細(xì)紗單錠斷紗管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊 藝，張銘龍海，高 暢，劉基宏

(生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))，江蘇 無錫 214122)

細(xì)紗單錠斷紗管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊 藝，張銘龍海，高 暢，劉基宏

(生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))，江蘇 無錫 214122)

針對(duì)斷紗管理問題，在Ring Route斷紗檢測(cè)裝置基礎(chǔ)上開發(fā)了細(xì)紗單錠斷紗管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集每臺(tái)細(xì)紗機(jī)上的斷紗相關(guān)數(shù)據(jù)后，通過無線WIFI傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，并利用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)存儲(chǔ)于SQL數(shù)據(jù)庫中，再通過VB6.0設(shè)計(jì)的管理軟件實(shí)現(xiàn)了按機(jī)臺(tái)和按落紗號(hào)2種斷紗查詢方式。重點(diǎn)闡述該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、細(xì)紗機(jī)單錠數(shù)據(jù)采集過程、通信功能的實(shí)現(xiàn)方式及管理軟件開發(fā)思路。結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確采集斷紗數(shù)據(jù)，可適應(yīng)紡紗企業(yè)日常斷紗質(zhì)量管理的基本需求。

細(xì)紗斷紗；單錠管理；TCP/IP；數(shù)據(jù)庫

斷頭率是評(píng)判紡紗生產(chǎn)技術(shù)全系統(tǒng)綜合效果的重要指標(biāo)之一，細(xì)紗斷紗不僅造成原料浪費(fèi)，而且增加用工，同時(shí)斷紗產(chǎn)生的飛花也會(huì)影響成紗質(zhì)量[1]，因此，紡紗企業(yè)在不斷完善生產(chǎn)工藝的同時(shí)，更要加大斷紗管理。目前，國內(nèi)對(duì)斷紗的管理通常采用人工方式：實(shí)驗(yàn)員在1個(gè)車弄同時(shí)檢查2個(gè)半臺(tái)，統(tǒng)計(jì)測(cè)試時(shí)間內(nèi)小紗、中紗和大紗的斷頭數(shù)，然后按照公式計(jì)算斷頭率，手工錄入電腦。然而，紗線斷頭往往不易被實(shí)驗(yàn)員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，人工檢測(cè)的檢測(cè)范圍有限，準(zhǔn)確性和效率低，根據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的斷頭率無法追蹤至斷頭出現(xiàn)的錠位，并且這種管理辦法也難以提供更深層次的系統(tǒng)化管理與改進(jìn)能力[2]。

紡紗企業(yè)斷紗質(zhì)量管理應(yīng)該包括斷紗數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控、存儲(chǔ)查詢等[3-4]。江南大學(xué)研究開發(fā)了Ring Route細(xì)紗斷紗檢測(cè)裝置，該裝置為單錠檢測(cè)，每個(gè)錠子出現(xiàn)斷紗時(shí)，該錠位葉子板上的LED指示燈亮起報(bào)警[5-6]。在此基礎(chǔ)上結(jié)合棉紡廠生產(chǎn)實(shí)踐，開發(fā)了細(xì)紗單錠斷紗管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對(duì)采集到的斷紗相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行多角度的統(tǒng)計(jì)和分析，得出有用信息指導(dǎo)紡紗生產(chǎn)，可進(jìn)一步推動(dòng)生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化進(jìn)程。

1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的功能分析，確定系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)分為3個(gè)層面：檢測(cè)層、通信層和管理層。檢測(cè)層檢測(cè)每個(gè)錠位的斷紗與接頭狀態(tài)，并傳遞給下位機(jī)；通信層將下位機(jī)采集的信息通過監(jiān)控軟件和無線WIFI發(fā)送至上位機(jī)；管理層對(duì)斷紗數(shù)據(jù)接收并顯示、存儲(chǔ)，同時(shí)提供查詢功能。

該系統(tǒng)理論上最多可使用256臺(tái)細(xì)紗機(jī)，每臺(tái)細(xì)紗機(jī)的錠位數(shù)由生產(chǎn)實(shí)際情況而定，綜合考慮車間現(xiàn)場(chǎng)布線和安裝成本以及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信息和通信信息，確定設(shè)計(jì)方案如下：1)每個(gè)錠位安裝1個(gè)檢測(cè)頭，分別檢測(cè)單錠斷紗與接頭狀態(tài)；2)1組檢測(cè)頭配備1個(gè)斷紗檢測(cè)器，負(fù)責(zé)將檢測(cè)頭檢測(cè)到的紗線狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)通過RS485傳遞給下位機(jī)；3)每臺(tái)細(xì)紗機(jī)配備1個(gè)帶以太網(wǎng)模塊的下位機(jī)，接入網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)分配1個(gè)獨(dú)立的IP地址，作為1個(gè)以太網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)將采集的斷紗相關(guān)數(shù)據(jù)以TCP/IP協(xié)議發(fā)送至上位機(jī)；4)上位機(jī)接收下位機(jī)采集的斷紗與接頭信息，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，用于實(shí)時(shí)顯示與查詢。

2 細(xì)紗機(jī)單錠數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)采用單錠檢測(cè)方式，檢測(cè)裝置包括光電檢測(cè)頭與斷紗檢測(cè)器2部分。光電檢測(cè)頭由光電傳感器模塊、信號(hào)放大模塊、閾值模塊和LED報(bào)警指示燈模塊組成，固定安裝在細(xì)紗機(jī)的每個(gè)錠位。其中光電傳感器模塊中紅外發(fā)光管持續(xù)發(fā)射紅外光線，紡紗過程中紗線通過光電傳感器模塊前方時(shí)，將紅外光反射至光電接收器，并將其轉(zhuǎn)換為平穩(wěn)的光電流，再通過放大模塊和閾值模塊處理成單片機(jī)可識(shí)別的脈沖信號(hào)。紗線每遮擋反射1次，就形成1個(gè)脈沖。在檢測(cè)層中每組錠位配備1個(gè)斷紗檢測(cè)器，脈沖信號(hào)接入斷紗檢測(cè)器內(nèi)單片機(jī)的輸入端口，由單片機(jī)統(tǒng)計(jì)一定時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)。若計(jì)數(shù)值高于設(shè)定值，判斷紗線未出現(xiàn)斷頭，該錠位LED指示燈滅；若計(jì)數(shù)值低于設(shè)定值，判斷紗線出現(xiàn)斷頭，該錠位LED指示燈亮起。自此，斷紗檢測(cè)器獲取各錠位紗線斷、接頭相關(guān)信息。下位機(jī)再通過RS485循環(huán)接收各個(gè)斷紗檢測(cè)器上的信息[7]，信息中包括：紗線狀態(tài)，斷紗出現(xiàn)的車號(hào)、錠位、時(shí)間，接頭對(duì)應(yīng)的車號(hào)、錠位、時(shí)間。RS-485由差分信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在電路中可以有多個(gè)發(fā)送器，同時(shí)1個(gè)發(fā)送器能驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備。由此可見，RS-485滿足本文系統(tǒng)的需求。

3 通信軟件開發(fā)與主要功能

本文系統(tǒng)采用無線WIFI作為通信媒介，方便施工，同時(shí)節(jié)省電纜線，免除斷線的問題。處在以太網(wǎng)的上位機(jī)為遠(yuǎn)程服務(wù)器，下位機(jī)作為客戶端。服務(wù)器的訪問采用Client/Server模式，該模式服務(wù)器端負(fù)責(zé)向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與存儲(chǔ)，可減小網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)擔(dān)，提供理想的分布環(huán)境，利于發(fā)揮各自處理能力[8-9]。細(xì)紗單錠斷紗管理系統(tǒng)中下位機(jī)與上位機(jī)之間建立通信的流程圖如圖2所示。

初始化程序包括服務(wù)器與客戶端的IP地址和端口號(hào)等通信必要信息的設(shè)置和匹配。上位機(jī)作為服務(wù)器端發(fā)起連接請(qǐng)求，下位機(jī)偵接收到上位機(jī)的連接請(qǐng)求后，通過以太網(wǎng)模塊建立連接。上位機(jī)與下位機(jī)完成連接并握手成功后，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。下位機(jī)將斷紗相關(guān)信息逐條以TCP/IP協(xié)議通過以太網(wǎng)發(fā)送至上位機(jī)，正常生產(chǎn)狀態(tài)下平均單臺(tái)下位機(jī)傳送數(shù)據(jù)約1～5 s?？紤]到紡紗車間溫濕度較高、環(huán)境嘈雜，無線傳輸時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包的現(xiàn)象，因此，上位機(jī)接收到一段斷紗相關(guān)數(shù)據(jù)后便對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)度校驗(yàn)，若有誤則等待下一段數(shù)據(jù)進(jìn)行重組無誤后再存入數(shù)據(jù)庫，并實(shí)時(shí)顯示，否則系統(tǒng)提示通信故障。

本文系統(tǒng)的通信軟件各功能模塊如下：1)紗線狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集紗線斷、接頭狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)；2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，主要將采集的數(shù)據(jù)存入SQL數(shù)據(jù)庫中，便于后期查詢；3)用戶管理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷紗數(shù)據(jù)的查詢功能；4)系統(tǒng)維護(hù)模塊，主要在上位機(jī)上完成對(duì)操作人員身份和權(quán)限的識(shí)別后，操作人員可修改機(jī)臺(tái)對(duì)應(yīng)IP地址和數(shù)據(jù)采集頻率。系統(tǒng)維護(hù)指定期對(duì)軟件維護(hù)升級(jí)；5)遠(yuǎn)程修復(fù)模塊，主要當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)通信故障、網(wǎng)絡(luò)中斷或接收無效數(shù)據(jù)時(shí)，下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程修復(fù)。

4 數(shù)據(jù)庫與查詢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合紡紗車間實(shí)際生產(chǎn)情況，系統(tǒng)建立細(xì)紗斷紗數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中存放了紗線斷、接頭時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間、車號(hào)、錠位號(hào)等相關(guān)信息。這些數(shù)據(jù)在后續(xù)統(tǒng)計(jì)、查詢中常被調(diào)用，因此統(tǒng)一存放，優(yōu)化了系統(tǒng)的性能。

為了使用戶掌握細(xì)紗斷頭情況，數(shù)據(jù)庫信息查詢是本文系統(tǒng)必備的功能之一。固定不變的查詢模式無法滿足用戶多變的查詢需求，一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的

查詢系統(tǒng)通常允許用戶采用多種方式使用數(shù)據(jù)庫中的任意字段進(jìn)行多種組合對(duì)信息查詢[10-11]。本文系統(tǒng)采用VB6.0程序?yàn)楣ぞ唛_發(fā)數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)，提供2種查詢方式：按落紗號(hào)和按機(jī)臺(tái)查詢。按落紗號(hào)查詢時(shí)，用戶自定義選擇查詢時(shí)間與機(jī)器號(hào)，執(zhí)行查詢后，顯示查詢?nèi)掌诋?dāng)天零點(diǎn)前完整的5落紗在大、中、小紗3個(gè)階段和1落紗累計(jì)斷頭數(shù)與千錠時(shí)斷頭數(shù)；按機(jī)臺(tái)查詢時(shí)，用戶選擇查詢機(jī)臺(tái)與時(shí)間，結(jié)果顯示該所選時(shí)間段內(nèi)各個(gè)機(jī)臺(tái)的斷頭分布。考慮到機(jī)械設(shè)備維護(hù)的時(shí)效性，系統(tǒng)定義數(shù)據(jù)有效期為1個(gè)月，每個(gè)月的第1天對(duì)上個(gè)月的斷紗相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，僅保存各個(gè)機(jī)臺(tái)按班次統(tǒng)計(jì)的千錠時(shí)斷頭數(shù)，供后期生產(chǎn)工藝調(diào)整參考使用。通過這種方式，數(shù)據(jù)庫表中僅有當(dāng)月斷紗相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量的減少可大大提高數(shù)據(jù)庫的查詢效率。

5 生產(chǎn)實(shí)踐

5.1 實(shí)踐條件

將本文系統(tǒng)裝配于某廠2臺(tái)錠數(shù)為480的FA506型細(xì)紗機(jī)上，采用定量為4.5 g/10 m的棉粗紗為原料，分別在2臺(tái)細(xì)紗機(jī)上紡制44.85 dtex(機(jī)臺(tái)1)和97.18 dtex(機(jī)臺(tái)2)的細(xì)紗。工藝參數(shù)設(shè)定如下：紗線捻系數(shù)為380，機(jī)臺(tái)1錠速為12 500 r/min，機(jī)臺(tái)2錠速為15 500 r/min。并對(duì)紡紗生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的斷紗相關(guān)數(shù)據(jù)按落紗號(hào)和機(jī)臺(tái)查詢、統(tǒng)計(jì)，測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和適用性。

5.2 結(jié)果與討論

按落紗號(hào)查詢2機(jī)臺(tái)完整5落紗斷頭情況，分別以連續(xù)2落紗為例，查詢結(jié)果如表1、2所示。表中數(shù)據(jù)分別為斷頭數(shù)和千錠時(shí)斷頭數(shù)。

從表1、2可看出，機(jī)臺(tái)1與機(jī)臺(tái)2小紗階段斷頭率較高，機(jī)臺(tái)2尤為明顯，因此，生產(chǎn)中應(yīng)控制小紗階段錠速，調(diào)整相應(yīng)生產(chǎn)工藝，降低斷頭率。

根據(jù)上述4落紗的紡紗時(shí)間，系統(tǒng)可查詢?cè)诖藭r(shí)間段內(nèi)機(jī)臺(tái)1與機(jī)臺(tái)2的斷頭分布，結(jié)果如圖3、4所示。

表1 機(jī)臺(tái)1按落紗號(hào)查詢結(jié)果Tab.1 Query results by winding number in spinning frame one

表2 機(jī)臺(tái)2按落紗號(hào)查詢結(jié)果Tab.2 Query results by winding number in spinning frame two

從圖3可看出，機(jī)臺(tái)1的2落紗累計(jì)228個(gè)錠位沒有出現(xiàn)過斷頭；145個(gè)錠位斷頭1根；72個(gè)錠位斷頭2根；22個(gè)錠位斷頭3根；7個(gè)錠位斷頭4根。本文系統(tǒng)按照斷頭根數(shù)進(jìn)行排序，找出落后錠位，并定義連續(xù)2落紗累計(jì)斷頭數(shù)超過5根的錠位為異常錠位，機(jī)臺(tái)1異常錠位分布為：35號(hào)錠位(6根)、289號(hào)錠位(7根)、475號(hào)錠位(7根)、331號(hào)錠位(8根)、382號(hào)錠位(8根)、176號(hào)錠位(33根)。

從圖4可看出：機(jī)臺(tái)2的2落紗累計(jì)244個(gè)錠位沒有出現(xiàn)過斷頭；158個(gè)錠位斷頭1根；51個(gè)錠位斷頭2根；14個(gè)錠位斷頭3根；5個(gè)錠位斷頭4根。機(jī)臺(tái)2異常錠位分布為：56號(hào)錠位(5根)、163號(hào)錠位(5根)、189號(hào)錠位(5根)、301號(hào)錠位(5根)、136號(hào)錠位(6根)、302號(hào)錠位(8根)、77號(hào)錠位(10根)、55號(hào)錠位(14根)。

在紡紗過程中，由于紡紗張力和棉紗強(qiáng)力的波動(dòng)，當(dāng)棉紗強(qiáng)力最小值小于紡紗張力最大值的瞬間，就會(huì)產(chǎn)生斷頭。本文紡紗張力和棉紗強(qiáng)力都是紡紗段動(dòng)態(tài)張力、氣圈段動(dòng)態(tài)張力和卷繞段動(dòng)態(tài)張力等的統(tǒng)稱[12]。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，錠子高速運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性，筒管品質(zhì)差，鋼領(lǐng)、鋼絲圈的磨損以及隔紗板歪斜等情況的發(fā)生都會(huì)影響紡紗張力的穩(wěn)定，產(chǎn)生斷頭。根據(jù)按機(jī)臺(tái)查詢結(jié)果，對(duì)上述異常錠位檢查與溯源，分析斷頭多的原因，發(fā)現(xiàn)機(jī)臺(tái)1的176號(hào)錠位錠子松動(dòng)，使得錠子轉(zhuǎn)速不勻、振動(dòng)，甚至出現(xiàn)上下跳動(dòng)，造成紡紗張力不穩(wěn)定，斷頭增加；機(jī)臺(tái)1的289號(hào)、331號(hào)錠位和機(jī)臺(tái)2的55號(hào)、77號(hào)錠位的筒管磨損，使得筒管與錠子不能良好嚙合，二者無法同步回轉(zhuǎn)，筒管轉(zhuǎn)速不勻，導(dǎo)致紡紗張力波動(dòng)，斷頭數(shù)增加；2機(jī)臺(tái)其余異常錠位鋼領(lǐng)、鋼絲圈磨損嚴(yán)重，使紡紗中鋼絲圈在鋼領(lǐng)上高速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中發(fā)生頓挫、振動(dòng)，導(dǎo)致紡紗張力突然增大，產(chǎn)生斷頭。

傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計(jì)斷頭率，采集樣本容量小、工作強(qiáng)度大，并且統(tǒng)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性低，無法精確到各個(gè)紡紗階段。與傳統(tǒng)方法相比，通過本文系統(tǒng)按落紗號(hào)查詢，采用全面調(diào)查方法統(tǒng)計(jì)每落紗在小、中、大紗階段和1落紗累計(jì)斷頭數(shù)與千錠時(shí)斷頭數(shù)，減少人工工作量，提高了統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性。

目前生產(chǎn)中的保全保養(yǎng)工作一般針對(duì)整車進(jìn)行，消耗了大量的人力和物力，通常還需要停車檢修，影響產(chǎn)量。通過本文系統(tǒng)按機(jī)臺(tái)查詢，對(duì)斷頭的分布一目了然，可以溯源到錠位，分析斷頭產(chǎn)生原因，有針對(duì)性的保全，實(shí)現(xiàn)細(xì)紗機(jī)單錠質(zhì)量管理，大大減少了工作量和停車時(shí)間。系統(tǒng)在某廠連續(xù)運(yùn)行1個(gè)月，實(shí)踐表明對(duì)不同紗支棉紗斷頭情況統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確，具有適用性。

6 結(jié) 論

本文系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)初步應(yīng)用于棉紡生產(chǎn)管理中，建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)細(xì)紗單錠斷紗相關(guān)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控；建立數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，將斷紗相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，并提供按落紗號(hào)和按機(jī)臺(tái)2種查詢方式。實(shí)踐表明，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，用戶通過本文系統(tǒng)可以明確不同紡紗階段斷紗情況和斷紗分布，有針對(duì)性地對(duì)異常錠位進(jìn)行維護(hù)，減少保全保養(yǎng)的工作量，能滿足紡紗企業(yè)日常斷紗質(zhì)量管理的需求。

FZXB

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Design and realization of management system of definite spindle for yarn breakage in spinning frame

YANG Yi,ZHANG Minglonghai,GAO Chang,LIU Jihong

(KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China)

For the management of yarn breakage,the management system of definite spindle for yarn breakage in spinning frame is developed based on Ring Route yarn breakage detection device.Real-time data related to yarn breakage from every frame was transmitted to the PC through the wireless WIFI and stored in SQL database by the use of database management technology.With the use of the management software designed by VB6.0,enquiries of yarn breakage could be achieved either by searching the serial number of the machine or by winding number.The design of network structure of the system,the realization of communicating function and the development of management software are discussed.The results show that accurate data of yarn breakage can be collected by the system and the basic needs of daily broken yarn quality management of spinning enterprises can be met by the application of this system.

spinning yarn breakage; definite spindle management; TCP/IP; database

10.13475/j.fzxb.20141204205

2014-12-22

2015-07-24

江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(SJZZ_0150)；江南大學(xué)自主科研項(xiàng)目(JUSRP51417B)

楊藝(1991—)，女，碩士生。研究方向?yàn)閿?shù)字化紡織。劉基宏，通信作者，E-mail：liujihongtex@hotmail.com。

TS 101.9

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