基于機械手的液體助劑自動計量與傳送系統①

湯儀平

(1.黎明職業大學 2.泉州晨鑫自動化科技有限公司)

基于機械手的液體助劑自動計量與傳送系統①

湯儀平1,2

(1.黎明職業大學 2.泉州晨鑫自動化科技有限公司)

針對印染行業在人工配送助劑過程中存在稱量不準、易稱錯及效率低等問題，設計了一套液體助劑自動計量傳送系統。采用“一機臺一獨立管道”分布式傳送方式，應用PLC、變頻器、質量流量計和智能機械手完成助劑自動計量與傳送，達到減少助劑損耗、提高產品質量、節約人工成本的目的。同時完成對稱量數據的采集與處理，為實現一次染色合格提供了保障。

助劑計量與傳送 印染 PLC 機械手

在印染企業生產中，助劑用量是一項重要的工藝參數，影響著織物的加工質量和企業的節能減排[1～3]。目前，大部分印染企業在助劑配送領域自動化程度較低，通常采用人工配送助劑[4]，其缺點是：容易產生錯誤、效率低下、助劑浪費嚴重、產品質量不穩定，從而造成產品一次合格率低，生產成本增加，嚴重影響企業的生產效率并加重環境污染的程度；人工成本高，且車間環境對工人身體健康也有不利影響。

為了解決人工配送方式的不足，國內外相繼研發液體助劑自動計量與傳送系統。如國內某公司的自動液體稱重控制系統[5]，使用電磁閥、隔膜泵與高精度電子秤，以“重量法”進行即時稱重控制，準確高效，但是，該系統仍需要大量人力進行訂單錄入和助劑運送，屬于半自動系統。又如國外某公司的液體助劑自動計量輸送系統[6]，采用“總線式”管路方式，通過控制三通閥將助劑輸送至指定機臺管道分支，當總線管路上某個三通閥出現故障時，將導致整個系統停止工作，使用不靈活，而且由于無法根據助劑粘度來調節抽料泵轉速，容易引起助劑管路堵塞。

筆者設計了一種分布式液體助劑自動計量與傳送系統，在快速、準確配送助劑的基礎上，采用變頻器[7,8]根據助劑粘稠度對抽料泵進行調速，實現管道防堵塞；采用基于機械手的“一機臺一獨立管道”分布式傳送方式，使系統更具靈活性；該系統還具備助劑消耗統計、成本分析和質量追蹤的功能。

1 方案設計

助劑自動計量與傳送系統主要由助劑配送管理、助劑計量與傳送控制等模塊組成(圖1)。助劑配送管理系統通過工業以太網連接染機中央控制管理系統，獲取車間機臺的加料請求，優化排單，并向助劑計量與傳送控制系統發送加料指令；助劑計量與傳送控制系統接到指令后，開啟相應的助劑管道閥門(助劑分配器)，使用質量流量計、離心泵及機械手等執行助劑的計量和傳送，自動將助劑輸送到對應的機臺。

圖1 助劑自動計量與傳送系統結構框圖

2 系統組成

2.1 助劑計量與傳送控制系統

助劑計量與傳送控制系統采用Profibus系統配置，以PLC控制器為主站，ET200分布式I/O為從站，實現對助劑分配器、質量流量計、變頻器和離心泵的控制和對各個助劑桶的液位和機械手的監控。其中，工控機的監控系統采用組態軟件MCGS開發，完成助劑計量輸送過程的狀態監控、報警顯示及手動操作等功能。同時，預留離線傳送助劑功能，即采用讀碼器掃描單號，快速讀取任務信息，完成手動操作。助劑計量與傳送控制系統構成如圖2所示。

圖2 助劑計量與傳送控制系統構成示意圖

助劑計量與傳送控制系統的工作原理是工控機根據加料指令，獲取傳送指定機臺、助劑及重量等信息，并將這些信息以指令形式傳送至PLC控制器，由PLC控制器完成助劑的自動計量和傳送。

助劑計量自動控制。首先，打開助劑分配器，啟動變頻器，根據助劑粘稠度對抽料泵進行調速，質量流量計開始計量，并將重量數據實時傳送至PLC控制器；其次，當質量流量計的重量數值達到作業信息的目標值時，關閉對應助劑管道閥門，停止變頻器工作，即停止抽料泵，質量流量計停止計量，助劑計量工作完成。

控制傳料機械手。傳料機械手(圖3)的卡扣式管道接口與管道口嵌合，由于采用“一機臺一獨立管道”的分布傳送方法，即每臺染機均配備一條相獨立的傳送管道，因此，傳料機械手出口端根據對PLC控制器指令，選擇指定機臺對應傳送管道接口，與傳送管道接口進行快速對接，保證助劑正確傳送。

圖3 傳料機械手示意圖

2.2 助劑配送管理系統

助劑配送管理系統結構如圖4所示。

圖4 助劑配送管理系統結構框圖

基于VB軟件開發任務管理、狀態監控、記錄統計和參數配置功能模塊，助劑配送管理系統采用SQL SERVER數據庫管理，助劑用量可以實時自動記錄，并能夠準確統計訂單的消耗成本，同時，也可以按用戶的需求，配置助劑品種、密度及管道等。

3 結果與討論

將助劑計量與傳送控制系統投入到染色車間使用，并記錄助劑的需求量和實際配送量，部分記錄數據見表1。可以看出，助劑的實際配送量與需求量的誤差均在1.151 5%以下，助劑計量精度符合車間生產要求，最大限度地降低了人為操作造成的浪費。

4 結束語

助劑計量與傳送控制系統集中完成各種助劑的密封配送，避免了人工輸送時助劑在空氣中的漂浮和漏料，有利于保護員工的身體健康，增加了染色過程中可控因素的比重，減少缸差，穩定產品質量，為提升產品品質提供保障。創造的直接經濟效益如下：

a. 削減了勞動力，降低了人工成本。助劑工由原來的10人減為4人，節約了6名人員的工資，即6人×4000元/月/人=24000元/月。

b. 減少了傳統人工輸送方式存在的計量不準確造成的助劑浪費。據統計，以前稱料室助劑用量與實際入庫總量存在明顯的偏差，損失費用達5 000元/月。

由此可見，該系統每年可直接為企業創收近35萬元，經濟效益顯而易見。

表1 某天助劑自動配送系統在染色車間使用的部分記錄

[1] 吳圳燚,吳金石,周鑫.染整設備對助劑的專用化要求[J].針織工業,2015，(4):51.

[2] 秦文利.染整前處理工藝及助劑的研究進展[J].化纖與紡織技術,2015,44(3):10～13.

[3] 楊蔭堂.我國紡織印染助劑行業近30年的變遷及今后發展[J].印染助劑,2015,32(8):7～9.

[4] 李亮.基于流量計量的助劑自動配重系統[D].杭州:浙江理工大學,2013.

[5] 付賀檀,向忠,史偉民.基于PLC的助劑配送自動控制系統[J].機電工程,2012,29(5):549～552.

[6] 徐海江,鞏宏躍,金萬樹.染料、助劑自動配送系統介紹[C].“海大杯”第六屆全國染整機電裝備暨資源綜合利用新技術研討會. 無錫：中國紡織工程學會,2012:128～135.

[7] 馮景青.利用電磁流量計、密度計、變頻器和蠕動泵實現連續配料[J].新疆有色金屬,2011, 34(z2):144～145.

[8] 司大濱.用變頻器調速實現離心泵的節能降耗[J].煉油與化工,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)

黎明職業大學博士科研啟動基金項目(LZB2015101)。

湯儀平(1983- )，講師，從事生產過程自動化與信息化的研究，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