一種帶狀精干麻自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)裝置

陳 靜，薛建設(shè)，李朝康，袁佑新，周雪松，劉銘洋

（1.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢430070；2.武漢三聯(lián)節(jié)能環(huán)保工程有限公司，湖北 武漢430074；3.武漢理工大學(xué)苧麻技術(shù)研究所，湖北 武漢430070）

進(jìn)入21世紀(jì)以后，天然纖維紡織品順應(yīng)世界“綠色環(huán)保”的發(fā)展潮流備受青睞，高檔優(yōu)質(zhì)的苧麻紡織品更是國(guó)際市場(chǎng)上“高雅”、“華貴”的象征［1］。苧麻是中國(guó)的特產(chǎn)，目前世界總產(chǎn)量95%以上產(chǎn)在中國(guó)，苧麻紡織品以其吸、透氣的優(yōu)良服用性能和挺拔、粗獷的獨(dú)特風(fēng)格在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上享有盛譽(yù)。

我國(guó)的苧麻梳紡技術(shù)嚴(yán)重滯后，阻礙了我國(guó)苧麻紡織工業(yè)的全面進(jìn)步。在苧麻帶狀精干麻的生產(chǎn)過(guò)程中大多數(shù)的過(guò)程是單獨(dú)進(jìn)行的，比如脫膠，過(guò)酸，水洗等工藝［2］。當(dāng)一道工序完成后需要人工對(duì)半成品進(jìn)行搬運(yùn)，然后繼續(xù)進(jìn)行下一道工序［3］。這種半自動(dòng)化的生產(chǎn)方式相比于原始的生產(chǎn)方法，在一定程度上提升了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了產(chǎn)量，也相應(yīng)地提高了生產(chǎn)效率，但是，在如今高度市場(chǎng)化的行業(yè)環(huán)境之下，在各行各業(yè)競(jìng)爭(zhēng)無(wú)比激烈的大環(huán)境下，這種生產(chǎn)方式仍舊是無(wú)法滿足企業(yè)生存、發(fā)展需要的［4］。

針對(duì)目前苧麻帶狀精干麻生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度不高的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了帶狀精干麻自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)帶狀精干麻機(jī)械化、連續(xù)化生產(chǎn)。

1 帶狀精干麻自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)裝置結(jié)構(gòu)

帶狀精干麻的生產(chǎn)要經(jīng)過(guò)脫膠、酸洗漂白、水洗、給油、去油和壓干等工序。帶狀精干麻生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 帶狀精干麻生產(chǎn)工藝流程

苧麻在經(jīng)過(guò)前期的廢水煮練后首先進(jìn)入脫膠機(jī)進(jìn)行脫膠，除去苧麻上的果膠，接著對(duì)除去果膠后的苧麻產(chǎn)品進(jìn)行酸洗和漂白處理。然后，半成品將送入到清水中進(jìn)行清洗，去除上一步工序產(chǎn)品上殘留的酸性溶液。

水洗后的苧麻將被送入給油機(jī)中進(jìn)行給油處理，因?yàn)榻?jīng)過(guò)脫膠后，原麻中的脂臘質(zhì)已被除去，纖維手感粗硬、彈性差、可撓度低，且烘干時(shí)纖維易重新粘合在一起。通過(guò)給油能改善纖維的物理性能，提高可紡性。

給油之后的下一步工序是給油壓干。通過(guò)給油壓干機(jī)的處理將產(chǎn)品中多余的油液壓干。最后將產(chǎn)品送入牽引壓干機(jī)中進(jìn)一步壓干，從而得到帶狀精干麻產(chǎn)品。

針對(duì)上述帶狀精干麻的生產(chǎn)要求，設(shè)計(jì)的帶狀精干麻生產(chǎn)裝置由生產(chǎn)機(jī)器及其控制系統(tǒng)組成。生產(chǎn)機(jī)器包括四打輥脫膠機(jī)、漂白酸洗機(jī)、雙打輥水洗機(jī)、給油機(jī)、給油壓干機(jī)和牽引壓干機(jī)，這六種生產(chǎn)機(jī)器分別用來(lái)依次完成前述的六道生產(chǎn)工序。該生產(chǎn)機(jī)器的控制系統(tǒng)由PLC作為控制器的現(xiàn)場(chǎng)總線分布式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于各種工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于管理維修。

帶狀精干麻生產(chǎn)裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 帶狀精干麻生產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)圖

圖2中，7臺(tái)生產(chǎn)機(jī)器分別由7臺(tái)電機(jī)來(lái)拖動(dòng)，7臺(tái)電機(jī)又分別由7臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)，變頻器掛在profibus總線上，并通過(guò)總線與控制器通訊。此外，該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)參數(shù)，運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)與控制器相連的觸摸屏顯示，人機(jī)界面友好、直觀，便于控制管理。

2 帶狀精干麻自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)裝置的控制系統(tǒng)

帶狀精干麻自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)裝置的控制系統(tǒng)是基于profibus的現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)是一種開放式、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的控制，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸高效快速，使管理者能全面了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程狀況。帶狀精干麻生產(chǎn)裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 帶狀精干麻生產(chǎn)裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

每一道生產(chǎn)工序單獨(dú)成一個(gè)被控對(duì)象，改進(jìn)后的帶狀精干麻自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)線包括7臺(tái)電機(jī)：2臺(tái)四打輥苧麻脫膠機(jī)、酸洗機(jī)、雙打輥水洗機(jī)、給油機(jī)、給油壓干機(jī)、牽引壓干機(jī)，每臺(tái)電機(jī)構(gòu)成一節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)。其中第一節(jié)線速度10～15 m／min，第二節(jié)線速度與第一節(jié)線速度速比1∶1.05，第三節(jié)線速度第二節(jié)線速度速比1∶1.05，第四節(jié)線速度與第三節(jié)線速度速比1∶1.05，第五節(jié)與第四節(jié)線速度速比1∶1.5～2，第六節(jié)與第五節(jié)線速度速比1∶1.05，第七節(jié)與第六節(jié)線速度速比1∶1.1。若線速度配比不當(dāng)，將造成牽伸倍數(shù)過(guò)小，纖維分離狀態(tài)較差，牽伸倍數(shù)過(guò)大，纖維過(guò)長(zhǎng)容易出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，如何實(shí)現(xiàn)各節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的線速度配比是一個(gè)值得深入考慮的問(wèn)題，也是研究的重點(diǎn)。針對(duì)速度控制的要求，用變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是合理的方案。而在各道工序中，用來(lái)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的電機(jī)，其功率也不同（例如四打輥脫膠機(jī)功率是7.5kW，酸洗機(jī)功率是3kW，雙打輥水洗機(jī)功率是7.5kW，給油機(jī)功率是3kW，給油壓干機(jī)功率是5.5kW，牽引壓干機(jī)功率是11kW），故可根據(jù)不同的電機(jī)選用不同型號(hào)的變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)。在系統(tǒng)中變頻器統(tǒng)一選用TD1000系列變頻器。該系列變頻器有多個(gè)不同型號(hào)，可以滿足該控制系統(tǒng)的要求。例如四打輥脫膠機(jī)功率是7.5kW，因此變頻器1和變頻器2可選用TD1000X－4T0075G，該變頻為通用型變頻器，功率為7.5kW。由于該系列變頻器不能直接掛入profibus總線，因此要連接總線適配器后再接入總線。TDS－PA01是針對(duì)艾默生公司TD系列變頻器開發(fā)的PROFIBUS－DP適配器，變頻器與TDS－PA01之間通過(guò)串行RS485總線進(jìn)行連接，最高通訊速率125Kbps，可以滿足該系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制的要求。

控制器選用的是S7200－CPU224，該型號(hào)PLC具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，滿足本系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)要求。該變頻器屬于小型變頻器，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，觸摸屏采用TPC7062K型觸摸屏，該觸摸屏采用的是昆侖通態(tài)MCGS組態(tài)軟件，與S7－200PLC通過(guò)RS485協(xié)議進(jìn)行 Modubus通信。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)已有的帶狀精干麻生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改造，加入先進(jìn)成熟的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，使苧麻精干麻生產(chǎn)脫離了半自動(dòng)半人工的生產(chǎn)方式。

該生產(chǎn)裝置具有生產(chǎn)效率高、使用方便等特點(diǎn)。通過(guò)實(shí)地試驗(yàn)，該裝置臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)到300～400kg，年生產(chǎn)帶狀精干麻2000多噸，產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。此外該裝置還具有節(jié)能功能，節(jié)約用電40%，節(jié)約用水50%，節(jié)約用工70%，節(jié)約生產(chǎn)成本20%～30%。因此該帶狀精干麻自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)裝置具有較高的實(shí)用價(jià)值。

［1］房云玲，鄭麗莎，高山，等.基于轉(zhuǎn)杯紡紗的混紡苧麻和棉工藝優(yōu)選［J］.山東紡織科技.2011，52（11）：15—17.

［2］沈金鳳，張?jiān)?苧麻給油工藝探討［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù).2006，（2）：15—17.

［3］劉正初，彭源德，馮湘沅，等.苧麻生物脫膠工藝技術(shù)與設(shè)備生產(chǎn)應(yīng)用研究［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué).2000，33（4）：68—74.

［4］李朝康.苧麻脫膠機(jī).中國(guó).CN 165471A［P］.2005 8 17.