基于智能化清梳联控制系统的研究

青岛宏大纺织机械有限责任公司 杨锐彪 /文

1 前言

集中控制和智能互联是纺机设备未来的发展方向。

集中控制可以大大简化挡车工的操作，降低劳动强度，提高工作效率。此外，集中控制可以将所有设备的运行状况、实时数据和产量等生产信息进行收集，通过网络将这些信息传送到企业管理信息系统，企业管理信息系统通过对这些设备基础信息掌握，可对生产的调配、设备的维护、原料的采购，甚至是产品的销售等环节进行及时调控，从整体上更流畅地掌控企业的生产运营。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自动根据设备的运行情况调整设备工艺参数、生产产量，提高和控制产品质量等，从而降低了纺织企业对劳动力水平的依赖，减少企业用工，为企业的无人化、黑灯化生产打下基础。

通过信息远程互联，纺机企业可以通过网络了解设备在纺织企业的运行情况，并且可以远程诊断设备故障，提醒纺织企业对设备进行维护保养，为纺织设备的长期可靠的运行，提高设备的使用寿命等提供了极高的保障。

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技术支持，纺织厂电气人员文化水平不高，往往需要沟通很长时间才能找到问题主因，有时候甚至需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方法，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、系统的稳定运行。

2 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、实时性表现的非常突出，智能检测与控制技术的综合应用使单机控制性能得到了很大提升。下面主要从智能检测、智能计算与智能控制方面阐述清梳联系统的单机控制。

2.1 智能检测

利用现代科学技术手段，从设备环境（温湿度传感器）、设备状态（温度、振动传感器）、设备运行（视觉、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）等方面进行检测和数据采集，通过相应的转换模块显示到终端，通过PC对数据进行存储和分析对比。在清梳联系统中的主要应用如下：

1) 显示清梳联设备实时数据（运行速度、管道压力、称重值、位移值），观察设备的状态曲线，掌握设备的运行情况；

2) 对清梳联设备主关件进行排列和对比，检测不合格的样本、对样本进行分级管理、质量跟踪，以及全生命周期的管理；

3) 对清梳联设备的能耗情况进行记录和统计（智能电表-总能耗、有功、无功、电压、电流等数据），分析设备用电的占比情况；

4) 检测梳棉机生条指标和波动情况，显示生条重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。

2.2 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，智能化控制系统应该具有自我管理与升级的能力。在智能化清梳联控制系统中，通过智能检测提供精准的数据基础，利用先进的算法对数据进行分析、处理，同时结合系统大数据、专家系统达到更智能、更合理的控制性能，具体的应用有往复抓包机智能探包、平包系统[2]。

2.3 智能控制的应用

智能控制的应用包括智能预警、执行机构，在清梳联系统的主要应用如下：

1) 通过温度传感器对清梳联设备主关键部位温度的检测，并同正常工作状态的温度曲线进行对比分析，超出设定范围进行提前预警，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；

2) 通过振动传感器对清梳联设备主关键部位进行及时检测，检测设备的振动值，并同标准的振动值进行比对分析，超过范围进行提前预警，降低不合格率和间接损失；

3) 通过视觉传感器可对清梳联设备主要落棉部位进行落棉成分分析，在落棉比例超过生产控制要求时，再通过步进电机加推杆机构对设备隔距进行在线调整，达到生产工艺控制要求，提高产品合格率；

4) 通过压差传感器可对清梳联系统管道压力进行检测，监控管道里的原料流量，通过调整给棉的速度、风机的风量，保证管道内原料匹配需求和管道压力的稳定，提高系统运行的稳定性；

5) 变频器的应用具有良好的启动特性和调速性能以及节能目的，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进行控制，以取得最佳的控制效果，保证设备的稳定运行；

6) 盘式电机以其低速高转矩、散热性好、节省安装空间的优势得到了广泛的应用，采用专用控制器驱动盘式电机，和普通三相异步电动机（11kw）相比可以节能25%左右；

7) 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中转速性能不足的问题，在梳棉机高速高产运行中提高了抗过载能力，适应高速高产过程中瞬间负载波动较大和快速反应的要求，降低机械噪声，保持设备高速稳定运行；

8) 工业PC的应用，继承了PC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、批量控制以及运动控制等合为一体，具体的应用有梳棉机棉结在线检测系统（通过工业PC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和电涡流采集的位移信号，经过信号分析处理在HMI或者手机上显示锡林与盖板的实时隔距值和趋势图）。

3 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，另一方面及时满足客户对生产数据的实时查验、对机台质量动态的监控、合理而详细的设备保养计划、整个系统的生产报表、能耗情况等都对清梳联系统智能化方面提出了更高的要求。目前，智能化技术已经在各单机上应用或者在新的领域进行了技术积累，如何将各单机的智能化技术整合在一起并形成有效的控制和管理方案，基于这几点需求结合清梳联系统的具体控制，本文提出了智能化清梳联系统控制方案（如下图1所示），该方案设计将智能化清梳联控制系统集中安装，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管理系统和ROSS远程运维系统（Romote Operation ServiceSystem），最终实现以下优势：

1） 相比传统的通讯连接，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强大的远程故障诊断能力，同时降低投资成本、空间和维护费用；

2） 系统通用性强、兼容性较好，便于模块化管理；

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

4） SCADA能够正常掌握系统运行状态、加快决策、提高生产效率；

5） 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知道生产，提高生产效率；

6） 通过web服务器、wifi等功能，随时掌控生产管理数据、及时提醒设备保养维护；

图1

7） 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，降低用户维护费用。

4 结束语

通过智能检测、智能计算技术的应用、实现清梳联智能化控制系统，本文阐述了该系统的优点和先进性，以及在清梳联系统中的实际应用，验证了智能化清梳联控制系统在用户关注的重点（智能化、信息化、能耗优化、设备安全保护、远程维护等）方面的先进性。