应用于化纤行业的全自动落丝系统

发布时间：2023-03-23 22:28:00

应用于化纤行业的全自动落丝系统Fullautomaticdoffersystemappliedinchemicalfiberindustry周春旭，王勇，吴振强，刘赞，何忻怡ZHOUChun-xu,WANGYong,WUZhen-qiang,LIUZan,HEXin-yi（北京机械工业自动化研究所，北京100120）摘要：近几年来，化纤行业迅猛发展，为了提高前纺车间落丝饼的质量和效率，同时降低人工成本，“机器换人”的目标势在必行，全自动落丝系统应运而生。由北自所研发的地面式落丝机，很大程度上改变了人工落丝饼的生产模式，在节约人工成本的同时提高了落丝饼的效率。但是地面式落丝机占地面积比较大，加之厂房中央通道较为狭小，不可避免地会造成运行安全的问题。介绍一种新型的落丝系统——悬挂落丝系统，该落丝机悬挂于空中，轻巧灵活，不仅节约了成本，而且运行环境比较安全。分别从上位机和下位机系统地介绍落丝系统，优化悬挂落丝的调度原则，旨在保证系统稳定性的前提下，提高落丝的效率。关键词：化纤；悬挂落丝；调度；效率中图分类号：TP29文献标识码：B文章编号：1009-0134(201706-0036-050引言中国是化纤生产大国，尤其以涤纶长丝为主。从目前我国该产品的产量来看，近几年行业产量总体上呈现持续增长趋势，2015年中国涤纶长丝产量合计2958.07万吨，同比增长12.26%；2016年上半年，涤纶长丝总产量高达1489.01万吨，相较于去年同期产量增长9.6%。随着化纤的行业的转型升级，以全自动落丝系统为核心代替人工作业的全自动物流系统已在国内几个大化纤厂投入使用，大大节省了人力资源，提高了落丝的质量和效率，给公司带来了明显的经济效益和社会效益。悬挂落丝机作为全自动落丝系统的核心设备，该设备的研发有利于提高北自所在市场的竞争力。本文分别介绍悬挂落丝系统的系统组成、网络结构、工艺流程、调度原则等，在保证系统安全稳定运行的前提下，优化调度，提高落丝的效率。1系统组成落丝系统的标准配置为悬挂落丝机、暂存设备、丝车旋转台、卷绕设备接口、服务器、两台打印机和信息显示系统。系统分布图如图1所示。悬挂式落丝机是全自动落丝系统中的关键设备，替代人工完成落丝饼作业。当一台卷绕机满卷之后，悬挂落丝机根据呼叫指令自动运行至相应位置完成落丝饼作业，再根据需要将丝饼自动放置到专用的转运丝车上，以供后期包装生产使用。悬挂式落丝机采用吊轨悬于空中的安装方式并且通过载货台的旋转和提升实现设备对现场工人的避让，实现卷绕车间中央物流通道空间的最大化。悬挂落丝机是化纤行业车间空中自动化物流图1落丝系统分布收稿日期：2017-04-10作者简介：周春旭（1991-），男，山东烟台人，硕士研究生，研究方向为控制理论与控制工程。【36】 第39卷 第6期 2017-06
的必要物流装备，具备最大限度减少对地面基础要求的
特点。如图2所示，悬挂式落丝机的机械结构如下：该设备采用五轴独立运行，分别执行水平行走、立柱的旋转、横移推出机构的提升、横移机构的横移和推出机构的推出5个动作。整机通过两组行走轮在悬挂于空中的铝合金轨道上行走，水平行走轴采用钢轨驱动轮结构传动并通过顶部铝合金轨道两侧的导轮组和在地面槽内运行的底部导轮组保证行走的直线度，提升采用齿轮同步带结构，整个横移推出机构通过导轨固定在立柱上，横移机构通过水平导轨和齿轮齿条机构实现，推出机构作为落丝机存取丝饼的核心部件通过丝杠实现，旋转机构通过转盘轴承实现。图2悬挂落丝机机械结构图暂存设备是用于丝饼的临时存储。图3是九轴暂存台的侧视图，一条生产线有42个纺位，根据厂家要求每条生产线有多种丝饼品种，由于丝车采用的是24锭的，落丝机一轴落丝12锭，只能凑够满车的同类丝才允许放置在同一丝车上。如图3所示，没有凑够满车的单轴丝饼（12锭）只能暂存在暂存设备上，九轴缓存台可以满足单条生产线8种批号丝饼的生产。所以暂存台可以被称为丝饼存储的“中转站”。图3九轴暂存台侧视图丝车旋转台是用来存储丝车。落丝机从卷绕机或暂存台取丝后将丝饼放到旋转台的丝车挂架上。每个挂架放置一颗丝饼，每辆丝车单面有12个挂架，两面共放置24锭丝饼。通过旋转台的旋转，落丝机完成丝车的两面挂架的装丝作业，以便丝饼完成后续的外检、包装作业。卷绕机是化纤纺丝机组中的重要设备，是指在熔体纺丝过程中，将初生纤维加工成一定卷装形状的化纤机械设备。自动落丝机需要与其有数字化接口和机械接口，才能实现从卷绕机上自动落丝[1]。服务库是用来存储由数据采集系统从PLC采集的合法的数据，管理系统和LED显示将图形化的数据显示给用户。服务器具有可扩展性、易使用性、可用性以及易管理性，是数据存储的最佳选择[2]。打印机两台，一台是用来打流程卡的，流程卡上显示丝车信息；另一台是用来打小标签的，小标签贴在丝饼纸筒内侧，显示每一锭丝的信息，用于今后的信息追溯。2网络结构落丝系统设备间通讯协议基于西门子Profinet现场总线。地面站PLC、落丝机PLC、触摸屏及伺服控制器之间均采用Profinet总线通讯，地面站PLC与卷绕机则通过ProfibusDP总线通讯。3技术特点1）精确定位设计。落丝系统中最关键的技术指标就是定位的准确性，定位准确的系统可以有效降低落丝的损坏率。为了提高定位精确度，落丝机各轴均采用德国lenze伺服控制器+伺服电机控制模式。水平行走轴和提升轴对定位精度要求较高，因此采用高性能的9400伺服控制器，以保证落丝机的推出轴与各承接轴的精确对接。在电机内部有旋转编码器，外部通过SSI条形码测距传感器采集数据，通过双闭环控制，及时反馈系统误差，保证落丝机定位精度保持在2毫米之内。旋转、推出采用速度半闭环方式；横移轴采用m300电机（smartmotor）直接驱动，可以触发5段速度，实现软启及调速运行。通过优化运动曲线，可设置停止速度，保证低速定位提高定位精度。2）安全运行设计。考虑到卷绕车间人员流动量比较大，落丝系统的安全性是很重要的。如果只依靠人为的意识来躲避高速运行的自动落丝丝机是很困难的，而且一旦发生事故将会非常严重。因此我们在悬挂落丝机的底座安装了激光扫描安全装置，保证自动落丝丝机在运行方向上探测到三米内检测区域内有障碍物时减慢速度，一米内的检测区域有障碍物时停止运行，检测区可根据需要来调整张角大小，以此保证落丝环境的安全性。同时额外增加了一套机械防撞机构作为最后的安全第39卷 第6期 2017-06 【37】

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