一组玻纤拉丝机数字化管理系统设计

谌建国

摘 要：文章针对一组独立运行且不具备联网功能的拉丝机设备所存在的管理困难，及质量不稳定的问题，设计了一个基于数据采集的数字化设备管理系统。系统采用半人工半自动化的数据采集方式，运用tcp/ip网络传输及access数据库保存数据，并且通过图形化的应用软件，展示出每台设备及设备之间的运行状况，方便了操作人员的调控管理，有效提高了产品质量。

关键词：数据采集;数字化应用;拉丝机;socket协议

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）02-010-04

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.02.005

随着工业4.0、物联网及5G网络等概念逐渐成为全球各行各业热议的话题，新技术正在给人们的生产生活带来越来越多的变化。而对于工厂业主来说，进行数字化转型改造却往往是一个让人感到困惑的问题。

感到困惑的原因大概有这几类：想做但不知道做什么;资金紧张，担心改造资金是个无底洞;不知道结果会怎么样，会不会花钱弄出一大堆无用设备等。

本设计以一组常规玻璃纤维拉丝机设备的数字化改造为例，以期说明以下几点内容：数字化改造首先应从实际需求出发;从数据收集发掘数据价值，关键在于理念;设备的更新并不是最主要的因素。

某玻璃纤维生产企业是一家较早进入中国的外资企业，笔者先后为该公司除炉窑之外的各主要生产环节进行过技术改造或自动化升级，大致包括拉丝机质量管理系统、产品的输送与自动分拣、纱团的烘干炉及缠绕包装等环节的技术改造。从对这家企业的一系列技术改造过程中，笔者有一个很深的感悟，就是企业对于数字化利用的提升重点在于理念和挖掘。

1 设备改造前的现状及问题

工厂有一批使用年代较长的老式国产旧款拉丝机，拉丝机的工作状况参差不齐，加之早期的拉丝机自动化程度不高，设备调整困难，所以其生产的产品质量非常不稳定，废品率较高，影响整体产量。

由于这批设备数量较多，出问题的概率比较高，技术人员疲于对设备状态进行调试、记录、整理。虽然花的时间很多，但结果还是条理不清，很难清晰地把握各台设备的问题所在。

车间迫切需要有一种方法，能够明确有效地把握这批设备的整体状况，经过分析和参考其它设备的应用经验，决定从数据的收集出发，通过计算机数据采集系统的应用，希望首先能充分展示出设备的运行状态，其次通过数据的累积及利用，以达到帮助改善设备运行状况的目的。

2 设备改造方案简介

拉丝机的生产产品为玻璃纤维原丝纱团。其大致的生产过程如下：原料通过熔炉融化后，经过流道流至拉丝机顶端，在合适的温度下经过多孔漏板流进拉丝机内部，伴随水冷却的过程，拉丝机高速将细纱缠绕到纱团纸筒上。

一台拉丝机有两个工位，分为内筒和外筒，两个工位轮流工作，以保证过程的连续性。产品主要控制的目标是纱团的重量，对于超小的纱团，被认为是不合格品，必须废弃;而过大的纱团则会影响后道工序，也必须进行控制。

根据实际生产现状及对成本控制的考虑，改造方案的整体思路为：通过台秤收集每个纱团的重量信息，通过网络通讯将信息上传至上位机数据库，监控管理软件以图形方式将数据直观形象地显示出来，以便现场管理人员判断拉丝机的工作状态，进而便于调整。

3 数据采集及处理系统设计

采集系统硬件设备包括智能化称重仪、上位计算机及通讯网络。软件系统包括数据采集界面、网络通讯接口、数据库写入模块、图形化显示界面。方案中，以区和位的模式对现场设备进行分类，这是条理化的有效手段，数据采集硬件网络如图1所示。

3.1 数据取样及发送

区位划分根据现场实际的设备布置而定，现场分东西各14台设备，故此分别将其标记为东、西、南、北四个区，程序中标记为1、2、3、4区，每个区有7台设备。每个区的7台拉丝机，由一台台秤负责收集数据。现场由操作人员将每次输出的纱团放置在台秤上称重，通过选择工位及内外筒信息触发台秤，将拉丝机的ID及内外筒信息发送给上位机数据采集驱动程序。

称重设备采用T800智能化称重仪进行定制化编程改造，改造后的操作界面如图2所示。

称重仪发送的信息，通过以太网socket协议发送至上位机数据采集接口，信息内容如表1所示。

3.2 信息的完整性编码效验

根据socket通讯的特点，数据传输存在丢包情况[1]。同时，由于拉丝机工作现场的环境较差，通讯网络也出现过硬件故障情况，这样就有可能出现称重仪发送数据而上位机没有收到的情况。

为了保证数据准确无误，需要对数据进行完整性效验。经过分析，此通讯具有以下特点：采集系统发送的数据是根据拉丝机完成产品加工，并由操作人员操作触发进行的，其发送的数据具有不定时性。网络是独立于其他网络的，其通讯存在较大的带宽富余。故此对数据进行以下效验措施。

下位机设置心跳信息并定时发送至上位机，上位机在未收到心跳信號时产生报警记录，由此可以判断出硬件故障，以便操作人员及时处理并暂停数据发送。

由于下位机称重仪的内存有限，内存中设置一个300条记录的暂存区，暂存区通过链表技术保留最近的采集数据，并以序列号进行标识。

上位机在接收到信息时，将接收正确的序列号返回至下位机;下位机在接收到完成信息时，将暂存区中的数据删除。

下位机在每次发送触发后的空闲时刻发送暂存区的所有信息，以保证数据的及时性。

下位机在暂存区存满时停止接收输入数据，操作人员在必要时，可以在其他称重仪上进行数据输入。

3.3 数据接收及保存

称重仪和上位机驱动程序之间的通讯采用C/S模式，称重仪为客户端，上位机的ACTIVEX通讯控件作为服务端接收数据。驱动程序在实例化后利用多线程对四台称重仪进行侦听，称重仪则以主动方式触发和服务器的连接并交换数据[2]。接收数据的数据包结构及接收指令如下：

struct T800

{

Long sn;

int id;

int userid;

int areaid;

int workid;

int inout;

int area;

float net;

tm date_time

};

通讯驱动程序在接收数据后，将数据保存到ACCESS数据表中，数据表以日期字符串为文件名进行管理，信息采集汇总如图3所示。

3.4 数据处理及显示

数据处理程序首先将每台拉丝机的当前产品型号输入到配置表格中，每种型号有其对应的理论参数值，其中包括每种产品的型号、产品的标准重量、上下限重量、皮重等。程序根据型号参数值，计算产品的实际重量及偏离标准值的大小，产品型号参数表如图4所示。

分析软件通过图形方式对每台拉丝机的采集数据进行展示，如图5所示。蓝色曲线和绿色曲线分别显示的是拉丝机内筒和外筒工件的重量，根据产品型号参数确定的范围，如果某一时刻的工件重量超过上下限范围，数据点则以红色亮点显示。

在运行中，当对玻璃液漏板温度进行调整时，调整的数据将保留到数据库中。因此，曲线能够反应出调节对产品所产生的影响。

由于具有设计中的分区分工位的排列方式，操作人员通过鼠标操作，可以快速浏览及比较各工位及不同工位间的生产情况。

由于本次改造中的拉丝机不具备自动调节功能，对于参数的调节，通过采用人工直接调节漏板温度的方式进行调节。从图6、图7的曲线状况可以清晰地看出，经过一段时间的运行，工件的质量正逐渐趋于稳定。

4 结语

工厂数字化应用，通常涉及研发、生产、销售、服务等诸多环节，此实例表达了生产管理中质量管理环节的数字化运用问题[3]。上述系统是一个数字化运用的非常简单而有效的实例，项目的投资很少，对产品的质量控制却带来了非常积极的改变。

参考文献

[1] 孫钦龙，邵惠鹤.Socket套接字在工业数据通信中的应用[J].控制工程，2006（5）：34-36.

[2] 孔昊，胡银保.线程在基于Socket通信中的应用[J].兰州工业高等专科学校学报，2010（2）：55-57.

[3] 彭俊松.工业4.0驱动下的制造业数字化转型[M].北京：机械工业出版社，2016.