一種多類型落絲機協同的POY落絲轉運系統的設計與應用

廣 告 | 點擊 查 看

摘要：隨著化纖行業的持續發展，其高產量及生產環境惡劣的特點使得自動化設備的需求日益增強。化纖生產車間在設計上的差異化與產品需求的多樣化，要求自動化設備能夠通過多種組合方式來滿足實際生產需要。本文采用地面落絲機與懸掛落絲機等多設備協同落絲轉運的方式，通過算法設計，從落絲、對接、暫存臺存取貨、掛絲拆分四方面詳細梳理了整個落絲轉運流程，實現了多類型絲錠自動區分掛絲位置功能的同時，兼顧了拆分效率。同時，針對現場需求的特殊情況，提出了“結批”操作方式，解決了無法湊足滿車下線的痛點，為差異化自動落絲轉運系統提供了一種新的調度方案。

關鍵詞：地面落絲機；懸掛落絲機；多設備協同；結批

作者：張文琦 臺瑋 吳振強 邱野 方晨陽

北自所（北京）科技發展股份有限公司

一

引言

近年來，我國化纖行業迅猛發展，在國民經濟發展中有著舉足輕重的地位。然而，化纖生產車間普遍存在噪音大、油污重、工作條件惡劣等問題，加之車間產量高，導致工人勞動強度大。由于產品需求而帶來的設計差異，以及車間整體空間有限，現場往往無法容納大量空置絲車，因此常需要操作人員進行絲車轉運。大量的絲車依賴人工轉運不僅增加勞動負荷，還容易因大量交叉作業引發安全隱患。因此，發展自動化設備已成為行業趨勢[1]。自動化設備能夠將卷繞機生產好的絲錠按照特定順序拆分至絲車上，替代人工完成繁重的工作，同時能夠有效避免因人為因素導致的產品降等、批號混亂以及絲車拆分順序錯誤問題[2]，極大增強了產品從生產到轉運環節的穩定性和可靠性。

題眼廣 告 | 點擊 查 看

由于化纖預取向絲（pre-oriented yarn，簡稱POY）產品需求的差異，化纖生產車間布局均為非標準化現場，自動化設備的選型需要根據現場的實際情況來進行選擇[3]。同時，生產車間對設備功能需求也存在差異，例如，紡絲生產車間對絲餅拆分到絲車上的尾絲方向要求不同，不同類型的絲餅拆分順序也不相同[4]。

為解決生產車間空間有限，絲錠需要翻面處理以及拆分掛絲順序多樣等問題，本文設計了一種多類型落絲機協同的POY落絲轉運系統調度方案，可實現絲錠翻面的同時，滿足不同順序的拆分掛絲要求，從而在有限空間內滿足現場的生產需求。

二

系統的結構及流程

該系統的主要目標是通過自動化設備將卷繞頭生產好的絲餅拆分至絲車上。結合現場生產環境，該系統需使用地面落絲機、懸掛落絲機、暫存臺及轉臺等自動化設備。

圖1 地面落絲機及懸掛落絲機

由于生產車間的空間有限，無法滿足懸掛落絲機的作業條件，因此選用地面落絲機進行落絲轉運工作[5]。地面落絲機是將絲錠從生產車間轉運至拆分區域的核心設備[6]。別執行水平運行、軸1橫移及推出、軸2平臺橫移及推出五個動作。地面落絲機采用五軸獨立運行方式，分面落絲機及懸掛落絲機如圖1所示。水平軸采用齒輪鏈條傳動方式，主動輪組在電機的驅動下沿地面鋼軌及斧正軌上行進，無動力的從動輪組用于配合主動輪組維持穩定性。橫移軸則采用平臺推出機構的傳動方式，通過控制變頻器帶動電機旋轉，來調控橫移的伸出和收回。推出軸采用滾珠絲杠的傳動結構，將傳動結構隱藏在地面落絲車內部，從而完成了推出方向的指定動作。

圖2 暫存臺設備示意圖

暫存臺設備則是由暫存臺底座、承接軸及尾部氣缸裝置組成。暫存臺能夠承載懸掛落絲機從地面落絲機轉運過來的絲錠。每個暫存臺都有推出裝置，在電磁閥動作信號的配合下，尾部的氣缸帶動暫存機構的推板動作，從而將絲錠從暫存臺轉運至懸掛落絲機。如圖2所示，該系統共有4×6共24個暫存臺。每個暫存臺能夠容納滿卷的一桿絲。每桿絲由12錠絲組成，需要拆分至36位的絲車上。因此，每三桿絲為一組，正好滿足一輛絲車的滿載需求。

拆分區域空間較大，能夠容納懸掛落絲機進行作業。懸掛落絲機由兩個作業系統組成，分別為水平運行軸，軸1和軸2的垂直提升軸、橫移軸及推出軸共七個動作軸獨立運行。懸掛落絲機能夠通過提升軸實現升降，使一整桿絲錠能夠暫存至暫存架以及拆分至絲車的不同位置。水平軸采用鋼軌驅動輪結構，水平電機的驅動主動輪在水平鋼軌結構上行進，并通過地軌中的斧正導輪組來保證懸掛落絲機水平方向的穩定性和直線度。提升軸采用鋼帶滑輪結構，通過鋼帶纏繞與釋放完成升降動作。橫移軸采用齒輪齒條結構，推出軸采用鏈輪鏈條傳動結構，均通過傳動結構來完成橫移和推出的動作。

三

系統作業工藝流程

本系統的現場設備布局如圖3所示。由圖3可見，該系統主要由地面落絲機、懸掛落絲機、暫存臺以及絲車轉臺四種設備構成。該系統的工藝流程如圖4所示：在接收到卷繞頭的自動呼叫后，地面落絲機根據自身狀態選定作業軸，并通過水平行走運行至呼叫位置，待卷繞機的卡盤軸旋轉停止后，所選定的橫移軸伸出，并向卷繞機發出信號，使其推出滿卷絲錠。當卷繞機完全推出后，地面落絲機接收信號并收回橫移軸，從而完成落絲作業。當地面落絲機滿載絲錠時，將水平運行至與懸掛落絲機的對接位置。當對接水平停準后，地面落絲機會伸出滿載絲錠的橫移軸與懸掛落絲車的承接軸對接，確認無誤后推出軸動作，將絲錠轉運至懸掛落絲車，并完成存絲作業。

圖3 現場設備分布圖

懸掛落絲機將絲錠從地面落絲機取出后，根據地面落絲機傳遞過來的批號信息分析暫存位置，并運行至暫存臺對應位置將絲錠暫存。當暫存臺上滿足滿車裝載條件時，懸掛落絲機將絲錠從暫存臺取出，進行拆分掛絲。為了實現拆分效率最大化，并配合后續的特殊情況處理，采用先取1桿后取2桿的作業方式，三桿絲只需要兩桿絲的掛絲時間即可完成。同時，根據暫存臺傳遞過來的批號及絲錠類型來判斷具體的掛絲位置。懸掛落絲機在獲取掛絲位置后通過水平軸移動到位并垂直下降。停準后配合橫移和推出軸的相互協作，將絲錠逐錠拆分至絲車掛架上。在掛完絲車的一面后，懸掛落絲機會避讓至安全位置，為轉臺旋轉留足空間。轉臺旋轉到位后，懸掛落絲機會繼續拆分掛絲，直至將三桿絲拆分完畢，使得絲車掛架滿載。當三桿絲全部拆分完畢后，轉臺轉回原來位置，完成掛絲作業。滿載絲車由后續的穿梭車或人工轉運下線。

圖4 系統工藝流程圖

四

系統開發與設計

多類型落絲機協同的POY落絲轉運系統的開發與設計主要包括放貨地址分析系統、取貨地址分析系統、落絲轉運調度系統及掛絲位置分析系統。懸掛落絲機從地面落絲機處對接取出的絲餅，必須經過放貨地址分析系統生成暫存臺的放貨位置。經過規律地存放過程，懸掛落絲機能夠通過取貨地址分析系統生成取貨位置，將絲餅取出后再通過掛絲位置分析，生成對應的拆分位置，并進行后續的掛絲工作。

1.放貨地址分析系統

懸掛落絲機由地面落絲機處對接取得絲錠后，需要將絲錠放置于暫存臺上，待滿足拆分要求后，再拆分下線。每桿絲錠均為12顆，絲車為36桿，所以三桿絲正好滿載一輛絲車。因此將24軸暫存臺劃分為6組暫存區域，每組的編號如圖5所示。

圖5 暫存臺分組編號

懸掛落絲機的兩軸均能從地面落絲機處獲取不同批號的絲錠，每個軸在進行存貨作業之前均需要分析本軸所承載絲錠的放貨位置。放貨地址分析流程如圖6所示。當滿足對接取絲的條件時，首先查詢暫存臺是否存在與該批號對應的組。如果組存在，尋找組內是否有空桿能夠存放絲錠。如果組不存在或者組內無空閑桿能夠存放，則為暫存臺的空閑組標記該批號，隨后生成該桿絲的放貨桿號，供暫存臺存貨作業時參考使用。

圖6 放貨地址分析流程圖

圖7 取貨地址分析流程圖

2. 取貨地址分析系統

當空絲車上線并滿足整車掛絲條件時，系統需要為懸掛落絲機生成取貨地址。由圖5可知，為實現作業效率最大化，懸掛落絲機在進行取絲作業時是先一軸取一桿，而后雙軸同時取兩桿。懸掛落絲車需要進行兩次取貨作業，要保證取出同一組的絲餅，需要在第一次取絲前生成三軸絲的取貨桿號，再根據已經取過絲的次數來判斷對應的作業軸及取絲位置。

以圖5中的組1為例，該組中的桿號為1、2、3。當鎖定該組絲時，取貨系統生成的三個取貨桿號分別為1、2、3。當取貨次數為0（即第一次取絲前），系統將取貨桿號3傳遞給懸掛落絲機，并使懸掛落絲機的軸1單獨生成取貨作業。取貨完成后，取貨次數變為1，也就代表懸掛落絲機已經取過一次絲錠。懸掛落絲機取完絲后進行掛絲作業。當掛絲完成后，懸掛落絲機的雙軸同時動作，取貨桿號為1和2。懸掛落絲機將兩桿絲錠全部取出后，取貨次數變為3。隨后雙軸同時動作進行掛絲拆分作業。當拆分完成后，取貨次數及取貨桿號均清零，等待下一次作業。取貨分析系統的流程如圖6所示。

3.落絲轉運調度系統

落絲轉運調度系統的流程如圖8所示。從卷繞頭滿卷呼叫開始至滿卷絲車下線，整個系統經過了落絲、對接、暫存臺存取貨和掛絲四個過程。系統在接收到卷繞頭滿卷信息后，調度地面落絲機去進行落絲。在完成作業后，系統根據地面落絲機滿載絲錠的批號，查詢暫存臺是否滿足放貨條件。系統確認滿足對接條件后，地面落絲機和懸掛落絲機進行對接作業。此時，滿卷絲錠及其生產信息被傳遞至懸掛落絲機處暫存。系統也通過對接過程完成了絲錠尾絲翻面的任務。

圖8 落絲轉運系統整體流程圖

懸掛落絲機滿載絲錠后，根據系統發送的放貨地址進行作業，將絲錠及其信息存放在暫存臺。當轉臺絲車滿足空車掛絲條件后，系統會通過取貨地址分析系統生成取貨位置及更新取貨次數。懸掛落絲車收到取貨地址后，根據取貨次數生成取絲作業，并在取完絲錠后，判斷絲錠類型并生成對應的拆分位置，從而完成拆分掛絲作業。

4.掛絲位置分析

由圖8可知，掛絲位置由絲錠的類型確定。由于生產工藝不同，絲錠可分為普通型絲錠和合股型絲錠。根據絲錠類型的差異，拆分位置也需要進行區分。絲車分為A、B兩面，絲車掛架標號如圖9所示。

圖9 絲車掛架標號

懸掛落絲機對應的拆分位置為四個浮點型數據（real）組成的“坐標結構”，代表著懸掛落絲車將絲錠拆分至絲車某位置時需要滿足的水平、垂直、橫移及推出位置。懸掛落絲車兩面共需要24個“坐標結構”，英文標號為Array[1]、Array[2]… Array[24]。普通型的絲錠和合股型絲錠的對應掛絲位置根據使用要求存在差別，具體坐標位置參見表1。在掛絲作業前，先根據暫存臺上傳遞的絲錠信息判斷絲錠類型。懸掛落絲機根據絲錠的類型及推絲次數，從系統中提取掛絲位置后運行至指定位置進行掛絲作業。

表1 不同類型絲錠推出次數及拆分掛絲位置

5.特殊情況處理

日常生產中，當某個批次的絲錠不滿足銷售要求時，卷繞生產時會進行批次切換。換批代表著短時間內生產車間不會再有該批號的絲錠。因此可能導致暫存臺就會出現該批絲錠因無法湊足滿車而無法正常掛絲下線。此外，絲錠品質易受生產環境影響，暫存臺上的絲錠不宜存放太久。

因此，本系統在絲錠被存放至暫存臺時開始計時，并在超過存放要求時間時進行報警提示。當需要將非滿車絲拆分下線時，需要采用人工結批的方式。操作人員在系統中輸入需要結批的桿號，系統據此生成取貨桿號被并傳遞給懸掛落絲車。

結批操作分為兩種情況：結批一桿下線或結批兩桿下線。結批一桿絲錠時，懸掛落絲車軸1根據取貨地址取絲，隨后開始拆分掛絲，掛絲位置參見表1，當12錠絲拆分完后，完成結批任務，和總控自動驗證后轉運下線。當結批兩桿絲錠時，懸掛落絲車獲取取貨地址后，分兩次分別通過軸1作業接取絲錠并拆分。當A面拆分完畢后，配合轉臺旋轉，拆分B面，直至拆分完成。

五

效果驗證

與傳統落絲方式相比，該系統通過地面落絲機與懸掛落絲機對接的方式實現了絲錠翻面任務，從而擺脫了絲錠翻面需要翻轉機構的限定，使實現絲錠翻面方式更加靈活，同時也減少了人為參與翻面動作而造成的誤操作，使得滿載絲錠的絲車全部為后續包裝需要的翻面類型。同時，系統能夠自動區分多種類型的絲錠掛絲方式，掛絲順序固定，避免了由于人工誤操作而產生的掛絲順序錯誤問題，保證每錠絲都能拆分至絲車特定的掛架位置。系統拆分掛絲方式統一，懸掛落絲車與絲車在掛絲時相對位置固定，能夠消除人工拆分導致的偶發性碰傷行為，保證了產品質量。

該系統適用于落絲空間小而轉運空間大的廠區。多組暫存臺與懸掛落絲機的配合，能夠更好地應對絲錠滿卷潮汐性的特點，使暫存區域有更大的冗余度，保證系統的穩定性。

圖10 上位機五日單通道自動落絲效率統計圖

應用本系統的現場實行12小時換班制。系統會記錄卷繞頭的呼叫次數（HJCS）以及落絲次數（LSCS），并由上位機在每個班組換班時進行統計。系統記錄的自動落絲效率如圖10所示。由于現場生產設備分布的緣故，每組通道采用兩套落絲轉運系統，標號分別為“H01”和“H02”。圖中“H01Doffercent”和“H02Doffercent”分別為單通道中每套系統落絲效率，“Doffercent”為單通道兩套系統的總落絲效率。經過實際檢驗，24小時不間斷運行后能夠滿足90%以上的平均落絲率，很好地滿足了現場生產的使用需求。該系統使現場工作量大量減少，現場單通道工作人數由原來的8人減少至2人，工人在不需要進行其他操作時可離開現場，待落絲完成后再根據現場需要返回，極大降低了暴露在惡劣工作環境的時長。絲車與人數的減少也顯著降低了交叉作業量，從而提高了現場生產的安全性與穩定性。

六

結語

本文設計了一種多類型落絲機協同的POY落絲轉運系統，很好地實現了從落絲到掛絲裝車的全過程自動化物流，有效地解決了紡絲車間工作強度大、以及人為原因導致的產品損壞和批號混亂等問題。通過程序設計，系統實現了特殊情況下結批作業。相比于落絲轉運系統，本系統在實現全部功能的同時，具備占地面積更小，空間適用性更好的特點。地面落絲機和懸掛落絲機的協同作業，是多種自動化設備深度結合的成功案例，為化纖落絲轉運向自動化、智能化發展提供了有益借鑒。

參考文獻:

[1]王勇,用于化纖長絲生產的全自動落絲系統研制及規模化應用.北京市,北京機械工業自動化研究所,2015-01-21.

[2]周春旭,王勇,吳振強,等.應用于化纖行業的全自動落絲系統[J].制造業自動化,2017,39(6):

36-40.

[3]崔正,王勇,邱野,等.一種應用于化纖行業的單軌雙落卷機調度設計[J].制造業自動化,2022,

44(06):208-212.

[4]鄭祥盤.化纖長絲自動化生產與智能物流系統的應用研究[J].化學工程與裝備,2017,(12):63-64+33.DOI:10.19566/j.cnki.cn35-1285/tq.2017.12.018.

[5]舒暢,何勇,黃孫華,等.化纖長絲自動化生產線落筒小車控制策略研究[J].計算機仿真,2018,

35(09):320-323+381.

[6]徐爽,杜曉燕.基于PLC控制器的化纖輸送系統技術改造應用研究[J].化纖與紡織技術,2021,

50(09):78-80.

———— 物流技術與應用融媒 ————

編輯、排版：王茜

本文內容源自

歡迎文末分享、點贊、在看！轉載請聯系后臺。

廣告宣傳