基于智能化清梳联控制系统的研究

杨锐彪

(青岛宏大纺织机械有限责任公司，山东 青岛 266042)

0 引言

集中控制和智能互联是纺织机械未来发展方向。

集中控制极大地简化了挡车工的操作、降低其劳动强度、提高工作效率，同时也可将所有设备运行状况、实时数据和产量等信息收集起来，并通过网络传送到企业管理信息系统，通过对设备基础信息的掌握，从而对生产调配、设备维护、原料采购及产品销售等环节进行及时调控，全面控制企业生产运营。

智能互联分为设备的智能化控制和信息远程互联两部分。智能化控制的设备可以根据设备的运行情况自动调整工艺参数，提高和控制产品质量，降低对工人技术水平的依赖、减少企业用工，为企业实现无人化、熄灯化生产打下基础。通过信息远程互联，纺织机械制造企业可以通过网络远程了解设备在纺织企业的运行情况，诊断设备故障，提醒纺织企业对设备进行维护保养等，从而提高设备的使用寿命，为设备的长期可靠运行提供保障。目前，用户解决现场设备电气问题一般通过电话联系工程师进行技术支持，往往需要很长时间才能找到问题主因，甚至要停产等待技术人员现场解决。智能化控制系统需要考虑快速查找设备问题的方法，应充分利用通讯技术将各控制单元组网，利用先进的视觉、检测技术获取现场的原始数据进行分析、计算，从而控制单机或系统的稳定运行。

1 智能化清梳联系统的单机控制应用

随着高科技产品的应用，信号检测传感器、信号变送器、测量显示与记录仪表、计算机接口与数据采集技术、数据总线与通信技术、干扰抑制技术得到了飞速发展[1]，尤其在精准性、高速性和实时性等方面表现非常突出，智能检测、智能计算与控制技术的综合应用使单机控制性能得到了很大提升，其已在清梳联系统单机控制中成功应用。

1.1 智能检测

应用现代科学技术对设备环境(温湿度传感器)、设备状态(温度和振动传感器)、设备运行(视觉和图像技术)、设备调整(精准位移传感器)、设备维护(能耗表)、RFID、图像识别(二维码)等进行检测和数据采集，通过相应的转换模块显示到终端，用PC机对数据进行存储和分析对比。

该技术在清梳联系统中的主要应用如下：

a) 显示设备的实时数据，如运行速度、管道压力、称重和位移，观察设备的状态曲线，掌握设备的运行情况；

b) 对设备主要关键件进行排列和对比，检测不合格的样本，对样本进行分级管理、质量跟踪，以及全生命周期管理；

c) 对设备的能耗情况进行记录和统计，如智能电表的总能耗、有功功率、无功功率、电压、电流等，以分析设备用电的占比情况；

d) 检测梳棉机生条指标及其波动情况，显示生条质量的趋势图和不匀率，并根据设定范围进行预警和超限停车功能。

1.2 智能计算

智能计算是人工智能化体系的一个分支，也是应对AI趋势的新计算形态。智能化工厂对设备提出“傻瓜化”要求，智能化控制系统应具有自我管理与升级的能力。在智能化清梳联控制系统中，在智能检测提供精准数据的基础上，利用先进的算法对数据进行分析和处理，同时结合系统大数据、专家系统达到更智能、更合理的控制功能，目前已应用的有往复抓包机智能探包、平包系统[2]。

1.3 智能控制

智能控制的应用包括智能预警和执行机构，其在清梳联系统的主要应用如下：

a) 通过温度传感器对清梳联关键部位的温度进行检测，与正常工作状态的温度曲线进行对比分析，超出设定范围提前预警，提醒维护工程师进行检修，提高设备运行的稳定性，避免出现重大损失。

b) 通过振动传感器对清梳联设备关键部位及时进行检测，将设备检测的振动值与标准振动值进行对比分析，超过范围时提前预警，可降低不合格品率和间接损失。

c) 通过视觉传感器对清梳联设备落棉部位的落棉进行成分分析，当落棉比例超过生产控制要求时，通过步进电机加推杆机构对设备隔距在线进行调整，以达到生产工艺控制要求，提高产品合格率。

d) 通过压差传感器对清梳联系统管道压力进行检测，监控管道里的原料流量，通过调整给棉速度和风机风量保证管道内原料匹配需求，稳定管道压力，提高系统运行的稳定性。

e) 变频器的应用具有良好的启动特性、调速性能及节能，在大惯性负载的控制中可以进行飞车启动，在特殊负载的控制中可以通过自适应控制以取得最佳的控制效果，保证设备的稳定运行。

f) 盘式电机具有低速高转矩、散热性好、节省安装空间等优势被广泛应用，采用专用控制器驱动盘式电机，与普通三相异步电机(11 kW)相比可节能约25%。

g) 伺服电机实现了位置、速度和力矩的闭环控制，弥补了变频器在低速和高速运行时转矩不足的问题，在梳棉机高速高产运行中提高了抗过载能力，满足其瞬间负载波动较大和快速反应的要求，以降低机械噪声，保持设备高速稳定运行。

h) 工业PC机的应用，继承了PC机丰富的软件资源又降低了成本，提高了处理速度和通讯速度，信息存储量大，易于将过程控制、批量控制及运动控制等结合为一体。具体应用有梳棉机棉结在线检测系统(通过工业PC机和视觉系统采集的图像信号，经过信号处理和智能计算得出一定单位内的棉结数量，为用户提供参考信息)和盖板隔距在线检测系统(通过工业PC机和电涡流采集位移信号，信号经过分析处理后，在HMI或者手机上显示锡林—盖板的实时隔距值和趋势图)。

2 智能化清梳联系统方案

随着用工成本的不断增长，招工难、留工难已成为企业必须面对的问题，及时满足客户对生产数据的实时查验、对机台质量的动态监控要求，制定合理、详细的设备保养计划，随时掌握整个系统的生产报表和能耗情况等，对清梳联系统智能化提出了更高的要求。基于智能化技术已在各单机上应用或者在新的领域进行的技术积累，将各单机的智能化技术整合并形成有效的控制和管理方案，结合上述需求及清梳联系统的实际情况，笔者给出的智能化清梳联系统控制方案如图1所示。该方案将智能化清梳联控制系统集中安装，使各单台系统通过高速数字总线连接起来，同时在单台设备上增加本地数据采集和监控功能(SCADA)，搭载MES制造执行管理系统和ROSS远程运维系统，最终实现目标。

图1 智能化清梳联系统控制方案

相比传统的通讯连接，本系统具有以下优势：

a) 总线技术采用数字信号，提高了系统的稳定性和准确性，具有优异的远程监控功能和远程故障诊断能力，可降低投资成本、空间和维护费用；

b) 系统通用性强、兼容性较好，便于模块化管理；

c) 各单机之间数据互通，可以根据各单机的实际状态(产量、开车数量等)进行参数优化，保证系统运行的连续性和生产效率[3]；

d) SCADA能够正常掌握系统运行状态，加快决策，提高生产效率；

e) MES制造执行系统能够高效配置生产资源、减少浪费，实时管控生产流程，对生产数据智能分析并指导生产，提高生产效率；

f) 通过web服务器、WIFI等功能，随时掌控生产管理数据，及时提醒设备进行保养维护；

g) ROSS远程运维系统可满足用户对产品、效率、故障等数据的统计分析，降低运营成本；帮助用户实现故障的快速维护(分析故障原因、提出解决方案)、设备程序的远程监控和升级，降低维护费用。

3 结语

清梳联智能化技术的发展有助于纺织企业的技术升级和劳动力成本降低。应用智能检测、智能计算技术，实现清梳联智能化控制系统方案的设计，满足了用户对生产调配、设备维护、原料采购甚至产品销售等环节进行及时调控的需求，在信息化、智能化、能耗优化、设备安全保护及远程维护等方面具有先进性。