基于机械手的液体助剂自动计量与传送系统①

汤仪平

(1.黎明职业大学 2.泉州晨鑫自动化科技有限公司)

基于机械手的液体助剂自动计量与传送系统①

汤仪平1,2

(1.黎明职业大学 2.泉州晨鑫自动化科技有限公司)

针对印染行业在人工配送助剂过程中存在称量不准、易称错及效率低等问题，设计了一套液体助剂自动计量传送系统。采用“一机台一独立管道”分布式传送方式，应用PLC、变频器、质量流量计和智能机械手完成助剂自动计量与传送，达到减少助剂损耗、提高产品质量、节约人工成本的目的。同时完成对称量数据的采集与处理，为实现一次染色合格提供了保障。

助剂计量与传送 印染 PLC 机械手

在印染企业生产中，助剂用量是一项重要的工艺参数，影响着织物的加工质量和企业的节能减排[1～3]。目前，大部分印染企业在助剂配送领域自动化程度较低，通常采用人工配送助剂[4]，其缺点是：容易产生错误、效率低下、助剂浪费严重、产品质量不稳定，从而造成产品一次合格率低，生产成本增加，严重影响企业的生产效率并加重环境污染的程度；人工成本高，且车间环境对工人身体健康也有不利影响。

为了解决人工配送方式的不足，国内外相继研发液体助剂自动计量与传送系统。如国内某公司的自动液体称重控制系统[5]，使用电磁阀、隔膜泵与高精度电子秤，以“重量法”进行即时称重控制，准确高效，但是，该系统仍需要大量人力进行订单录入和助剂运送，属于半自动系统。又如国外某公司的液体助剂自动计量输送系统[6]，采用“总线式”管路方式，通过控制三通阀将助剂输送至指定机台管道分支，当总线管路上某个三通阀出现故障时，将导致整个系统停止工作，使用不灵活，而且由于无法根据助剂粘度来调节抽料泵转速，容易引起助剂管路堵塞。

笔者设计了一种分布式液体助剂自动计量与传送系统，在快速、准确配送助剂的基础上，采用变频器[7,8]根据助剂粘稠度对抽料泵进行调速，实现管道防堵塞；采用基于机械手的“一机台一独立管道”分布式传送方式，使系统更具灵活性；该系统还具备助剂消耗统计、成本分析和质量追踪的功能。

1 方案设计

助剂自动计量与传送系统主要由助剂配送管理、助剂计量与传送控制等模块组成(图1)。助剂配送管理系统通过工业以太网连接染机中央控制管理系统，获取车间机台的加料请求，优化排单，并向助剂计量与传送控制系统发送加料指令；助剂计量与传送控制系统接到指令后，开启相应的助剂管道阀门(助剂分配器)，使用质量流量计、离心泵及机械手等执行助剂的计量和传送，自动将助剂输送到对应的机台。

图1 助剂自动计量与传送系统结构框图

2 系统组成

2.1 助剂计量与传送控制系统

助剂计量与传送控制系统采用Profibus系统配置，以PLC控制器为主站，ET200分布式I/O为从站，实现对助剂分配器、质量流量计、变频器和离心泵的控制和对各个助剂桶的液位和机械手的监控。其中，工控机的监控系统采用组态软件MCGS开发，完成助剂计量输送过程的状态监控、报警显示及手动操作等功能。同时，预留离线传送助剂功能，即采用读码器扫描单号，快速读取任务信息，完成手动操作。助剂计量与传送控制系统构成如图2所示。

图2 助剂计量与传送控制系统构成示意图

助剂计量与传送控制系统的工作原理是工控机根据加料指令，获取传送指定机台、助剂及重量等信息，并将这些信息以指令形式传送至PLC控制器，由PLC控制器完成助剂的自动计量和传送。

助剂计量自动控制。首先，打开助剂分配器，启动变频器，根据助剂粘稠度对抽料泵进行调速，质量流量计开始计量，并将重量数据实时传送至PLC控制器；其次，当质量流量计的重量数值达到作业信息的目标值时，关闭对应助剂管道阀门，停止变频器工作，即停止抽料泵，质量流量计停止计量，助剂计量工作完成。

控制传料机械手。传料机械手(图3)的卡扣式管道接口与管道口嵌合，由于采用“一机台一独立管道”的分布传送方法，即每台染机均配备一条相独立的传送管道，因此，传料机械手出口端根据对PLC控制器指令，选择指定机台对应传送管道接口，与传送管道接口进行快速对接，保证助剂正确传送。

图3 传料机械手示意图

2.2 助剂配送管理系统

助剂配送管理系统结构如图4所示。

图4 助剂配送管理系统结构框图

基于VB软件开发任务管理、状态监控、记录统计和参数配置功能模块，助剂配送管理系统采用SQL SERVER数据库管理，助剂用量可以实时自动记录，并能够准确统计订单的消耗成本，同时，也可以按用户的需求，配置助剂品种、密度及管道等。

3 结果与讨论

将助剂计量与传送控制系统投入到染色车间使用，并记录助剂的需求量和实际配送量，部分记录数据见表1。可以看出，助剂的实际配送量与需求量的误差均在1.151 5%以下，助剂计量精度符合车间生产要求，最大限度地降低了人为操作造成的浪费。

4 结束语

助剂计量与传送控制系统集中完成各种助剂的密封配送，避免了人工输送时助剂在空气中的漂浮和漏料，有利于保护员工的身体健康，增加了染色过程中可控因素的比重，减少缸差，稳定产品质量，为提升产品品质提供保障。创造的直接经济效益如下：

a. 削减了劳动力，降低了人工成本。助剂工由原来的10人减为4人，节约了6名人员的工资，即6人×4000元/月/人=24000元/月。

b. 减少了传统人工输送方式存在的计量不准确造成的助剂浪费。据统计，以前称料室助剂用量与实际入库总量存在明显的偏差，损失费用达5 000元/月。

由此可见，该系统每年可直接为企业创收近35万元，经济效益显而易见。

表1 某天助剂自动配送系统在染色车间使用的部分记录

[1] 吴圳燚,吴金石,周鑫.染整设备对助剂的专用化要求[J].针织工业,2015，(4):51.

[2] 秦文利.染整前处理工艺及助剂的研究进展[J].化纤与纺织技术,2015,44(3):10～13.

[3] 杨荫堂.我国纺织印染助剂行业近30年的变迁及今后发展[J].印染助剂,2015,32(8):7～9.

[4] 李亮.基于流量计量的助剂自动配重系统[D].杭州:浙江理工大学,2013.

[5] 付贺檀,向忠,史伟民.基于PLC的助剂配送自动控制系统[J].机电工程,2012,29(5):549～552.

[6] 徐海江,巩宏跃,金万树.染料、助剂自动配送系统介绍[C].“海大杯”第六届全国染整机电装备暨资源综合利用新技术研讨会. 无锡：中国纺织工程学会,2012:128～135.

[7] 冯景青.利用电磁流量计、密度计、变频器和蠕动泵实现连续配料[J].新疆有色金属,2011, 34(z2):144～145.

[8] 司大滨.用变频器调速实现离心泵的节能降耗[J].炼油与化工,2014, (2):57.

Auto-meteringandConveyingSystemforLiquidAdditivesBasedonManipulator

TANG Yi-ping1,2

(1.LimingVocationalUniversity; 2.QuanzhouChenxinAutomation&TechnologyCo.,Ltd.)

Considering low efficiency and inaccuracy of manual metering in carrying additives in the dyeing industry, an auto-metering system for liquid additives was designed. In which, a distributed transmission mode of “metering machine for one independent pipeline” was adopted where PLC, frequency converter, mass flow meter and intelligent manipulator were applied for auto-metering and conveying of the additives to reduce the loss of additives, improve product quality and save labor costs; meanwhile,the data acquisition and processing were completed to guarantee a qualified rate of dyeing.

metering and conveying of additives, printing and dyeing, PLC, manipulator

TH865

A

1000-3932(2017)08-0754-03

2017-03-17)

黎明职业大学博士科研启动基金项目(LZB2015101)。

汤仪平(1983- )，讲师，从事生产过程自动化与信息化的研究，tangyiping100@126.com。

(Continued from Page 749)

Both experimental result and debugging operation shows that, the error between sampling value and actual value corrected stays below 0.3%, and this system runs stably and makes up for the traditional DSP in ADC acquisition.

KeywordsADC sampling acquisition correction and display, DSP, error,limited digital filtering, reference voltage