第六章-清梳联机电一体化

串
上位机
梳
开
口
关
联 机 电 一 体 化
主令按钮 安全保护 前方输棉管道压力 本机棉箱压力 变频器反馈电压
量
开
输 入
可 编 程 控
关 量 输
出
模 拟 量 输
入
制 器
模 拟 量 输
出
变频器启停 电机刹车
变频器频率
连续喂棉控制系统原理框图
三、清梳联各单机的控制系统
（一）自动抓棉机
第
自动抓棉机是清梳联机组的第一台设备，其主要作用是按一定配
图像与处理 检测与定位
清
像机对经过的棉花和异纤图像进行
棉 流 输 出 管
梳
扫描，并将采集的图像信号传送至
图像信号采集
道
高压喷嘴
联
采集处理硬件电路。图像处理系统
CCD摄像机
正常棉纤维
机
根据预先设计的模式识别处理图像 信号，判别是否存在异纤。一旦发
进棉口
透明通道
电
现异纤，即对异纤所处区域进行定
出棉口
清除的异性纤维 废棉箱
电
以及监控和管理等功能。在集散式控制系统中，将直接控制机台动作的过程控制
一
级计算机安装在机台附近，将控制功能尽可能分散，而将管理功能相对集中。这
体
种分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不会由于个别计算机的故障而使整个
化
系统失去控制。当管理级计算机发生故障时，过程控制级计算机仍具有独立控制 能力，个别控制回路发生故障时也不致影响全局。与计算机多级控制系统相比，
梳
时运行数据，为企业的市场运作提供科学、准确的经济性指标。
联
机
信息层
电
Internet Ethernet
一
体
控制层
现场总线
化
执行层
工厂信息化网络连接拓扑图
第
网络系统是DCS的基础和骨架，对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩
六
充性起着决定性的作用，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内
章
完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指无论在何种情况下，
电
是使纤维流通过一有机玻璃通道，在特殊光源的照射下，使用
一
高速线阵CCD对纤维流进行扫描，计算机对扫描图像进行处理
体
，判断异纤的位置并控制气阀喷气，通过喷射气流使异纤分离
化
出来。
二、连续喂棉箱
第
现代清梳联多采用连续喂棉方式。连续喂棉箱安装在梳棉
六
机上，连接开清棉与梳棉机。经过开松、除杂、混和后的筵
FA029 多仓混棉机
第二节 清梳联控制系统与单机控制
一、清梳联控制系统的要求
第
六
清梳联是一个典型的多机台联动机组，是机电一体化程度较高
章 清
的复杂的成套设备。由于各机台分布距离较远，不便于集中控制，
梳
因此对各机台运行的控制系统要求很高。同时，从控制角度来讲，
联
其控制的任务性质也有很大差别，如FA029型多仓混棉机为均匀
（三）异纤分拣机
第
六
章
清
CCD检测是依靠高速CCD摄像和高速图像处理技术，检测出棉
梳
流中的异性纤维。光电传感器只对物体的灰度信息检测，不能区
联
分颜色，即只对颜色深的异纤有判断，对浅色异纤很难识别。为
机
了弥补这个欠缺，在原有光电传感器的基础上添加超声波检测装
电
置，其目的是检测浅色的异纤，但超声波检测只对面积较大且质
电
提高纤维的开松度。
一
3.除微尘机。是开清棉流程上的最后一个除尘点。经充分开
体
松的纤维，由输棉风机输入本机内，纤维经过大面积带有滤网
化
的网眼板而输出本机，纤维中的细小杂质、微尘和短绒在经过
滤网时在排尘风机的作用下透过滤网面被排尘风机吸走。
4.多仓混棉机。现有的清梳联多采用6～8仓混棉机来完成原
料的均匀混合。利用输棉风机将原料逐仓喂入，经开松打手打
一
位，将异纤位置信息转换成相应的
体
控制信号，驱动气动装置在异纤经
化
过清除区域时，开启对应的快速高
压气阀，喷射高压气体将异纤吹出
CCD异纤分拣系统检测原理方框图
传送管道，落入废棉收集箱中。
JWF0011A型异纤分检机依靠高
第
品质彩色线阵CCD和高速图像处理
电
系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点
一
数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系
体
统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。在系统
化
实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，网络重构会经
常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具
机器配置：
联
FA009 自动往复抓棉机 FA179 喂棉箱
机
FT245FB 输棉风机 FA116 主除杂机 AMP2000 火星金属重物探除器 FA156 除微
电
尘机
一
FT213A 三通摇板阀 FT201B 输棉风机 FT215B 微尘分流器 119AII 火星探除器
环锭纺 纯棉1万锭 清梳联工艺流程
六 棉比例从棉包中抓取原料，在气流作用下喂给前方机械单元，同时
章 它还具有一定的开松和混和作用。抓棉机的机型按其运动特点可分
清 梳
为环行式和往复式两类，清梳联系统一般选择往复式。
联
往复式自动抓棉机可采用单、双
机
侧抓棉，一套清梳联可同时生产两种
电
质量要求不同的品种。其各种动作均
一
在计算机控制下，由变频电机或伺服电
第 六 章
包中紧密棉块分离。抓棉是在肋条对棉包按压的条件下，由抓 棉打手刀片（或锯齿）对棉块进行撕扯与钩抓，使棉块产生分
清
离而获得细小棉束，抓取的细小棉束再由风机通过输棉管道送
梳
至下道工序。
联
2.开棉机。开棉机是联合机组中的主要打击开松设备，对经
机
过初步开松、混和、除杂的纤维原料做进一步的开松、除杂，
第
松，由混棉道混合，靠气流输送到下一单元。混棉机采用的是
六
压力等检测方式逐仓连续核验仓内压力，使之达到设定要求。
章
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5.清棉机。对经过初步开松和混和的原棉进行精细开松，并
清
除去其中的杂质。
梳 联
6.异纤检出机。异纤是指混合于原料中的异质、异色纤维，
机
如丙纶丝、头发丝、有色纤维或污染纤维等。异纤检出机一般
电 和控制（Control）等4C技术，其
一 基本思想是分散控制、集中操作、分
体
级管理、配置灵活、组态方便。其特
化
点是以分散的控制适应分散的控制对
象，以集中的监视和操作达到掌握全 局的目的。
清梳联集中控制上位机组态界面
第
集散式控制系统具有较高的稳定性、可靠性和可扩展性。集散式控制系统是相
六
对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统。集散式控制系统是由多台
一 体
地密实的异纤起作用，而对面积较小的异纤检测不到，仍存在缺
化
陷。因此总体来说光电传感器检测检出效果不如CCD。
CCD异纤分拣系统检测原理如图。
充分开松的原棉在气流的带动下，
第
经渡转接管道形成薄棉层，进入由
六
透光玻璃构成的扁平检测通道。检
控制系统
章
测通道两面的高亮度光源对棉层和 异纤均匀照亮，两边的高速CCD摄 人机互交界面
一 机通知减小混棉输出量。混棉输
体 出量减小是通过变频器调节水平 化 帘、斜帘和均棉罗拉、剥棉罗拉
的速度来实现的。
FA1113型多仓混棉机结构示意图
1—喂入风机 2—输入管道 3—棉仓 4—水平帘 5—角钉帘 6—混棉仓 7—剥棉罗拉 8—喂棉罗拉 9—开松辊 10—输出管道 11—输出风机 12—回花投放口
第
六
1.了解清梳联系统的设备组成及控制要求。
章
清
2.掌握异性纤维检测及分离装置的工作原理。
梳 联
3.掌握梳棉机自调匀整检测机构的形式及特点。
机 电
4.掌握梳棉机自调匀整装置的控制原理及调节
一
方法。
体
化
5.了解梳棉机输出棉条的在线检测的方法 。
第 六
第一节 清梳联机械
章
一、开清棉机组
清
二、连续喂棉箱
有很强的在线网络重构功能。
第
六
清梳联系统上位控制计算机负责接收各单元下位计算机工
章
作状态的信息，协调指挥各单元下位计算机工作。例如根据混
清
棉机各棉仓的压力状态判断抓棉机应当在哪个区域抓棉，分配
梳
器应当向哪一个混棉机分配原棉，并将该信息传送给相应的下
联
机
位计算机。
电
清梳联系统各组成单元均包含各自的下位控制计算机，这
清
化、自动化、优质高产和低消耗的重要途径。
梳
联
清梳联生产线是由开清棉机组、连续喂棉箱和梳棉机联
机
合组成，是一个不可分割的统一整体，可根据纤维原料不
电
同有不同的配置，通过机电一体化控制使整个系统连续、
一
平稳运行。
体
化
3
1
2
45
6
78 9
10
11
一、开清棉机组
1.往复抓棉机。往复抓棉机是清梳联的第一道工序，是对棉
分布式控制系统在结构上更加灵活、布局更为合理和成本更低。
工厂级监控信息系统（SIS）实现了工厂管理信息系统与各种分
第
散控制系统之间的数据交换。厂级实时监控信息系统以分散控制
六
系统为基础，采用先进、适用、有效的专业计算方法，实现整个
章
工厂范围内信息共享，厂级生产过程的实时信息监控和调度，提
清
高了机器运行的可靠性。它为企业管理层的决策提供真实、可靠的实
章
计算机分别控制生产过程中多个控制回路（设备），各回路之间和上下级之间通
清
过高速数据通道交换信息。同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动
梳
控制系统。集散式控制系统采用微处理机分别控制各个回路，用中小型工业控制
联
计算机或高性能的微处理机实施上一级的控制。各回路之间和上下级之间通过高
机
速数据通道交换信息。分布式控制系统具有数据获取、直接数字控制、人机交互
一 些计算机通过网络接受上位计算机的协调统一指挥，负责本机
体
运转控制并通过网络将工作状态信息传送到上位计算机。
化
第 六
为了确保成纱质量，尤其是成纱条干质量，现代清梳联系统必须实 现全流程连续喂棉的自动控制。PLC具有模拟运算及调节功能后，使 连续喂棉控制成为现实,控制系统的原理如图 。
章
清
前道工序准备好
清 梳
信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程 的实时性要求确定的。因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的传输速 率，而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。
联
系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此
机
多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。为了满足
体
FT214A 桥式磁铁 FT301B 连续喂棉控制器
化
FA125 重物分离器 JWF1171 喂棉箱 FT240F 输棉风机 FA203A；FA203B 梳棉机
FA105A1 单轴流开棉机 FT024A 自调匀整器
FT222F 输棉风机 FA054 纤维分离器
FT224 弧形磁铁 FA1112 精开棉机
机
混棉；FAll6A型主除杂机为开松、除杂、去短绒；FA203C梳棉
电
机组为梳理、除杂、去短绒等。各个机组的作用需稳定、连续才
一
能使棉条的条干均匀。因此，在各机组间一般采取通信方式来保
体
化
证逻辑关系的正确，同时还要保证连续喂棉的控制以提高清梳联
的生条质量。综上所述，对清梳联机组的控制应满足各机台协调
章
棉，均匀地输送给梳棉机，保持箱内棉量动态平衡，筵棉均
清
匀一致。
梳 联
三、梳棉机
机
梳棉机是整个纺纱系统的“心脏”，与生条质量有极其重
电
要的关系。梳棉机将开清棉工序开松过的散纤维进行梳理、
一
除杂、混和并排除大部分短绒和杂质，集束成较均匀的棉条，
体
有规律地圈放在条筒内，供后道工序并条使用。
化
第
六
章
清
梳
体
机独立驱动 。现代抓棉机采用变频调
化
速连续喂棉控制技术，抓棉速度随多
仓混棉机的棉仓压力改变，使棉仓储
FA006型往复式抓棉机
棉量及棉层密度保持恒定。
（二）多仓混棉机
第
六
多仓混棉机是清梳联系统中的主要设备之一，通过输棉风机的
章
抽引，将来自前道设备的棉束均匀分布到若干个混棉仓，利用多个
清 混棉仓棉流不同时喂入而同时并列输出或同时喂入而不同时并列输
梳 出达到混和目的。
联
机
电
一
体
化
FA029；FA029D系列多仓混棉机
FA1113型多仓混棉机，采用
第 四个棉仓同时喂入而不同时并列
六 输出的方式达到混棉的目的。
章
FA1113型多仓混棉机由PLC控
清 制，与前后机台联动，当棉仓压
梳 联
力升高时，通过上位计算机通知
机 抓棉机减小抓棉输出量，当管道
电 中的压力升高时，通过上位计算
联动，前后工序机台间棉流连续和均匀的要求。
二、清梳联集散式控制系统
集散式控制系统又称分布式控制
第 六 章
系统（Distributed Control System，DCS），它是一个由过程
清
控制级和过程监控级组成的以通信网
梳
络为纽带的多级计算机系统，综合了
联
计算机（Computer）、通讯
机
（Communication）、显示（CRT）
梳
三、梳棉机
联 机
第二节 清梳联控制系统与单机控制
电
一、清梳联控制系统要求
一
二、清梳联集散式控制系统
体
三、清梳联各单机的控制系统
化
——思考题
第一节 清梳联机械
第
清梳联合机亦称“清钢联”，是集抓棉、混棉、开清棉、
六
梳棉与电气自动化于一体的机电一体化加工系统。清梳联
章
技术是纺纱新技术的一个里程碑，也是纺纱过程实现连续