梳聯(lián)設(shè)備主關(guān)件進(jìn)行排列和對(duì)比，檢測(cè)不合格的樣本、對(duì)樣本進(jìn)行分級(jí)管理、質(zhì)量跟蹤，以及全生命周期的管理；

3) 對(duì)清梳聯(lián)設(shè)備的能耗情況進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)（智能電表-總能耗、有功、無功、電壓、電流等數(shù)據(jù)），分析設(shè)備用電的占比情況；

4) 檢測(cè)梳棉機(jī)生條指標(biāo)和波動(dòng)情況，顯示生條重量的趨勢(shì)圖和不勻率并根據(jù)設(shè)定范圍進(jìn)行預(yù)警和超限停車功能。

2.2 智能計(jì)算

智能計(jì)算是人工智能化體系的一個(gè)分支，也是應(yīng)對(duì)AI趨勢(shì)的新計(jì)算形態(tài)。智能化工廠對(duì)設(shè)備提出“傻瓜化”要求，智能化控制系統(tǒng)應(yīng)該具有自我管理與升級(jí)的能力。在智能化清梳聯(lián)控制系統(tǒng)中，通過智能檢測(cè)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，同時(shí)結(jié)合系統(tǒng)大數(shù)據(jù)、專家系統(tǒng)達(dá)到更智能、更合理的控制性能，具體的應(yīng)用有往復(fù)抓包機(jī)智能探包、平包系統(tǒng)[2]。

2.3 智能控制的應(yīng)用

智能控制的應(yīng)用包括智能預(yù)警、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在清梳聯(lián)系統(tǒng)的主要應(yīng)用如下：

1) 通過溫度傳感器對(duì)清梳聯(lián)設(shè)備主關(guān)鍵部位溫度的檢測(cè)，并同正常工作狀態(tài)的溫度曲線進(jìn)行對(duì)比分析，超出設(shè)定范圍進(jìn)行提前預(yù)警，提醒維護(hù)工程師進(jìn)行檢修，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)重大損失；

2) 通過振動(dòng)傳感器對(duì)清梳聯(lián)設(shè)備主關(guān)鍵部位進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)設(shè)備的振動(dòng)值，并同標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)值進(jìn)行比對(duì)分析，超過范圍進(jìn)行提前預(yù)警，降低不合格率和間接損失；

3) 通過視覺傳感器可對(duì)清梳聯(lián)設(shè)備主要落棉部位進(jìn)行落棉成分分析，在落棉比例超過生產(chǎn)控制要求時(shí)，再通過步進(jìn)電機(jī)加推桿機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)備隔距進(jìn)行在線調(diào)整，達(dá)到生產(chǎn)工藝控制要求，提高產(chǎn)品合格率；

4) 通過壓差傳感器可對(duì)清梳聯(lián)系統(tǒng)管道壓力進(jìn)行檢測(cè)，監(jiān)控管道里的原料流量，通過調(diào)整給棉的速度、風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，保證管道內(nèi)原料匹配需求和管道壓力的穩(wěn)定，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；

5) 變頻器的應(yīng)用具有良好的啟動(dòng)特性和調(diào)速性能以及節(jié)能目的，在大慣性負(fù)載的控制中可以進(jìn)行飛車啟動(dòng)，在特殊負(fù)載的控制中可以通過自適應(yīng)進(jìn)行控制，以取得最佳的控制效果，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行；

6) 盤式電機(jī)以其低速高轉(zhuǎn)矩、散熱性好、節(jié)省安裝空間的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用，采用專用控制器驅(qū)動(dòng)盤式電機(jī)，和普通三相異步電動(dòng)機(jī)（11kw）相比可以節(jié)能25%左右；

7) 伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)了位置、速度和力矩的閉環(huán)控制，彌補(bǔ)了變頻器在低速和高速運(yùn)行中轉(zhuǎn)速性能不足的問題，在梳棉機(jī)高速高產(chǎn)運(yùn)行中提高了抗過載能力，適應(yīng)高速高產(chǎn)過程中瞬間負(fù)載波動(dòng)較大和快速反應(yīng)的要求，降低機(jī)械噪聲，保持設(shè)備高速穩(wěn)定運(yùn)行；

8) 工業(yè)PC的應(yīng)用，繼承了PC豐富的軟件資源又降低了成本，提高了處理速度和通訊速度，信息存儲(chǔ)量大，易于將過程控制、批量控制以及運(yùn)動(dòng)控制等合為一體，具體的應(yīng)用有梳棉機(jī)棉結(jié)在線檢測(cè)系統(tǒng)（通過工業(yè)PC和視覺系統(tǒng)采集的圖像信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理和智能計(jì)算得出一定單位內(nèi)的棉結(jié)數(shù)量，為用戶提供參考信息）和蓋板隔距在線檢測(cè)系統(tǒng)（通過工業(yè)PC和電渦流采集的位移信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)分析處理在HMI或者手機(jī)上顯示錫林與蓋板的實(shí)時(shí)隔距值和趨勢(shì)圖）。

3 智能化清梳聯(lián)系統(tǒng)方案

隨著用工成本的不斷增長，招工難、留工難已成為企業(yè)必須面對(duì)的問題，另一方面及時(shí)滿足客戶對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查驗(yàn)、對(duì)機(jī)臺(tái)質(zhì)量動(dòng)態(tài)的監(jiān)控、合理而詳細(xì)的設(shè)備保養(yǎng)計(jì)劃、整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)報(bào)表、能耗情況等都對(duì)清梳聯(lián)系統(tǒng)智能化方面提出了更高的要求。目前，智能化技術(shù)已經(jīng)在各單機(jī)上應(yīng)用或者在新的領(lǐng)域進(jìn)行了技術(shù)積累，如何將各單機(jī)的智能化技術(shù)整合在一起并形成有效的控制和管理方案，基于這幾點(diǎn)需求結(jié)合清梳聯(lián)系統(tǒng)的具體控制，本文提出了智能化清梳聯(lián)系統(tǒng)控制方案（如下圖1所示），該方案設(shè)計(jì)將智能化清梳聯(lián)控制系統(tǒng)集中安裝，各單臺(tái)系統(tǒng)通過高速數(shù)字總線連接起來，同時(shí)在單臺(tái)設(shè)備上增加本地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能（SCADA），搭載MES管理系統(tǒng)和ROSS遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)（Romote Operation ServiceSystem），最終實(shí)現(xiàn)以下優(yōu)勢(shì)：

1） 相比傳統(tǒng)的通訊連接，總線技術(shù)采用數(shù)字信號(hào)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，具有優(yōu)異的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能和強(qiáng)大的遠(yuǎn)程故障診斷能力，同時(shí)降低投資成本、空間和維護(hù)費(fèi)用；

2） 系統(tǒng)通用性強(qiáng)、兼容性較好，便于模塊化管理；

3） 各單機(jī)之間數(shù)據(jù)互通，可以根據(jù)各單機(jī)的實(shí)際狀態(tài)（產(chǎn)量和開車數(shù)量等）進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，保證系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性和生產(chǎn)效率[3]；

4） SCADA能夠正常掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、提高生產(chǎn)效率；

5） MES制造執(zhí)行系統(tǒng)能夠高效配置生產(chǎn)資源、減少浪費(fèi)、實(shí)時(shí)管控生產(chǎn)流程、對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)智能分析并知道生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率；

6） 通過web服務(wù)器、wifi等功能，隨時(shí)掌控生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、及時(shí)提醒設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)；

圖1

7） ROSS遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)可滿足用戶對(duì)產(chǎn)品、效率、故障等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，降低運(yùn)營成本。幫助用戶實(shí)現(xiàn)故障的快速維護(hù)（分析故障原因、提出解決方案）、設(shè)備程序的遠(yuǎn)程監(jiān)控和升級(jí)，降低用戶維護(hù)費(fèi)用。

4 結(jié)束語

通過智能檢測(cè)、智能計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)清梳聯(lián)智能化控制系統(tǒng)，本文闡述了該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和先進(jìn)性，以及在清梳聯(lián)系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了智能化清梳聯(lián)控制系統(tǒng)在用戶關(guān)注的重點(diǎn)（智能化、信息化、能耗優(yōu)化、設(shè)備安全保護(hù)、遠(yuǎn)程維護(hù)等）方面的先進(jìn)性。