機(jī)采棉加工微電腦智能控制系統(tǒng)

■張順 張錦石

〔1第一師十六團(tuán)棉花加工廠，新疆 阿克蘇 843000〕

〔2新疆阿克蘇長龍棉機(jī)有限公司，新疆 阿克蘇 843000〕

隨著機(jī)采棉的逐漸增加和近年來大型軋花成套設(shè)備的涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的繼電器控制和單一的PLC控制已經(jīng)很難適應(yīng)當(dāng)前機(jī)采棉加工的需求。因?yàn)槿斯げ烧乃俣嚷?，所以加工進(jìn)度也相對較慢。隨著機(jī)采棉采收速度的加快，上市時(shí)間相對集中，再加上機(jī)采棉的回潮率較高，不宜存放時(shí)間過久，這就要求棉花加工企業(yè)在保證質(zhì)量的前提下快速加工。由于機(jī)采棉在工藝流程中增加了大量的清理設(shè)備，整個(gè)生產(chǎn)過程又是流水作業(yè)，因此，無論是大的環(huán)節(jié)還是小的環(huán)節(jié)只要出現(xiàn)一點(diǎn)問題，都會影響正常生產(chǎn)。通過調(diào)查一些規(guī)模比較大的軋花廠，用戶普遍反映安全運(yùn)轉(zhuǎn)率太低，主要問題是塞車，輕微的堵塞處理也要十幾分鐘以上，嚴(yán)重的堵塞處理起來甚至需要幾個(gè)小時(shí)，有時(shí)塞車還會引發(fā)火警，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

一、設(shè)備堵塞的部位和原因

喂花機(jī)喂花是采用手動(dòng)調(diào)整喂花量，很難控制均勻，有時(shí)會出現(xiàn)喂花量偏大，再加上喂花機(jī)輸送帶上的存棉高度和疏松程度不同，過多的喂花量會導(dǎo)致管道或清理設(shè)備堵塞。

在正常生產(chǎn)過程中，某個(gè)電機(jī)停轉(zhuǎn)、某處傳動(dòng)鏈斷裂、某處皮帶打滑都會導(dǎo)致設(shè)備堵塞。

軋花機(jī)不能按照給定電流自動(dòng)調(diào)整喂花量，操作不當(dāng)易形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致棉花回潮率不均勻，工作箱棉卷過緊致使鋸片摩擦，出現(xiàn)火情。

雖然皮清塵籠、集棉塵籠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但是不下花導(dǎo)致堵塞。

管道內(nèi)某處掛花，逐漸積累導(dǎo)致堵塞。

打包機(jī)停止踩壓，長時(shí)間既不轉(zhuǎn)箱，又沒有停止軋花，導(dǎo)致踩壓口堵塞。

二、目前國內(nèi)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

筆者針對目前國內(nèi)最大的兩個(gè)棉機(jī)廠家安裝的生產(chǎn)線進(jìn)行觀察和了解，先不講其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，就操作臺部分來看，既有觸摸屏，又有好多機(jī)械式按鍵，有好多部位用電子式甚至還有機(jī)械式表頭，電腦監(jiān)控顯示器還鑲有變頻器操作面板。從顯示畫面和標(biāo)牌上可以看出，觸摸屏是控制電機(jī)的；電腦監(jiān)控顯示器是對一些模擬量，如電流、軸溫進(jìn)行監(jiān)控；變頻器操作面板是控制軋花機(jī)產(chǎn)量的。從外表看就是一個(gè)拼湊的系統(tǒng)，雖然觸摸屏和電腦很先進(jìn)，但是制造者只是將觸摸屏作為按鍵盤，由于只使用一個(gè)觸摸屏，因此界面尺寸有限，需要翻頁操作，十分不方便。電腦也只是顯示幾組數(shù)據(jù)和一些報(bào)警，利用率太低并且缺乏一些關(guān)鍵的檢測數(shù)據(jù)，如風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速、距離等。因?yàn)槭欠e木式拼湊，線路復(fù)雜零散，一旦出現(xiàn)故障，一般電工很難解決。軋花從場外喂花到打包是流水作業(yè)，這就要求必須有一個(gè)完整的控制體系，也就是說各部分的控制連接必須融為一體，形成無縫連接，而目前所使用的是有縫連接。

三、機(jī)采棉加工微電腦智能控制系統(tǒng)

新疆阿克蘇長龍棉機(jī)有限公司和科研單位合作研發(fā)生產(chǎn)了機(jī)采棉加工微腦智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，有MCU模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電機(jī)控制模塊（其中DA輸出功能用以控制變頻器或軟啟動(dòng)）組成。可根據(jù)控制點(diǎn)數(shù)和采集點(diǎn)數(shù)配置模塊數(shù)量，所有模塊輸入、輸出連接全部使用插接件，安裝、維修更換十分方便?？刂骑@示界面全部采用觸摸屏（也可使用電腦），整個(gè)界面顯示按照工藝流程編排，所有電機(jī)的運(yùn)行電流、管道風(fēng)壓、傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速、棉箱棉量高度、打包機(jī)踩壓口棉量高度、變頻器給定頻率、電機(jī)啟停狀態(tài)、故障報(bào)警都在工藝流程相應(yīng)的位置直接顯示，啟停按鍵按照流程順序編排，操作直觀，無需翻頁。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)值化控制，操作臺無一機(jī)械按鍵，操作臺和控制器之間還可以使用無線數(shù)傳控制方式，使操作臺可以任意移動(dòng)。系統(tǒng)內(nèi)所有電機(jī)互聯(lián)鎖，控制參數(shù)都可通過觸摸屏進(jìn)行修改，有些特殊參數(shù)還可以設(shè)置密碼，如修改軋花機(jī)最大（上限）產(chǎn)量（頻率），只有輸入密碼解鎖，才能進(jìn)行修改。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了有控制電機(jī)，內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)電機(jī)互聯(lián)鎖的所有功能外，還有和變頻器、軟啟動(dòng)連接的專用接口、電壓采集接口、電流采集接口、風(fēng)壓采集接口、轉(zhuǎn)速采集接口、紅外測距采集接口、溫度采集接口等。整個(gè)系統(tǒng)可分為兩個(gè)部分，下面就將其主要控制功能和原理按工藝流程作一介紹。

（一）場外喂花清理配棉部分

以雙風(fēng)管4臺型為例，在自動(dòng)狀態(tài)下控制功能既可一鍵啟動(dòng)，也可單獨(dú)啟動(dòng)（必須按設(shè)置順序）。在啟動(dòng)中如果有的設(shè)備堵塞沒有清理或其他故障造成堵轉(zhuǎn)，顯示屏?xí)霈F(xiàn)相應(yīng)堵轉(zhuǎn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)報(bào)警字樣并自動(dòng)停止啟動(dòng)，提醒處理，處理完后，按故障復(fù)位鍵，堵轉(zhuǎn)報(bào)警字樣消失后，才可以再次啟動(dòng)。這部分關(guān)鍵控制部件是輸送帶喂花變頻器，1號閥和2號閥。設(shè)置使用的設(shè)備全部啟動(dòng)后，系統(tǒng)會自動(dòng)檢測風(fēng)管風(fēng)壓、電機(jī)電流、傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)，如果正常就再檢測4臺軋花機(jī)儲棉箱棉量，如1、2箱低于設(shè)置上限高度，3、4箱也低于設(shè)置上限高度，系統(tǒng)將自動(dòng)打開1號閥和2號閥，同時(shí)按給定頻率自動(dòng)啟動(dòng)喂花機(jī)。由于喂花機(jī)輸送帶上的存棉高度和疏松程度不同，因此，下花量也會存在很大差異。為防止過多的喂花量造成堵塞，在兩個(gè)喂花口上分別安裝有風(fēng)壓傳感器，通過對兩管的風(fēng)壓采集并采用模糊算法，通過DA輸出口自動(dòng)調(diào)整喂花頻率，以達(dá)到自動(dòng)控制喂花量。如檢測3、4箱全部到設(shè)置上限高度，而1、2箱沒有到設(shè)置上限高度，系統(tǒng)會自動(dòng)關(guān)閉2號閥，同時(shí)系統(tǒng)會自動(dòng)降低DA輸出，以適應(yīng)單管喂花。如檢測3、4箱全部到設(shè)置上限高度，1、2箱也都到設(shè)置上限高度，也就是4個(gè)箱全滿時(shí)，系統(tǒng)會自動(dòng)停止喂花機(jī)。同理，如果棉箱棉量下降到下限高度，系統(tǒng)會自動(dòng)啟動(dòng)喂花機(jī)。上、下限控制高度可在界面上任意修改，如果軋花機(jī)儲棉箱按照要求設(shè)計(jì)，可完全省去龐大的溢流棉裝置，節(jié)省大量電能。在正常運(yùn)行中系統(tǒng)對所有電機(jī)電流、管道風(fēng)壓、主要部件傳動(dòng)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)異常，顯示界面就會及時(shí)報(bào)警，同時(shí)自動(dòng)停止喂花和故障部位的上位相關(guān)設(shè)備，防止設(shè)備和管道中余棉堵塞的情況發(fā)生。

圖1.外喂花清理配棉部分的流程圖

圖2.花集棉及棉籽輸送部分的流程圖

（二）軋花集棉及棉籽輸送部分

在自動(dòng)狀態(tài)下，設(shè)置使用的設(shè)備全部啟動(dòng)后，只有檢測參數(shù)都正常，才能合箱軋花，這部分關(guān)鍵控制部件是開合箱。軋花機(jī)自控使用的控制方法：首先設(shè)置好軋花給定電流，通過面板產(chǎn)量控制按鍵，通過控制喂花變頻器頻率來控制下花量，系統(tǒng)對采集的鋸軸電流時(shí)時(shí)與給定電流作比較，如果鋸軸電流小于給定電流，喂花變頻器按給定頻率穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，如果再增加喂花變頻器的給定頻率，下花量增大，鋸軸電流也將增大；當(dāng)鋸軸電流增加到大于給定電流時(shí)，產(chǎn)量上升鍵將被屏蔽，同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)比較的電流大小，采用PID控制算法，通過DA輸出，控制喂花變頻器來控制下花量，使鋸軸電流穩(wěn)定在給定電流的狀態(tài)下運(yùn)行。杜絕了因操作不當(dāng)或其它原因造成的工作箱棉卷過緊導(dǎo)致鋸片摩擦，出現(xiàn)火情的現(xiàn)象。從軋花到集棉，皮清塵籠和集棉塵籠生產(chǎn)中是堵塞頻率最多的部位，對此設(shè)備生產(chǎn)廠家也采取了一些措施，如有的廠家在給棉軸上安裝速度繼電器，有的廠家在給棉電路上安裝電流繼電器，這些措施雖然有一定的效果，但是還會造成不同程度的堵塞，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。這是因?yàn)橐胨俣壤^電器起作用，只有等到堵塞力量使皮帶打滑；電流繼電器也同樣，要等到堵塞力量使電流增加到繼電器動(dòng)作，所以這都不是理想的控制方法。從圖2分析可知，皮清塵籠1的作用是將軋花機(jī)軋出的皮棉通過風(fēng)力輸送分離給皮清刺輥1清理。皮清塵籠2的作用是將皮清刺輥1清理出的皮棉通過風(fēng)力輸送分離給皮清刺輥2再清理。集棉塵籠的作用是將皮清刺輥2清理出的皮棉通過風(fēng)力輸送分離到淌棉道輸送到打包機(jī)踩壓口。塵籠的工作原理是在風(fēng)壓的作用下將皮棉吸附在塵籠網(wǎng)眼上，通過塵籠旋轉(zhuǎn)到一定部位將皮棉剝下。塵籠正常工作狀態(tài)下吸附的皮棉厚度是根據(jù)產(chǎn)量的變化而均勻變化的，輸送皮棉過道上的風(fēng)壓也是在一定范圍內(nèi)均勻變化的。假如塵籠有堵塞前兆，吸附厚度會急劇增加，輸送皮棉過道上的風(fēng)壓就會急劇減小，而管道掛花同樣也會使內(nèi)部風(fēng)壓產(chǎn)生變化。由此可知，只要在所有輸送皮棉過道上進(jìn)行風(fēng)壓采集，通過微電腦運(yùn)算并進(jìn)行自動(dòng)控制，就可有效防止嚴(yán)重堵塞。該部分的控制方法是：在正常生產(chǎn)中哪條軋花線出現(xiàn)故障，系統(tǒng)首先就將那條線軋花機(jī)開箱，如集棉管、集棉塵籠、打包機(jī)踩壓口堵塞，系統(tǒng)會自動(dòng)將所有軋花機(jī)開箱；棉籽輸送出現(xiàn)故障，系統(tǒng)同樣會自動(dòng)將所有軋花機(jī)開箱，并同時(shí)停止故障機(jī)的所有上位機(jī)。假如棉籽輸送線上最后一道絞龍故障或打滑，絞龍停轉(zhuǎn)，這時(shí)只停止軋花不停上位機(jī)的話，受線路較長的影響，上位輸送線上的棉籽繼續(xù)輸送，同樣會造成嚴(yán)重堵塞和擠壞設(shè)備。

四、機(jī)采棉加工微腦智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用

2013年機(jī)采棉加工微腦智能控制系統(tǒng)在新疆第一師16團(tuán)新建的機(jī)采棉加工流水線上安裝應(yīng)用，該條生產(chǎn)線是4臺型171軋花機(jī)。當(dāng)年還對第一師14團(tuán)的原有的3臺型168軋花機(jī)生產(chǎn)線進(jìn)行了自動(dòng)化控制改造。通過一年的生產(chǎn)應(yīng)用，該系統(tǒng)一致得到用戶的好評。特別是14團(tuán)的原3臺型生產(chǎn)線上籽棉清理設(shè)備是進(jìn)口設(shè)備，外型龐大，僅一個(gè)電機(jī)就是110 kW，在往年的生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生堵塞，處理的過程也相當(dāng)困難，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

五、總結(jié)

該系統(tǒng)安裝、操作、維護(hù)、更換十分方便，工廠電工即可完成。生產(chǎn)中不但減少了生產(chǎn)線用工，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)能降耗，而且降低了設(shè)備的故障率，減少了生產(chǎn)中的安全隱患，大大提高了設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)率和生產(chǎn)效率。機(jī)采棉加工微電腦智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用真正實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)控，為現(xiàn)代化管理提供了有力的保障。