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1、【系統(tǒng)設計論文】談筒紗生產線分揀設備控制系統(tǒng)設計 摘要：在分析了筒紗包裝生產線分揀設備的組成和工作原理，制定了筒紗分揀方案；在控制系統(tǒng)硬件設計的基礎上，完成了PLC控制程序和人機交互界面的設計；實際生產線的測試結果證明，控制系統(tǒng)能夠滿足筒紗生產的分揀要求。 關鍵詞：筒紗；分揀；自動化 引言 筒紗是現(xiàn)代紡織業(yè)絡筒工藝的產出品，是制成服裝的基礎材料。隨著我國紡織業(yè)的飛速發(fā)展，市場要求機械設備的自動化、智能化程度更高，生產方式的高速、高效、高可靠性及新工藝、新技術的應用成為今后紡織業(yè)的發(fā)展方向[1]，必須要保證產品高質量與高生產效率的統(tǒng)一。當下

2、大多數(shù)企業(yè)滿足市場需求的手段是擴大生產規(guī)模及提高工人的生產效率，人工操作機械生產筒紗依然是主要的生產方式，這種方式占用了大量的人力資源，效率低下且產品質量不能得到保證[2]。部分企業(yè)雖然購買了進口設備，提高了筒紗質量、生產效率，節(jié)省人工成本，但設備昂貴、維護成本較高。隨著現(xiàn)代工業(yè)模式的轉變，“機器換人”已然成為業(yè)內的必然選擇。實現(xiàn)筒紗生產包裝的自動化已是目前行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，是紡紗廠產業(yè)升級的必經之路[3-5]。在傳統(tǒng)生產方式效率不能提升和進口設備成本高的情況下，自主開發(fā)自動化程度高的紡紗設備已是大勢所趨。 1分揀系統(tǒng)總體設計 1.1筒紗分揀設備的系統(tǒng)組成與工

3、作原理 筒紗生產線分揀設備的作用是對生產車間已經生產好的筒紗進行識別后分揀。其設計主要分為機械主體與電氣控制兩個部分。整個系統(tǒng)包含了上料、送料、下料3個子系統(tǒng)，其總體設計結構如圖1所示。其中每個上下料單元皆可獨立控制，以便根據各個企業(yè)的實際要求進行相應調整。這種設計方案的上下料單元可替換性強，便于設備的維護保養(yǎng)。筒紗分揀系統(tǒng)的上料、送料、下料均為自動控制，通過人機交互界面實現(xiàn)相應的操作和人機交互。上下料系統(tǒng)的動力裝置為伺服電動機，傳動方式為鏈傳動。上下料機構示意圖如圖2所示。上料系統(tǒng)工作時，將筒紗放置于機械臂上，機械臂從支撐柱上升至吊桶下方的傳感器位置時，傳感器檢測筒紗的型號及

4、規(guī)格，機械臂將其送至軌道上循環(huán)的相應吊桶，筒紗在自身重力作用下停留于吊桶之中完成筒紗的分揀，同時伺服電動機控制機械臂下降到原始位置（零位），開始下一個循環(huán)。循環(huán)送料系統(tǒng)在鏈條傳動下進行循環(huán)動作，吊桶束于鏈條下方跟隨鏈條運動。下料系統(tǒng)同樣采取伺服電動機傳動，其機械臂零位位于吊桶下方，其動作過程與上料系統(tǒng)相反，當一個傳感器檢測到吊桶中的筒紗為所接受的規(guī)格時，其所屬的機械臂便將筒紗抓取至包裝工位，隨后機械臂回歸至零位，等待下一個循環(huán)。 1.2系統(tǒng)的技術要求 為了滿足生產需求，筒紗生產線分揀設備的控制系統(tǒng)需滿足的技術要求如下：1）能夠識別不同規(guī)格的筒紗并進行分揀；2）能

5、夠通過人機交互界面顯示和設置各項參數(shù)；3）能夠進行故障檢測并報警，具有故障復位功能；4）生產效率滿足實際生產要求。 1.3分揀方案設計 筒紗分揀系統(tǒng)中，吊桶安裝于循環(huán)軌道之上，布局方式如圖3所示。軌道中安裝有6種擁有不同標志的吊桶以裝載不同規(guī)格的筒紗，每種標志以包含圓點的數(shù)目來區(qū)分，傳感器通過掃描標志來區(qū)分吊桶，從而得到吊桶對應的筒紗規(guī)格信息。根據生產要求，可將識別規(guī)格的數(shù)量做相應調整。 2控制系統(tǒng)硬件設計 2.1電氣系統(tǒng)組成 筒紗分揀系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)主要由PLC、伺服控制系統(tǒng)、人機交互單元組成。PLC作為核心控制裝

6、置，用以實現(xiàn)對伺服系統(tǒng)的定位控制及對其他動作元件的邏輯控制；伺服控制系統(tǒng)用以實現(xiàn)上下料機械臂的精確定位和速度調整；人機交互單元選用臺達的HMI，實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)顯示、參數(shù)修改及基本操作等功能。圖4為系統(tǒng)的主電路原理圖。的品牌和型號為臺達DVP60ES00T2，含輸入端口36個，輸出端口為24個，輸出為晶體管型，交流電源供電[6]。PLC以脈沖形式驅動伺服控制器，伺服控制器驅動上下料伺服電動機，使上下料機械臂垂直運動。筒紗分揀系統(tǒng)所使用的伺服系統(tǒng)采用的控制模式為位置控制，該控制模式可以使筒紗上下料機械臂穩(wěn)定升降，可以避免系統(tǒng)位置偏移，以應對筒紗需精確定位的要求[7-8]。為了更好地控制機械臂的動作，

7、保證其運行穩(wěn)定性與精準性，選擇臺達ASDA-B2系列的伺服驅動器及相配套電動機作為機械臂的驅動單元。 3控制系統(tǒng)軟件設計 3.1PLC程序設計 系統(tǒng)所采用的臺達DVP系列PLC使用ISPSoft編程，該軟件的用戶程序包含主程序及功能塊。圖5為筒紗分揀系統(tǒng)PLC時序圖。該系統(tǒng)將PLC程序分為上料、送料循環(huán)和下料3個系統(tǒng)，這3個系統(tǒng)既可以獨立控制，也可作為整體協(xié)同工作。筒紗分揀系統(tǒng)上料工作要求如下（以1號規(guī)格為例）：1）接通電源，按下啟動按鈕，啟動指示燈亮;2）當檢測筒紗的傳感器檢測到筒紗到達機械臂位置，上料驅動電源接通，機械臂經鏈傳動從支撐柱底端上

8、升；3）當上料到位傳感器檢測到筒紗，循環(huán)送料電源斷開；4）當1號位傳感器檢測到與其對應的吊桶1時，上料電源接通，筒紗在重力作用下進入吊桶，該筒紗對應的規(guī)格指示燈亮起；5）伺服電動機再次啟動，上料機械臂回零位，流程循環(huán)結束，等待下一個循環(huán)。上料系統(tǒng)工作流程如圖6所示。當系統(tǒng)首次進入運行狀態(tài)，機械臂將進行回零操作，回到系統(tǒng)原點，等待進一步操作指令。筒紗進入上料起始位置時，觸發(fā)請求上料信號，機械臂將在伺服系統(tǒng)驅動下上升至上料等待區(qū)，機械臂停留在此處等待對應吊桶到達。吊桶通過每個上料工位時，由該工位的光電傳感器組合進行確認，當該吊桶被確認為待上料吊桶時，機械臂在伺服系統(tǒng)驅動下再次上行。筒紗上行至吊桶上

9、方將再次通過光電傳感器組合進行確認，確認品種無誤后，機械臂在伺服系統(tǒng)驅動下開始下行，直至回到原點，進入上料等待狀態(tài)。在上料等待狀態(tài)時，可以通過停止按鈕退出上料系統(tǒng)。 3.2人機交互系統(tǒng)設計 人機交互系統(tǒng)選用臺達DOP系列HMI進行設計，包括主界面、報警界面、參數(shù)設置界面、手動操作界面及感應信號顯示界面。主界面（如圖7）主要實現(xiàn)系統(tǒng)的基本操作和上下紗種類的設定，以及切換至二級界面的功能。二級界面除了實現(xiàn)預設功能外，還可切換至其他同級界面和返回主界面。圖8為報警界面，能夠實時顯示每個動作單元的狀態(tài)，當有異常發(fā)生，在相應的工位右側將從綠色正常狀態(tài)變?yōu)殚W爍的紅色異常狀態(tài)

10、。從報警界面可以通過界面切換按鈕返回主界面，或者切換至感應信號顯示界面。 4系統(tǒng)應用 分揀設備控制系統(tǒng)已在紡紗廠實際紡紗生產線進行調試和測試。在測試中使用6種規(guī)格的筒紗各50顆，通過人工方式有序放入上料預備工位，單臺上料機將不同規(guī)格的筒紗進行分揀，總用時為270s，單顆筒紗上料耗時5s左右。單顆筒紗送料耗時3s左右，下料耗時5s左右。結果證明，該系統(tǒng)能夠完成筒紗的分揀任務，并且滿足目前生產線運行要求。圖9為調試與測試現(xiàn)場。 5結論 本文提出了筒紗自動分揀設備控制系統(tǒng)的設計方案，并具體實施。控制系統(tǒng)以PLC為核心，實現(xiàn)各執(zhí)行單元的動

11、作輸出，以及各單元之間的邏輯控制。人機交互界面不僅提供了對設備的基本操作功能，還能夠實現(xiàn)設備運行狀態(tài)的監(jiān)控與系統(tǒng)參數(shù)的顯示設置。筒紗分揀控制系統(tǒng)在實際生產線的測試中，運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了分揀工位的自動化。 [參考文獻] [1]陳楠.中國紡織業(yè)的現(xiàn)狀與未來[J].紡織科學研究,2019(12):48. [2]肖緒耕.紡織機械一體化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].海峽科技與產業(yè),2017(10):58-59. [3]郭政良,馬思樂,陳紀旸,等.筒子紗包裝自動整列系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].包裝工程,2019,40(11):137-138. [4]祝孝裕,胡旭東,張少民,等.筒紗包裝自動化生產線控制系統(tǒng)設計[J].輕工機械,2019,37(20):56-58. [5]莊英豪,陳紀旸,欒義忠,等.可緩存筒子紗包裝整列系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].化工自動化及儀表,2019,46(2):87-89. [6]謝楠,呂漢明,馬崇啟.分布式筒子紗包裝與碼垛控制系統(tǒng)開發(fā)[J].棉紡織技術,2016,44(11):65-68. [7]張華龍.全自動筒紗包裝生產線的設計與實現(xiàn)[D].濟南:山東大學,2015.