轧花生产线自动进料控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种轧花生产线自动进料控制方法及系统。

背景技术

随着时代的发展，棉花加工设备自动化势在必行，目前，国内场站的棉花加工生产线普遍存在以下几个情况：

1、棉花加工生产线更新慢，以十几年以前的生产线居多，控制系统多数为按钮与指针电流、电压表组合，轧花生产线的启停只能靠人工操作来实现。借以实现的控制方法存在着反应迟缓，出现问题不能及时自动处理，影响加工效率。

2、随着时代的发展，加工车间对年轻人的吸引力大大减弱，棉花加工工人老龄化严重，出现棉花加工工人人才断层现象，只有提高自动化水平，降低工人劳动强度，提高生产效率，让年轻人能体面的在车间工作，才能推动整个行业的进步。

因此，随着技术的迭代升级，自动化、智能化、数字化发展是未来的必然趋势。用机械代替人工，节省的人工去维护保养机械设备和自动化配套设施。进而探索棉花加工工艺相对完全的自动化、智能化、数字化，需要不断的进行技术实验与技术储备。

棉花加工设备自动化的实现，在于将棉花加工设备机电化，机电设备的基本构成包括采集要素、智能要素、转换要素和机构要素，其中的机构要素和转换要素为传统的机械装备部分，智能要素通常为棉花加工设备所普遍使用的PLC、单片机等控制装置，采集要素则主要包括各种传感器，以对工业现场进行采样，借以通过智能要素的运算，在通过转换要素控制机构要素动作。

目前，棉花加工设备的改进主要是在原机械装备部分基础上所在的改进，并没有适应自动化介入的同时对原机械装备部分也做出相应调整。具体而言，传统的棉花加工工艺包括喂花-籽棉清理-轧花-皮清-集棉打包等五道工序，对应为五种主要的工艺设备，当前对其改造或者制造相应的新的棉花加工生产线都是在这五种主要的工艺设备基础上进行改造，例如在这五种主要的工艺设备的相关位置加装光电检测元件，借助于这些光电检测元件检测到的现场数据，作为例如喂花机启停、变换喂花速度的条件。有鉴于喂花设备喂花速度取决于场站给棉速度，喂花设备中籽棉流的高度参差不齐，很难控制通过喂花设备进入棉花加工生产线上的籽棉份量。换言之，因棉花加工流程中，因初始的籽棉流流量不稳定，即便是在后续的工艺设备上配置例如光电传感元件也很难借以实现棉花加工的自动化。具体地，如某一光电传感器在一个较短的周期内检测到棉流流量的多次变化，导致其所上传的数据波动较大，机构要素的频繁响应不切实际。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动化实现相对容易的轧花生产线自动进料控制方法，本发明还提供了一种轧花生产线自动进料控制系统。

在本发明的实施例中，提供了一种轧花生产线自动进料控制方法，该控制方法包括以下步骤：

1）喂花；

2）缓冲给棉，提供用于承接喂花步骤所喂籽棉的缓存箱，通过喂花步骤喂花速度的调整使籽棉在缓存箱内的高度处于预定的范围内；缓存箱相应配有给棉装置，从而将缓存箱内的籽棉向下级工艺设备给棉；

其中，缓存箱内设有用于检测所缓存籽棉量的第一检测装置，以确定缓存箱内所缓存籽棉的高度是否在所述预定的范围内。

可选地，所述第一检测装置包括第一低位检测装置、第一中位检测装置和第一高位检测装置；

相应地，当第一中位检测装置检测到物料时，喂花机按照预定的中速率喂花；

当第一高位检测装置检测到物料时，喂花机停止喂花或按照预定的低速率喂花。

可选地，若所述第一检测装置检测的籽棉堆积状态为空时，喂花机按照预定的高速率喂花。

可选地，所述下级工艺设备包括溢料配棉设备，而通过溢料方式向多台轧花机配棉的第一方式或溢料方式与轧花机所配控制箱的存棉量结合向多台轧花机配棉的第二方式；

相应地，在溢料配棉设备的末端设有溢料棉箱，通过第二检测装置检测溢料棉箱的存棉量是否在预定范围内的第一要素，进而第一要素适配于第一方式，调整给棉装置的给棉速度；

适配于第二方式，控制箱内设有用于检测是否满箱的第三检测装置，以获取第二要素，从而在部分或全部控制箱满足第二要素的条件下使能第二检测装置，进而通过第一要素调整给棉装置的给棉速度；否则使第二检测装置处于失能状态。

可选地，第二检测装置具有第二低位检测装置、第二中位检测装置和第二高位检测装置；

相应地，若第二中位检测装置检测到物料时，给棉装置的给棉速度调整为预定的中速度给棉；

若第二高位检测装置检测到物料时，给棉装置的给棉速度调整为预定的低速给棉或者停止给棉；

若第二低位检测装置检测到物料为空时，给棉装置的给棉速度调整为预定的高速给棉。

可选地，每台轧花机配有对其上料的控制箱，控制箱用于承接溢料配棉设备来料；

所述溢料配棉设备为水平方向上设置的配棉绞龙，控制箱依序在配棉绞龙的轴向布设。

在本发明的实施例中提供了一种轧花生产线自动进料控制系统，适用于棉花加工生产线，该棉花加工生产线在轧花机前级配有喂花机，在喂花机向轧花机工料前还配有用于缓存籽棉的缓存箱，该缓存箱内设有用于向所缓存籽棉向下级工艺设备给棉的装置；

相应地，缓存箱配有用于检测所缓存籽棉高度是否在预定范围内的第一检测装置，以用于调配喂花机的喂花速度。

可选地，所述缓存箱的容积为3~6立方米。

可选地，所述第一检测装置包括第一低位检测装置、第一中位检测装置和第一高位检测装置；

其中，第一低位检测装置位于缓存箱五分之一~三分之一高度处；第一中位检测装置位于缓存箱七分之三~七分之四高度处，第一高位检测装置位于十分之七~五分之四高度处。

可选地，所述下级工艺设备包括配棉绞龙；

若干轧花机所属的储棉箱在配棉绞龙的轴向依次布置；

配棉绞龙的末端配有溢料棉箱，而该溢料棉箱内设有用于检测溢料量的第二检测装置；

相应地，溢料棉箱配有出料装置，以将溢料棉箱内的籽棉导出。

应知，对于喂花机而言，一般喂花速率并不均匀，即送到例如籽棉清理设备上的棉层厚度不均匀，导致后续工艺设备即便是设置了例如光电传感器，仍不能有效的进行加工速度与进料速度的适配。有鉴于此，在本发明的实施例中，在喂花机的下级设置缓存箱，喂花机不均匀的籽棉送入缓存箱，在缓存箱进行一定程度的堆积，然后再由缓存箱向下级工艺设备送料，从而使得进料速率相对稳定，后续工艺设备不必频繁的进行进料量与加工速度的适配，而易于实现自动化。

附图说明

图1为一实施例中缓存箱主视结构示意图。

图2为一实施例中缓存箱俯视结构示意图。

图3为一实施例中缓存箱左视结构示意图。

图中：1.变频电机，2.传动链，3.主链轮，4.箱体，5.观察窗，6.给棉罗拉，7.副链传动机构，8.出料斗，9.进棉口。

具体实施方式

如背景技术部分所述，传统棉花加工生产线主要有五大工序，即喂花-籽棉清理-轧花-皮棉清理-集棉打包，对应有五大工艺设备。在本发明的实施例中，为了确保后续工艺设备加工的稳定性，在喂花机后配装了用于对喂花机喂送过来的不稳定的籽棉流进行缓冲，借以实现籽棉流匀化的缓冲装置，为了简化说明，在本发明的实施例中将缓冲装置简称为缓存箱。

缓存箱在整体上是对喂花机后工艺设备的籽棉流的提前梳理，借以保证后续工艺设备物料供给相对稳定。

为了便于说明，将籽棉、经清理后的籽棉（籽棉清理，简称籽清）、皮棉（皮棉清理，简称皮清）、皮清后的皮棉统称为物料。

无论是传统的棉花加工生产线还是配置了缓存箱的棉花加工生产线，籽棉清理机都是进料部分与加工部分的中间工艺设备，应知，例如缓冲给棉，其优选地被配置在籽棉清理机的前级，但相对较差的应用可以配置在籽棉清理机的后级。无论哪种配置方式，为了描述方便，都省略对籽棉清理机的描述，同样对于自动进料控制方法而言，也都省略对籽棉清理步骤的描述。

需知，例如籽棉清理机并不能改变因喂花机给料不稳定所带来的籽棉流流量不稳定的问题，换言之，喂花机的给棉状态可被直观的反应在轧花机上。同样地，尽管在本发明的实施例中未对籽棉清理机及相应的籽棉清理步骤进行说明，但应知，若缓存箱位于籽棉清理机的前级，必然对籽棉清理的状态也会产生影响，相对稳定的籽棉流有利于籽棉清理机保持相对稳定的负荷。

另外，本发明实施例的主题核心是“进料”，因此，对于轧花机生产线自动进料控制方法和系统均围绕“进料”描述，对于例如籽棉清理机等工艺设备因其对匀化籽棉流厚度影响为公知，而对其不再重点描述。

作为自动进料的基础，如喂花机，其所配电动机配有适于调速的喂花变频器，或者整体上被称为如图1中例示的变频电机1，同样地，目前为了调速，其他现有的工艺设备普遍都进行了现代化改造，因而都适配有相应的变频调速装置，如变频器，对此不再一一详述，该种配置均属于现有的已知的配置。

同样地，对于增加的配置，即缓存箱，其所配给棉装置的动力机也采用变频控制，例如配有变频器的电动机或如图1中例示的变频电机1。应知，籽棉输送普遍采用风力输送，但在设备内，尤其是棉箱内，通常需配合机械输送，在图1~3所示的结构中，缓存箱的主体为长方体形状的箱体4，箱体4相对接有出棉斗8，出棉斗8可以接基于风力输送的输棉管道。

箱体4内，籽棉通过给棉罗拉6向下夹送，图2和图3中给棉罗拉6有四条，通过链传动机构或者其他传动机构进行传动，动力机为图1中例示的变频电机1，变频电机1借由传动链2与主链轮3间传动，通过变频电机1的频率调整，可以可调给棉罗拉6组向下夹松籽棉的速度，即流量。

进而，关于下级工艺设备，基于前述的内容可知，可以是直接下级，也可以间接下级，应知，在本发明的实施例中基于籽棉流流量的相对稳定为基础，借助于流量上的关联关系实现稳定进料的控制，该稳定进料的对象设备主要表现在籽棉清理机和轧花机上。

需要特别说明的是，在下文中可以看出，在一棉花加工生产线上配有多台轧花机，但对于绝大多数的棉花加工生产线而言，例如喂花机，也可以配有多台，例如三台。作为适配性，喂花机与缓存箱可以一一对应。

而对于后续的溢料配棉设备，则可以用于联集籽棉清理机，即一台溢料配棉设备同时接入多台籽棉清理机。同样地，如果场站加工能力相对较大，溢料配棉设备也不限于一台。

在本发明的实施例中，对于轧花生产线自动进料控制方法，其实现均匀进料的第一配置是喂花不稳定情况下的借助于缓冲给棉方式。作为常识，应知，喂花机通常作为棉花加工生产线的初级工艺设备，一般将籽棉垛上的籽棉通过输送管道输送到喂花机上，受直接承接籽棉垛处所输送籽棉的量的不稳定性影响，使得其喂花状态不稳定，即籽棉流量时大时小。

作为关联要素，轧花生产线自动进料控制方法包括喂花步骤，喂花步骤通常由喂花机及其附属设施完成，例如前述的输送管道；同时应知，对于棉花加工生产线，输送管道较多的使用在不同工艺设备间的物料流转，而不限于籽棉垛至喂花机，例如喂花机至缓存箱，缓存箱至烘干机或者其他工艺设备等通常都采用管道输送。

进而，在喂花机后级对籽棉流进行缓冲，即让籽棉流在一个空间内形成一定的堆积，对该堆积的籽棉再进行输送时，因籽棉源相对充足（产生堆积状态），使得被缓存箱输送的籽棉流流量相对稳定。

在图3例示的结构中，出料斗8以上的箱体4内籽棉堆积量相对较大时，是的给棉罗拉6处于当前转速下满负荷工作状态，如果不加缓冲，给棉罗拉6无法做到当前转速下满负荷工作，相应的夹松速率明显不稳定。

进而，缓存箱承接喂花步骤所喂籽棉，使不稳定供给的籽棉在缓存箱内产生一定的堆积。

应知，尽管喂花机给棉速度不稳定，但在较长的时间内的总量是相对稳定的，例如每10分钟的给棉量是相对稳定的，所确定的单位时间越长，偏差越小，而在较小的单位时间内容易产生不稳定，如每秒。通过缓冲，可以消除或者减轻籽棉流波动的影响。

进而，通过喂花步骤喂花速度的调整使籽棉在缓存箱内的高度处于预定的范围内，该预定的范围使得配料侧变得相对稳定，或者说存量足以使例如缓存箱进一步给棉流量的处于设定给定流量或自动调定的流量状态。

具体而言，如果给棉罗拉的工作部分各处不处于空转的状态，即可获得相对较好的给棉稳定性。

因此，作为必要条件，缓存箱内设有用于检测所缓存籽棉量的第一检测装置，以确定缓存箱内所缓存籽棉的高度是否在所述预定的范围内。该预定的范围其一不至于让箱体4满仓，也需避免如给棉罗拉6空转。

一般而言，在保证箱体4内四分之一箱被填满，所形成的箱体4下端充实度基本就可以保证给棉罗拉6不空转。

如果箱体4自身高度相对较大，其下部填充量为其容量的五分之一仍可满足给棉罗拉6的满负荷夹松籽棉，从而确保所给棉流速具有相对较高的稳定性。

作为进一步的考虑，所述第一检测装置包括第一低位检测装置、第一中位检测装置和第一高位检测装置。

在图3例示的结构中，箱体4为长方体形箱体，其具有一定的高度，前述的第一检测装置在箱体4的高度方向上布设，用于检测籽棉是否充满了相应位置，即第一检测装置所在的位置。

如前所述，有鉴于喂花机喂花的流量非常不稳定，因此，可以采用例如光电传感器进行箱体4内籽棉量的采样，若某光电传感器检测到籽棉时的连续时间为例如5s，基本可以确认籽棉已经到了光电传感器所安装的位置高度。喂花过程中，籽棉流是动态变化的，在某一时刻可能会被光电传感器检测到，但下一时刻可能就没有籽棉被检测到。

有鉴于此，为例如光电传感器配置一个设定值，该设定值为连续检测到籽棉的时间，若某一光电传感器连续检测到籽棉的时间达到所述设定值，则判断籽棉的堆积已经到了相应的位置。

所述设定值配置为3~6s。

在一些实现中，为每一个检测高度设置一组传感器，例如3~5个，而在如图1所示的某一高低处的横向排布在箱体1上，当同组的所有传感器都检测到籽棉时，可以确认籽棉已经填充到了箱体1的相应位置。

基于前文可知，第一检测装置被配置成了对籽棉在箱体1内填充量的三个高度的检测，基于相互间的高度关系而区分为低位、中位和高位。

关于第一检测装置的选择，如采用光电传感器，优选对射型光电传感器。对于其它传感器，如超声波传感器仍可作为优选。

鉴于低位是保证位，或者说籽棉在例如箱体1内的堆积量的底限位，常态下，第一低位检测装置应始终检测到有籽棉存在，从而确保例如给棉罗拉在当前转速下满负荷给棉。如果第一低位检测装置检测不到籽棉时，喂花机需采用比当前速度更大的速度喂棉，该更大的速度记为预定的高速率。

需要说明的是，调整后的任何一个速度都可以不是预定的初速度，该预定的初速度表现为开机后预先设定的工作速度，而不是调整后的高速度、中速度或低速度，但不排除在某些条件下与调整后的的某个速度相当或相同。

对于其他两个位置，相应地，当第一中位检测装置检测到物料时，喂花机按照预定的中速率喂花；当第一高位检测装置检测到物料时，喂花机停止喂花或按照预定的低速率喂花。

在缓存箱进行缓冲后，生产线上的物料的流量稳定性将变得相对较好，但为了保证轧花机具有更好的给料稳定性，所述下级工艺设备采用溢料配棉设备，而通过溢料方式向多台轧花机配棉。

相应地，对于轧花机而言，其通常配有轧花机棉箱，所述溢料配棉设备所配棉的方向为向轧花机棉箱给料。

关于溢料，可以参见流水，如果一条主通道向若干分通道供水，主通道的额定流量大于分通道总和的额定流量时，无论这些分通道的排列方式是怎样的，都会有多余的水继续沿主通道流动，相对于每一个分通道都会产生溢料。

同样地，关于溢料配棉设备也采用类似的方式，即溢料配棉设备同时向多台轧花机的棉箱给料，溢料配棉的目的在于保证每一个轧花机的棉箱都是满箱状态，即正常的作业状态都是当前加工条件下的满负荷运转。

基于总量上的适配性，溢料配棉设备的配棉总量大于所配给轧花机的总加工能力，因此，溢料配棉设备的末端设有溢料棉箱，通过对溢料棉箱内籽棉量的控制，可以确认轧花机是否在满负荷运转。

相应地，通过检测溢料棉箱的存棉量是否在预定的范围内而调整给棉装置的给棉速度。给棉装置例如是图1~3中所示的给棉罗拉总成。

同样地，对于溢料棉箱而言，其所存物料要重新投入到棉花加工生产线，因此其也配有类似于图1~3中所示的向下游工艺设备给棉的设施，从而可以通过检测溢料棉箱内当前的存棉量来调整给棉装置的给棉速度。

需要说明的是，鉴于在开机后的初始阶段或后期调整的某个阶段，受轧花机控制箱自身进口通流能力的影响，并不能保证控制箱未满的情况下不产生溢料，如果此时采用溢料控制，从而对前级的工艺设备进行减速，不可避免的会产生误操作。因此，作为优选方案，控制箱内装有第三检测装置，需确保部分或者全部控制箱满箱的情况下第二检测装置才展开工作，即处于使能状态，否则处于失能状态。

进一步地，溢料棉箱内设有第二低位检测装置、第二中位检测装置和第二高位检测装置；

相应地若第二中位检测装置检测到物料时，给棉装置的给棉速度调整为预定的中速度给棉；

若第二高位检测装置检测到物料时，给棉装置的给棉速度调整为预定的低速给棉或者停止给棉；

若第二低位检测装置检测到物料为空时，给棉装置的给棉速度调整为预定的高速给棉。

第二检测装置与给棉装置的给棉速度的适配性参见前文对第一检测装置与喂花机喂棉速度的适配性，在此不再赘述。

关于溢料配棉设备优选为水平方向上设置的配棉绞龙，配棉绞龙管壳上开有与轧花机一一对应的出棉口，相应地，轧花机所配控制箱依序在配棉绞龙的轴向布设，并用于承接相应出棉口排出的籽棉。

鉴于前文已经涉及到了适配于前述轧花生产线自动进料控制方法的轧花生产线自动进料控制系统，在下文中简述自动进料控制系统。适配于前述的方法部分，在喂花机向轧花机工料前还配有用于缓存籽棉的缓存箱，缓存箱的箱体4在图1中表示为立式设置，上端为进棉口9，用于承接喂花机喂送的物料，相应地，进棉口9在上端并不表示必然要在竖直方向上承接物料，如果通过弯管连接喂花机与箱体4，物料可以自一侧进入。

相应地，该缓存箱内设有用于向所缓存籽棉向下级工艺设备给棉的装置，如图3中所示的一组给棉罗拉6及为其所配置的驱动给棉罗拉6工作的动力机等，图中较为详细，在此不再赘述。

图3中的出棉斗8可以与例如烘干机或者直接与籽清机配接。

相应地，缓存箱配有用于检测所缓存籽棉高度是否在预定范围内的第一检测装置，以用于调配喂花机的喂花速度。

为了获得较好的调整能力，缓存箱的容积不宜过小，否则无法起到缓冲作用，也不宜过大，否则会占据较大的场地面积，为此，所述缓存箱的容积为3~6立方米。

进而所述第一检测装置包括第一低位检测装置、第一中位检测装置和第一高位检测装置；

其中，第一低位检测装置位于缓存箱五分之一~三分之一高度处；第一中位检测装置位于缓存箱七分之三~七分之四高度处，第一高位检测装置位于十分之七~五分之四高度处。