棉籽剥绒生产线自动化控制的现状与发展

棉籽剥绒生产线自动化控制的现状与发展

0轧花、剥绒一体加工模式控制装置在生产线上使用的问题随着棉籽深加工技术的进步，中国有许多大型的棉籽深加工公司。在生产线上使用的睡童机通常有10台或更多类型的剥削机。生产模式也从原来的研磨和剥皮中逐渐分离。目前生产线使用的剥绒机,虽然生产厂家产品型号有所不同,但是工作原理和结构都大同小异,只是在锯片数量方面有一定差异。在电气控制上,由原来的机械式控制喂籽改为人工控制电磁调速器或变频调速器控制喂籽。在轧花、剥绒一体加工模式下,目前的控制装置在生产线上使用显现的问题还不是太突出,主要是因为剥绒机台数少、容易操作,而且它是作为棉花加工生产的后道工序,剥绒后的棉籽作为榨油原料,其残绒含量大小并不影响后续生产,所以剥绒生产线上一台或两台设备出现问题影响也不大。但在规模较大的棉籽深加工生产线上,剥绒就成为生产线的前道工序,在其后道工序的深加工生产线已经普遍采用了电脑监控和管理的情况下,剥绒生产线的自动化控制程度在很大程度上决定着整条生产线的工作状态和棉籽加工生产效益。1纺织机械的问题目前,我国在用的主流棉籽剥绒加工生产线,主要存在以下几方面的问题。1.1棉籽卷下籽量调整主要原因是喂籽量仍依靠人工调节。由于喂籽量的多少是根据工作箱内棉籽卷密度大小调整的,它与棉籽毛头率大小、锯片的锋利程度、工作箱的调整角度都有很大关系,因此,操作工要经常用手触摸箱内棉籽卷,根据手感密度大小或电流大小,凭经验调整相应的下籽量。如将下籽量调整在满负荷状态下运行,虽然拨籽辊在一定的转速下拨籽,但是下籽量有一定的波动(主要是棉籽箱内棉籽多少的变化造成)。如下籽偏多时,操作工不能及时调整,电流会随着棉籽卷密度增加上升,造成恶性循环,直至堵塞或电机堵转,甚至烧坏电机。如下籽偏少,工作箱内棉籽密度减小,电流下降,剥绒机处在低负荷状态下运行,虽然能正常生产,但是生产效率低,而且增加了电能消耗。为了减少堵塞、降低劳动强度、保证正常生产,企业目前一般都采用降低负荷的运行方式。1.2继电器控制回收率低棉籽剥绒加工生产线的控制及保护系统,普遍采用的是传统的继电器控制,且整体控制中自动化程度较低,没有监控、自动联锁、智能保护等,如出现问题不能及时发现处理,经常造成堵塞,零部件损坏,烧毁电机,严重时会出现火灾。1.3车种的操作容易出现媒体使用上的安全隐患传统生产过程中的一些操作,如检测棉籽卷密度、锯片锋利程度、是否需要铣锉全部依靠操作工手感或经验来完成,即使有经验的操作工都很难达到最佳操作要求,别说新手了,而且还存在着严重的安全隐患,工伤事故时有发生。1.4控制自动控制所有剥绒机生产厂家的设备都没有设置通讯接口,很难实现集中监控和现代化管理。近年来,有的厂家在控制下籽量方面做了一些改造,如在工作箱密度板轴头上加装角度电位传感器,通过密度板旋转角度改变角度电位传感器阻值,用控制板控制喂籽电磁调速电机滑差离合器输入电压,以达到自动控制下籽量。而下籽量多少最合适,主要由锯轴电机和拨籽电机运行负荷决定,也就是反映在锯轴电机电流和拨籽电机电流上。由于上述方法采用的是模拟量控制,没有数字电路的连接,因此,不能使用一些先进的控制算法,只是通过密度板旋转带动角度电位传感器旋转,模拟人工调整。这种控制方法,虽然在开始运行中能起到一些自动调节作用,但由于角度电位传感器在使用中会出现磨损和位置改变,就会失去调节作用,如调整不当,还会影响面板给定值调整,所以后来没有得到成功应用。有的厂家采用了PLC、模拟量模块、电流传感器、电源模块和变频器等通过电气连接搭建的一个控制系统。虽然通过组态软件编程和电脑连接可以达到自动控制的目的,并能够成功应用,但是由于设置参数全要通过电脑进行,因此,一个系统如果只控制一台剥绒机造价太昂贵,实现起来并不现实。如果一个系统控制多台剥绒机,一旦系统出现问题,就会影响系统内的所有剥绒机正常工作,并且企业的一般电工很难处理这些问题,所以目前也只能在少量的生产线做试验应用。2控制系统的开发针对上述存在的问题,利用单片机技术研制开发出集检测、控制、显示、变频调速、通讯为一体的剥绒机控制系统,并成功应用在棉籽加工生产线上。2.1控制系统设计该系统采用仪表式样设计,结构紧凑。整个控制器可以装在剥绒机面板上,安装调试十分简便。由图1可看出,控制器由主单片机电路、显示电路、按键控制电路、电流检测电路、箱门位置检测电路、电机控制电路、喂籽量控制电路、485通讯电路组成。面板显示采用高亮度数码管,在运行期间可同时显示锯轴电机电流、拨籽辊电机电流、拨籽辊电机给定电流、喂籽电机给定频率4组数据,另外还有12个发光指示管,分别显示系统状态、电机运行状态、箱门位置及相应故障报警指示。控制上采用18只按键,功能分别有控制电源开键、总停键、参数设置键、复位键、开合箱键、电机启停键和给定值升降键。考虑到使用场所粉尘较多的情况,按键全部采用薄膜式。为方便剥绒机技术改造,降低改造费用,原剥绒机电流互感器、箱门位置检测行程开关、控制电机交流接触器都可继续使用,只是将互感器二次输出线、行程开关常开触点连线、接触器控制线分别接入控制器相应端子即可。系统将变频调速电路设计为一体,省去了使用变频器的复杂连接,只是将喂籽电机连线接入控制器。而串口连接也更为简便,将需要集中监控的剥绒机串口用带屏蔽的双绞线分别并联起来,通过232和485转换器接入电脑即可。控制器使用Modbus通讯协议,通讯地址可通过面板按键及显示根据生产线剥绒机编号设置。为方便维修和调试,系统状态可通过面板自动键和调试键转换。2.2自动停止和智能保护图2是控制系统在自动运行状态下的程序流程,在开机前根据说明书利用面板按键和显示设置好各种控制参数,并将参数值送入单片机内部存储器保存,断电也不会丢失。开机前按电源“开”按键,系统首先将控制电源接通,然后检测工作箱是否在开箱位置,如果不在开箱位置,系统自动将工作箱打开,处于等待状态,生产线附属控制设备启动完毕发出信号后,按键启动锯轴电机,系统检测锯轴电机电流是否在设置范围内,如在设置范围内可按键启动拨籽辊电机;系统检测拨籽辊电机电流是否在设置范围内,如在设置范围内可按合箱键。当合箱到位后,合箱电机自动停止,同时系统将自动启动喂籽电机,并按面板显示给定电流参数调整变频调速输出频率,以此来控制喂籽电机转速。根据锯轴和拨籽辊电机功率,可通过面板按键调整拨籽给定电流值,当拨籽给定电流值确定后,系统通过拨籽辊电机电流检测与给定电流比较,采用P、I、D及模糊算法并通过单片机PWM输出控制喂籽电机频率达到自动控制下籽量的目的。在正常工作中,假如因设备故障等原因造成锯轴电流或拨籽辊电流大于设定值,当时间连续值超过设定值时,系统将自动停止相应电机,并自动开启工作箱,同时,发出过流报警指示提醒操作人员。假如在开合箱过程中,由于缺相或限位开关失灵等原因造成开合箱超时,系统将自动停止开合箱,并发出相应超时报警指示。如在正常运行中棉籽箱被用空,操作人员没有及时停机,系统会根据锯轴和拨籽辊电流以及下籽频率进行综合判断,确认后自动按顺序停止拨籽辊电机、锯轴电机,然后开箱等待,同时锯轴和拨籽辊电流显示位置会出现闪烁,以示意本台剥绒机是缺籽停机。在自动状态下运行,操作人员还可根据面板锯轴和拨籽辊电流以及下籽频率的变化确定锯片是否需要铣锉(如使用组态软件进行集中监控,通过各台参数的历史曲线观察就更为方便)。因为在拨籽辊给定电流一定的情况下,锯轴电流会随着锯齿的锋利度下降而上升,喂籽频率会随着锯齿的锋利度下降而下降。在调试状态下所有启动顺序、互联锁、智能保护、控制算法均被屏蔽,开合箱按键处于点动状态,锯轴电机和拨籽辊电机可不按顺序启动,下籽量不能自动调节,只能通过给定频率升降键调整。因为智能保护被屏蔽,所以该状态只能在维修调试期间做短暂运行或更换锯轴筒期间使用,为了方便及安全,每次系统上的电压电流都默认为自动状态。3微细剥绒机控制系统在生产中的应用情况近年来,微电脑剥绒机自动控制系统在棉籽加工生产实践中得到了一定应用。从安徽池州云海植物蛋白有限公司30台剥绒机生产线、江西九江乐得士生物科技有限公司56台剥绒机生产线、河北邯郸晨光生物科技集团股份有限公司40台剥绒机生产线和66台剥绒机生产线的应用情况来看,微电脑剥绒机自动控制系统具有很多突出优势。3.1安装调试简单的东西采用仪表式设计,安装调试极为简便。因为接线端子大部分采用插件式,维修更换时不需要用电工,一般操作工3min即可完成。3.2系统智能在设备安装调试后,只需根据剥绒机的型号设置好各种控制参数,单片机会自动保存,不易丢失。3.3自动调整下籽量生产时只要将锯轴电机、拨籽辊电机启动并合箱后,调好拨籽辊给定电流,系统会自动调整下籽量,无需任何人工调整。假如发生故障,系统会自动停机开箱,并发出相应报警指示,不会出现堵塞、损坏零配件,烧毁电机等现象。3.4集中监控控制通过48