机采棉加工微电脑智能控制系统

■张顺 张锦石

〔1第一师十六团棉花加工厂，新疆 阿克苏 843000〕

〔2新疆阿克苏长龙棉机有限公司，新疆 阿克苏 843000〕

随着机采棉的逐渐增加和近年来大型轧花成套设备的涌现，传统的继电器控制和单一的PLC控制已经很难适应当前机采棉加工的需求。因为人工采摘的速度慢，所以加工进度也相对较慢。随着机采棉采收速度的加快，上市时间相对集中，再加上机采棉的回潮率较高，不宜存放时间过久，这就要求棉花加工企业在保证质量的前提下快速加工。由于机采棉在工艺流程中增加了大量的清理设备，整个生产过程又是流水作业，因此，无论是大的环节还是小的环节只要出现一点问题，都会影响正常生产。通过调查一些规模比较大的轧花厂，用户普遍反映安全运转率太低，主要问题是塞车，轻微的堵塞处理也要十几分钟以上，严重的堵塞处理起来甚至需要几个小时，有时塞车还会引发火警，严重影响生产。

一、设备堵塞的部位和原因

喂花机喂花是采用手动调整喂花量，很难控制均匀，有时会出现喂花量偏大，再加上喂花机输送带上的存棉高度和疏松程度不同，过多的喂花量会导致管道或清理设备堵塞。

在正常生产过程中，某个电机停转、某处传动链断裂、某处皮带打滑都会导致设备堵塞。

轧花机不能按照给定电流自动调整喂花量，操作不当易形成恶性循环，导致棉花回潮率不均匀，工作箱棉卷过紧致使锯片摩擦，出现火情。

虽然皮清尘笼、集棉尘笼正常运转，但是不下花导致堵塞。

管道内某处挂花，逐渐积累导致堵塞。

打包机停止踩压，长时间既不转箱，又没有停止轧花，导致踩压口堵塞。

二、目前国内控制系统的现状

笔者针对目前国内最大的两个棉机厂家安装的生产线进行观察和了解，先不讲其内部结构，就操作台部分来看，既有触摸屏，又有好多机械式按键，有好多部位用电子式甚至还有机械式表头，电脑监控显示器还镶有变频器操作面板。从显示画面和标牌上可以看出，触摸屏是控制电机的；电脑监控显示器是对一些模拟量，如电流、轴温进行监控；变频器操作面板是控制轧花机产量的。从外表看就是一个拼凑的系统，虽然触摸屏和电脑很先进，但是制造者只是将触摸屏作为按键盘，由于只使用一个触摸屏，因此界面尺寸有限，需要翻页操作，十分不方便。电脑也只是显示几组数据和一些报警，利用率太低并且缺乏一些关键的检测数据，如风压、转速、距离等。因为是积木式拼凑，线路复杂零散，一旦出现故障，一般电工很难解决。轧花从场外喂花到打包是流水作业，这就要求必须有一个完整的控制体系，也就是说各部分的控制连接必须融为一体，形成无缝连接，而目前所使用的是有缝连接。

三、机采棉加工微电脑智能控制系统

新疆阿克苏长龙棉机有限公司和科研单位合作研发生产了机采棉加工微脑智能控制系统，该系统采用模块化设计，有MCU模块、数据采集模块、电机控制模块（其中DA输出功能用以控制变频器或软启动）组成。可根据控制点数和采集点数配置模块数量，所有模块输入、输出连接全部使用插接件，安装、维修更换十分方便。控制显示界面全部采用触摸屏（也可使用电脑），整个界面显示按照工艺流程编排，所有电机的运行电流、管道风压、传动轴转速、棉箱棉量高度、打包机踩压口棉量高度、变频器给定频率、电机启停状态、故障报警都在工艺流程相应的位置直接显示，启停按键按照流程顺序编排，操作直观，无需翻页。整个系统实现全数值化控制，操作台无一机械按键，操作台和控制器之间还可以使用无线数传控制方式，使操作台可以任意移动。系统内所有电机互联锁，控制参数都可通过触摸屏进行修改，有些特殊参数还可以设置密码，如修改轧花机最大（上限）产量（频率），只有输入密码解锁，才能进行修改。

该系统设计除了有控制电机，内部编程实现电机互联锁的所有功能外，还有和变频器、软启动连接的专用接口、电压采集接口、电流采集接口、风压采集接口、转速采集接口、红外测距采集接口、温度采集接口等。整个系统可分为两个部分，下面就将其主要控制功能和原理按工艺流程作一介绍。

（一）场外喂花清理配棉部分

以双风管4台型为例，在自动状态下控制功能既可一键启动，也可单独启动（必须按设置顺序）。在启动中如果有的设备堵塞没有清理或其他故障造成堵转，显示屏会出现相应堵转电机堵转报警字样并自动停止启动，提醒处理，处理完后，按故障复位键，堵转报警字样消失后，才可以再次启动。这部分关键控制部件是输送带喂花变频器，1号阀和2号阀。设置使用的设备全部启动后，系统会自动检测风管风压、电机电流、传动轴转速等参数，如果正常就再检测4台轧花机储棉箱棉量，如1、2箱低于设置上限高度，3、4箱也低于设置上限高度，系统将自动打开1号阀和2号阀，同时按给定频率自动启动喂花机。由于喂花机输送带上的存棉高度和疏松程度不同，因此，下花量也会存在很大差异。为防止过多的喂花量造成堵塞，在两个喂花口上分别安装有风压传感器，通过对两管的风压采集并采用模糊算法，通过DA输出口自动调整喂花频率，以达到自动控制喂花量。如检测3、4箱全部到设置上限高度，而1、2箱没有到设置上限高度，系统会自动关闭2号阀，同时系统会自动降低DA输出，以适应单管喂花。如检测3、4箱全部到设置上限高度，1、2箱也都到设置上限高度，也就是4个箱全满时，系统会自动停止喂花机。同理，如果棉箱棉量下降到下限高度，系统会自动启动喂花机。上、下限控制高度可在界面上任意修改，如果轧花机储棉箱按照要求设计，可完全省去庞大的溢流棉装置，节省大量电能。在正常运行中系统对所有电机电流、管道风压、主要部件传动转速进行实时监控，一旦出现异常，显示界面就会及时报警，同时自动停止喂花和故障部位的上位相关设备，防止设备和管道中余棉堵塞的情况发生。

图1.外喂花清理配棉部分的流程图

图2.花集棉及棉籽输送部分的流程图

（二）轧花集棉及棉籽输送部分

在自动状态下，设置使用的设备全部启动后，只有检测参数都正常，才能合箱轧花，这部分关键控制部件是开合箱。轧花机自控使用的控制方法：首先设置好轧花给定电流，通过面板产量控制按键，通过控制喂花变频器频率来控制下花量，系统对采集的锯轴电流时时与给定电流作比较，如果锯轴电流小于给定电流，喂花变频器按给定频率稳定运转，如果再增加喂花变频器的给定频率，下花量增大，锯轴电流也将增大；当锯轴电流增加到大于给定电流时，产量上升键将被屏蔽，同时系统根据比较的电流大小，采用PID控制算法，通过DA输出，控制喂花变频器来控制下花量，使锯轴电流稳定在给定电流的状态下运行。杜绝了因操作不当或其它原因造成的工作箱棉卷过紧导致锯片摩擦，出现火情的现象。从轧花到集棉，皮清尘笼和集棉尘笼生产中是堵塞频率最多的部位，对此设备生产厂家也采取了一些措施，如有的厂家在给棉轴上安装速度继电器，有的厂家在给棉电路上安装电流继电器，这些措施虽然有一定的效果，但是还会造成不同程度的堵塞，严重影响生产。这是因为要想速度继电器起作用，只有等到堵塞力量使皮带打滑；电流继电器也同样，要等到堵塞力量使电流增加到继电器动作，所以这都不是理想的控制方法。从图2分析可知，皮清尘笼1的作用是将轧花机轧出的皮棉通过风力输送分离给皮清刺辊1清理。皮清尘笼2的作用是将皮清刺辊1清理出的皮棉通过风力输送分离给皮清刺辊2再清理。集棉尘笼的作用是将皮清刺辊2清理出的皮棉通过风力输送分离到淌棉道输送到打包机踩压口。尘笼的工作原理是在风压的作用下将皮棉吸附在尘笼网眼上，通过尘笼旋转到一定部位将皮棉剥下。尘笼正常工作状态下吸附的皮棉厚度是根据产量的变化而均匀变化的，输送皮棉过道上的风压也是在一定范围内均匀变化的。假如尘笼有堵塞前兆，吸附厚度会急剧增加，输送皮棉过道上的风压就会急剧减小，而管道挂花同样也会使内部风压产生变化。由此可知，只要在所有输送皮棉过道上进行风压采集，通过微电脑运算并进行自动控制，就可有效防止严重堵塞。该部分的控制方法是：在正常生产中哪条轧花线出现故障，系统首先就将那条线轧花机开箱，如集棉管、集棉尘笼、打包机踩压口堵塞，系统会自动将所有轧花机开箱；棉籽输送出现故障，系统同样会自动将所有轧花机开箱，并同时停止故障机的所有上位机。假如棉籽输送线上最后一道绞龙故障或打滑，绞龙停转，这时只停止轧花不停上位机的话，受线路较长的影响，上位输送线上的棉籽继续输送，同样会造成严重堵塞和挤坏设备。

四、机采棉加工微脑智能控制系统的应用

2013年机采棉加工微脑智能控制系统在新疆第一师16团新建的机采棉加工流水线上安装应用，该条生产线是4台型171轧花机。当年还对第一师14团的原有的3台型168轧花机生产线进行了自动化控制改造。通过一年的生产应用，该系统一致得到用户的好评。特别是14团的原3台型生产线上籽棉清理设备是进口设备，外型庞大，仅一个电机就是110 kW，在往年的生产中经常发生堵塞，处理的过程也相当困难，严重影响生产。

五、总结

该系统安装、操作、维护、更换十分方便，工厂电工即可完成。生产中不但减少了生产线用工，降低工人劳动强度，节能降耗，而且降低了设备的故障率，减少了生产中的安全隐患，大大提高了设备安全运转率和生产效率。机采棉加工微电脑智能控制系统的应用真正实现了集中监控，为现代化管理提供了有力的保障。