倍捻设备群生产过程信息化管理

周鑫 蔡志端 马陈燕 倪建中

摘  要：倍捻机是纺织行业中重要的加工设备，为了实现对倍捻机的信息化管理，提高企业生产效率与信息化管理水平，设计倍捻机状态信息采集、统计分析的设备群信息化管理系统。每台倍捻机通过传感器、控制器和以太网等实现设备运行状态信息的采集与数据库存储。基于组态王软件和.NET技术实现设备断纱次数、断纱时间、停机时间、停机次数、运转率等运行状态图表化显示及统计报表生成。

关键词：纺织企业;倍捻设备群;以太网;数据分析

中图分类号：TS132.227.3      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）12-0145-04

Abstract：Double twister is an important processing equipment in textile industry. In order to realize the information management of double twister and improve the production efficiency and information management level of enterprises，an information management system of equipment group for state information collection and statistical analysis of double twister is designed. Each double twister collects and stores the information of equipment running status and data through sensors，controllers and ethernet. Based on Kingview software and .NET technology，the graphical display and statistical report generation of equipment running status such as broken yarn number，broken yarn time，shutdown time，shutdown times and operation rate are realized.

Keywords：textile enterprises;twisting equipment group;ethernet;data analysis

0  引  言

倍捻機是纺织行业中重要的加工设备，其功能是将多股单纱通过加捻粘合成股线，增强原纱的性能，满足工艺要求。随着自动化与信息化技术不断发展，近年来，国内倍捻机的智能化水平也得到快速提升，各种先进的倍捻设备不断问世，如台达和悦达公司研制开发了各种先进的纺织生产设备。这些生产设备可实现设备生产状态在线检测、数据分析等信息化管理功能[1，2]。然而，目前我国许多纺织企业还处于转型升级阶段，企业面临着设备较传统、自动化与信息化水平不高、智能管理程度低等各方面的问题[3，4]。所以，积极提升企业技术升级改造，推进自动化和信息化发展也是目前纺织行业面临的挑战。倍捻设备在生产过程中，由于张力控制或电机控制不恰当等因素，将会导致断线、停机等故障。当设备出现故障时，车间操作工作需要及时排除故障，恢复设备正常生产，否则将影响企业生产[4]。为提升企业生能效率、产品质量和信息化管理水平等，企业管理者需要掌握设备的生产信息和状态。比如单台设备、车间或整个企业在不同时间段中产量、设备运转率、设备工作时长、断纱、停机状态等。通过这些生产信息，可对数据进行分析处理，企业可实时了解企业运行状况，对车间工人工作情况、原材料质量和倍捻设备都具有监管功能，也可为管理层提供决策支持的基础。

1  系统设计

1.1  设备生产状态信息采集

设备群生产状态信息采集结构框图如图1所示。倍捻设备生产状态信息包括纱线张力、电机速度、纱线断线、设备停机等。这些状态信息都需要通过传感器进行检测，所以需要在倍捻机中安装相应传感及其测量电路。断线与停机检测方法可参考文献[4]，速度检测可采用霍尔传感器或者编码器进行测量，张力可采用专用的张力传感器模块进行检测。各传感器输出经测量电路进行信号处理，包括滤波、信号放大、电平转换、限幅等。单片机通过I/O口或者A/D转换引脚读取测量电路的输出值，从而获取单台设备的各种运行状态信息。每个车间内有多台倍捻设备，每台设备的控制器通过RS485总线的MODBUS-RTU通信协议将数据上传至车间总数据采集器，完成整个车间所有设备的状态信息采集与存储。整个企业有多个车间，各车间设备状态信息通过以太网络上传至服务器，实现整个企业倍捻设备群运行状态信息的获取与存储[4-8]。

1.2  数据统计分析

基于以太网络完成整个企业设备运行状态信息的采集，服务器以数据库的形式将状态信息进行存储。服务器基于组态王软件或者.NET技术可对数据库中的数据进行分析，生成报表进行输出和图表显示。组态王软件是一种应用广泛的工业监控软件，具有显示、报表管理、报警事件等各种功能且应用便捷。为了便于对设备管理，需要对每个设备、车间设备或者整个企业的设备按不同的时间段进行数据统计分析和显示。

1.2.1  数据库设计

无论是对数据进行分析还是图表显示，都需要对数据库进行操作。首先定义ODBC数据源，在电脑硬盘区新建一个Microsoft Access数据库，取名为设备状态信息.mdb，并根据需求在数据库中建立各种数据表，如图2所示。在ODBC数据源管理器中新建一个数据源，并设置该数据源指向设备状态信息.mdb数据库。根据系统需要设定数据库的字段，部分数据表及字段设计如表1-4所示。

为了保证系统数据中的数据在系统崩溃或硬件故障而造成数据丢失时可以恢复数据库，可采用备份和日志方式，同時提供角色权限管理。数据备份模式采用数据库全备份方案，包括数据库结构、数据库日志、数据库表定义信息、数据、数据库用户信息、数据库授权信息等，每次可单独保存为1个备份文件;利用SQL server的备份功能，建立数据自动备份调度程序，利用SQL server的恢复功能进行数据恢复。

1.2.2  统计分析

通过连接数据库，基于SQL操作和报表生成等指令可对数据进行统计分析及各报表的生成输出。用户根据数据日期（本月、三个月、指定时间）、设备数量（单机、多台设备和车间）、停机断线间隔（停机大于指定分钟和断线大于指定分钟）、班次（班制和班次）等方式对存储的生产数据进行查询，生成各类报表，主要包括：

（1）倍捻机停机断线持续时间＼次数＼运转率图表和表格;

（2）倍捻机停机持续时间统计图表和表格;

（3）倍捻机运转率图表和表格;

（4）倍捻机断线持续时间图表和表格;

（5）倍捻机断线次数图表和表格;

（6）倍捻机月运转率图表和表格。

用户对生成的每一类报表可直接在线打印，也可以将生成的报表导入到其它模版如Excel等。图3和图4所示为倍捻机统计分析界面。图3为设备停机次数、停机时间、断线次数、断线时间和运转率集中统计显示图。图4为单台设备停车次数单个状态统计图。由图3和图4可知，数据统计按时间分类统计，时间可设置为一个月、三个月或者任意指定时间;可设置设备数量，可统计单台设备、任意多台设备或者整个车间;可设置设备状态统计条件，如停机时间长度、断线时间长度等;也可根据企业班制进行统计分析。界面可以图例的形式实时显示统计分析报表，也可以生成报表输出。

2  结  论

论文针对纺织企业倍捻机设备群监测与管理，基于检测、网络和数据库等技术，研究了设备群网络化运行状态数据采集与统计分析系统。该系统可实现对整个企业倍捻机设备主要运行状态数据进行采集、存储与共享。系统基于组态软件或.NET等数据分析功能，可对任意时间段中任意设备组合的生产状态信息进行统计分析并进行显示或生成报表。本系统在浙江某企业运行，实践也证明了系统运行的稳定性和可靠性。系统的应用提升了企业的生产效率与信息化管理水平。

参考文献：

[1] 袁松，张建义，袁嫣红.倍捻机人机交互智能化系统设计 [J].现代纺织技术，2013，21（3）：8-11.

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[4] 蔡志端，王培良，顾玉祥，等.网络化倍捻设备群运行状态在线监测 [J].毛纺科技，2012，40（6）：61-64.

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[6] 王丽娜，杨东升，张展，等.基于MTConnect的数控设备网络化监控系统Agent架构的设计与实现 [J].小型微型计算机系统，2019，40（4）：896-900.

[7] 李慧，蔡昭权.基于物联网的异构机织设备数据采集系统关键技术研究 [J].现代纺织技术，2016，24（6）：37-42.

[8] 张慧霞，马长青，代爱明，等.织机在线联网采集系统在设备管理中的应用 [J].棉纺织技术，2018，46（10）：32-35.

作者简介：周鑫（1997-），男，汉族，安徽巢湖人，本科，研究方向：电气工程及其自动化;通讯作者：蔡志端（1978-），男，汉族，江西吉安人，副教授，研究方向：锂离子电池管理、功率变换器故障诊断与容错控制。