一種帶狀精干麻自動化連續生產裝置

陳 靜，薛建設，李朝康，袁佑新，周雪松，劉銘洋

（1.武漢理工大學，湖北 武漢430070；2.武漢三聯節能環保工程有限公司，湖北 武漢430074；3.武漢理工大學苧麻技術研究所，湖北 武漢430070）

進入21世紀以后，天然纖維紡織品順應世界“綠色環保”的發展潮流備受青睞，高檔優質的苧麻紡織品更是國際市場上“高雅”、“華貴”的象征［1］。苧麻是中國的特產，目前世界總產量95%以上產在中國，苧麻紡織品以其吸、透氣的優良服用性能和挺拔、粗獷的獨特風格在國內外市場上享有盛譽。

我國的苧麻梳紡技術嚴重滯后，阻礙了我國苧麻紡織工業的全面進步。在苧麻帶狀精干麻的生產過程中大多數的過程是單獨進行的，比如脫膠，過酸，水洗等工藝［2］。當一道工序完成后需要人工對半成品進行搬運，然后繼續進行下一道工序［3］。這種半自動化的生產方式相比于原始的生產方法，在一定程度上提升了產品質量，提高了產量，也相應地提高了生產效率，但是，在如今高度市場化的行業環境之下，在各行各業競爭無比激烈的大環境下，這種生產方式仍舊是無法滿足企業生存、發展需要的［4］。

針對目前苧麻帶狀精干麻生產過程自動化程度不高的現狀，設計了帶狀精干麻自動化連續生產裝置，實現帶狀精干麻機械化、連續化生產。

1 帶狀精干麻自動化連續生產裝置結構

帶狀精干麻的生產要經過脫膠、酸洗漂白、水洗、給油、去油和壓干等工序。帶狀精干麻生產工藝流程如圖1所示。

圖1 帶狀精干麻生產工藝流程

苧麻在經過前期的廢水煮練后首先進入脫膠機進行脫膠，除去苧麻上的果膠，接著對除去果膠后的苧麻產品進行酸洗和漂白處理。然后，半成品將送入到清水中進行清洗，去除上一步工序產品上殘留的酸性溶液。

水洗后的苧麻將被送入給油機中進行給油處理，因為經過脫膠后，原麻中的脂臘質已被除去，纖維手感粗硬、彈性差、可撓度低，且烘干時纖維易重新粘合在一起。通過給油能改善纖維的物理性能，提高可紡性。

給油之后的下一步工序是給油壓干。通過給油壓干機的處理將產品中多余的油液壓干。最后將產品送入牽引壓干機中進一步壓干，從而得到帶狀精干麻產品。

針對上述帶狀精干麻的生產要求，設計的帶狀精干麻生產裝置由生產機器及其控制系統組成。生產機器包括四打輥脫膠機、漂白酸洗機、雙打輥水洗機、給油機、給油壓干機和牽引壓干機，這六種生產機器分別用來依次完成前述的六道生產工序。該生產機器的控制系統由PLC作為控制器的現場總線分布式控制系統，該系統適用于各種工業生產現場，結構簡單，易于管理維修。

帶狀精干麻生產裝置結構圖如圖2所示。

圖2 帶狀精干麻生產裝置的結構圖

圖2中，7臺生產機器分別由7臺電機來拖動，7臺電機又分別由7臺變頻器驅動，變頻器掛在profibus總線上，并通過總線與控制器通訊。此外，該系統的實時參數，運行狀態通過與控制器相連的觸摸屏顯示，人機界面友好、直觀，便于控制管理。

2 帶狀精干麻自動化連續生產裝置的控制系統

帶狀精干麻自動化連續生產裝置的控制系統是基于profibus的現場總線結構，此結構是一種開放式、數字式、多點通信的底層控制網絡，能夠實現對生產現場穩定、準確、實時的控制，同時數據傳輸高效快速，使管理者能全面了解生產現場的生產過程狀況。帶狀精干麻生產裝置控制系統結構如圖3所示。

圖3 帶狀精干麻生產裝置控制系統結構

每一道生產工序單獨成一個被控對象，改進后的帶狀精干麻自動化連續生產線包括7臺電機：2臺四打輥苧麻脫膠機、酸洗機、雙打輥水洗機、給油機、給油壓干機、牽引壓干機，每臺電機構成一節傳動系統。其中第一節線速度10～15 m／min，第二節線速度與第一節線速度速比1∶1.05，第三節線速度第二節線速度速比1∶1.05，第四節線速度與第三節線速度速比1∶1.05，第五節與第四節線速度速比1∶1.5～2，第六節與第五節線速度速比1∶1.05，第七節與第六節線速度速比1∶1.1。若線速度配比不當，將造成牽伸倍數過小，纖維分離狀態較差，牽伸倍數過大，纖維過長容易出現脫節現象，嚴重影響產品質量。因此，如何實現各節傳動系統的線速度配比是一個值得深入考慮的問題，也是研究的重點。針對速度控制的要求，用變頻器來驅動電機是合理的方案。而在各道工序中，用來帶動生產機械的電機，其功率也不同（例如四打輥脫膠機功率是7.5kW，酸洗機功率是3kW，雙打輥水洗機功率是7.5kW，給油機功率是3kW，給油壓干機功率是5.5kW，牽引壓干機功率是11kW），故可根據不同的電機選用不同型號的變頻器來驅動。在系統中變頻器統一選用TD1000系列變頻器。該系列變頻器有多個不同型號，可以滿足該控制系統的要求。例如四打輥脫膠機功率是7.5kW，因此變頻器1和變頻器2可選用TD1000X－4T0075G，該變頻為通用型變頻器，功率為7.5kW。由于該系列變頻器不能直接掛入profibus總線，因此要連接總線適配器后再接入總線。TDS－PA01是針對艾默生公司TD系列變頻器開發的PROFIBUS－DP適配器，變頻器與TDS－PA01之間通過串行RS485總線進行連接，最高通訊速率125Kbps，可以滿足該系統現場控制的要求。

控制器選用的是S7200－CPU224，該型號PLC具有14個輸入點和10個輸出點，滿足本系統的輸入輸出點數要求。該變頻器屬于小型變頻器，經濟實用，觸摸屏采用TPC7062K型觸摸屏，該觸摸屏采用的是昆侖通態MCGS組態軟件，與S7－200PLC通過RS485協議進行 Modubus通信。

3 結語

本文通過對已有的帶狀精干麻生產設備進行改造，加入先進成熟的自動控制設計，使苧麻精干麻生產脫離了半自動半人工的生產方式。

該生產裝置具有生產效率高、使用方便等特點。通過實地試驗，該裝置臺時產量達到300～400kg，年生產帶狀精干麻2000多噸，產品質量可達到國家標準。此外該裝置還具有節能功能，節約用電40%，節約用水50%，節約用工70%，節約生產成本20%～30%。因此該帶狀精干麻自動化連續生產裝置具有較高的實用價值。

［1］房云玲，鄭麗莎，高山，等.基于轉杯紡紗的混紡苧麻和棉工藝優選［J］.山東紡織科技.2011，52（11）：15—17.

［2］沈金鳳，張元明.苧麻給油工藝探討［J］.現代紡織技術.2006，（2）：15—17.

［3］劉正初，彭源德，馮湘沅，等.苧麻生物脫膠工藝技術與設備生產應用研究［J］.中國農業科學.2000，33（4）：68—74.

［4］李朝康.苧麻脫膠機.中國.CN 165471A［P］.2005 8 17.