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CN111924664B - 采用集中控制的化纤长丝落卷方法、系统及自动落卷设备 - Google Patents

采用集中控制的化纤长丝落卷方法、系统及自动落卷设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用集中控制的化纤长丝落卷方法，包括：获取卷绕生产线的实时工作信息并进行汇集，以获得该卷绕生产线的实时工作信息；获取该卷绕生产线进行落卷操作的优化方案，以所有该优化方案构建为该卷绕生产线的方案数据库；以该实时工作信息从该方案数据库中选取的落卷控制方案，并控制该卷绕生产线以该落卷控制方案进行落卷操作。本发明还提出一种化纤长丝落卷系统，以及一种自动落卷设备。

Description

采用集中控制的化纤长丝落卷方法、系统及自动落卷设备
技术领域
本发明涉及化纤生产技术领域，特别是涉及一种化纤长丝落卷系统及方法。
背景技术
化纤长丝卷装落卷作业是典型的劳动密集型作业场景，人员劳动强度大、作业环境恶略，生产24小时连续，原有的人工作业模式已经难以满足企业发展的需求。众多龙头企业都在着手采用自动化设备替代人工，完成这一操作。
目前国内大部分化纤生产龙头企业已经采用了全自动落卷系统替代传统的手工作业方式。
中国发明专利“纱锭自动输送系统及纱锭自动输送方法”（申请号：CN102431849A）中设计了一种用于化纤长丝落卷及输送的方法，目前也在企业中广泛应用。全自动落卷系统的配置包括落卷机器人、暂存设备、装车旋转台及相关信息显示、管理系统。落卷机器人是全自动落卷系统中的核心设备，用于替代人工完成落丝卷作业。目前，企业化纤长丝卷绕机生产线，卷绕机台布置为32台至96台不等，一字排开，每台卷绕机一次可完成12个卷装（一轴）的成型作业。一条卷绕机生产线配置一至两台落卷机器人，每台落卷机器人一次可以落卷1-3轴（根据机器人配置不同）。当一台卷绕机满卷之后，会发出满卷呼叫，落卷机器人根据呼叫指令自动运行至相应位置完成落卷作业，多轴落卷机器人根据卷绕机完成信号呼叫顺序，一次接取多轴丝卷，再将丝卷自动放置到专用的转运丝箱上，以供后期包装生产使用。而落卷机工作的顺序，受PLC系统的限制，完全按照卷绕机呼叫顺序决定。
目前化纤长丝卷装成型，一条生产线上的卷绕机可同时生产不同种类，不同规格的多种产品，他的满卷时间（从开始落卷到落卷完成的时间）和爆管时间(发出满卷信号到出现爆管状况的时间)都不相同，而目前化纤行业落卷作业的控制调度均采用PLC程序控制，采用排队理论，优先呼叫原则，既先呼叫先处理，落卷机器人只能按照呼叫先后去落卷，无法综合考虑落卷的位置、爆管时间等多重因素，经常需要人工参与处理，甚至出现爆管废丝的情况，现有的这种控制调度方式已经不能够满足高质量生产要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种采用集中控制的化纤长丝落卷方法，包括：汇集卷绕生产线当前时刻的实时参数，生成该卷绕生产线的实时工作信息；获取该卷绕生产线进行落卷操作的优化方案，以所有该优化方案构建为该卷绕生产线的方案数据库；以该实时工作信息通过该方案数据库获得当前时刻该卷绕生产线的落卷控制方案，并控制该卷绕生产线以该落卷控制方案进行落卷操作。
进一步的，该卷绕生产线包括多台卷绕机、至少一台落卷机器人和暂存设备，该落卷机器人根据该落卷方案对该卷绕机卷绕完毕的卷装进行落卷操作后，将取下的卷装输送至该暂存设备；该落卷控制方案包括该落卷机器人对该卷绕机进行落卷操作并将取下的卷装输送至该暂存设备的实际落卷路径。
进一步的，以前一落卷操作周期的结束时刻T0之前发出满卷信号但未进行落卷操作的卷绕机为待操作卷绕机，该实时工作信息包括：该待操作卷绕机的数量M，该待操作卷绕机的满卷信号发出时刻、预计爆管时刻和应急处理时长。
优选的，通过累积该卷绕生产线历史生产数据的方式，和/或根据该卷绕生产线的属性参数进行理论计算的方式，获取该优化方案；其中，该属性参数包括：该卷绕机的数量，该卷绕机的数量，每台该卷绕机的实际位置，该卷绕机卷绕的卷装类型及对应的满卷时间和爆管时间，该落卷机器人空载、半载和满载时的正常移动速度、最大允许移动速度和最大可用加速度，该落卷机器人的可落卷轴数，该暂存装置的数量、实际位置、正常暂存量和最大可用暂存量。
本发明还提出一种采用集中控制的化纤长丝落卷系统，包括：信息汇集模块，用于获取当前时刻卷绕生产线的实时参数并进行汇集，以获得该卷绕生产线的实时工作信息；数据库生成模块，用于获取该卷绕生产线进行落卷操作的优化方案，以所有该优化方案构建为该卷绕生产线的方案数据库；操作控制模块，用于以该实时工作信息通过该方案数据库获得当前时刻该卷绕生产线的落卷控制方案，并控制该卷绕生产线以该落卷控制方案进行落卷操作。
进一步的，该卷绕生产线包括多台卷绕机、至少一台落卷机器人和暂存设备，该落卷机器人根据该落卷方案对该卷绕机卷绕完毕的卷装进行落卷操作后，将取下的卷装输送至该暂存设备；该落卷控制方案包括该落卷机器人对该卷绕机进行落卷操作并将取下的卷装输送至该暂存设备的实际落卷路径。
进一步的，以前一落卷操作周期的结束时刻T0之前发出满卷信号但未进行落卷操作的卷绕机为待操作卷绕机，该实时工作信息包括：该待操作卷绕机的数量M，该待操作卷绕机的满卷信号发出时刻、预计爆管时刻和应急处理时长。
优选的，该数据库生成模块通过累积该卷绕生产线历史生产数据的方式，和/或根据该卷绕生产线的属性参数进行理论计算的方式，获取该优化方案；其中，该属性参数包括：该卷绕机的数量，该卷绕机的数量，每台该卷绕机的实际位置，该卷绕机卷绕的卷装类型及对应的满卷时间和爆管时间，该落卷机器人空载、半载和满载时的正常移动速度、最大允许移动速度和最大可用加速度，该落卷机器人的可落卷轴数，该暂存装置的数量、实际位置、正常暂存量和最大可用暂存量。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，该可执行指令被处理器执行时，实现如前所述的采用集中控制的化纤长丝落卷方法。
本发明还提出一种自动落卷设备，包括：卷绕生产线，包括多台卷绕机、至少一台落卷机器人和暂存设备，该卷绕机、该落卷机器人和该暂存设备上均设置有获取实时参数的传感器；中控装置，与该卷绕机、该落卷机器人和该暂存设备通信连接，包括处理器和计算机可读存储介质；该处理器调取并执行该计算机可读存储介质中的可执行指令时，实现如前所述的采用集中控制的化纤长丝落卷方法。
附图说明
图1是本发明的采用集中控制的化纤长丝落卷方法流程图。
图2是本发明的化纤长丝落卷系统结构示意图。
图3A、3B是本发明的自动落卷设备示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的详细说明，所描述的实施例仅仅是本发明的一种实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明所公开的技术应用于化纤长丝生产前纺车间，主要是解决化纤长丝卷装的自动落卷作业效率优化。通过汇集卷绕生产线的实时参数并对卷绕生产线进行集中控制的方式，代替传统PLC对单一设备的独立控制优化方式，从而提供工作效率，进行以中控装置为核心器件的一整套前纺落卷系统。
本发明的化纤长丝落卷方法，在进行卷绕落卷操作中，首先采集卷绕生产线现场设备的实时数据，并传送给中控装置汇集为实时工作信息，以监测装备的运行状态，明确哪些卷绕机已发出满卷信号，以及根据输入的落卷时间推算出即将满卷的机位；之后，发挥中控装置中计算机系统的计算优势，针对多轴落卷机器人需要接取不同工作位置及不等爆管时间卷装的任务等综合因素的分析，通过程序计算对落卷路径的效率进行分析比较，得出完成目前工作任务的最优工作路线，最后，由中控装置将工作路径下发至现实落卷机器人控制系统，使落卷系统效率达到最高。
图1是本发明的采用集中控制的化纤长丝落卷方法流程图。如图1所示，本发明的化纤长丝落卷方法，具体包括：
步骤S1，汇集卷绕生产线当前时刻化纤长丝生产的实时参数，并选取生成落卷控制方案相关的数据生成为卷绕生产线当前时刻的实时工作信息；
卷绕生产线包括卷绕机、落卷机器人和暂存设备（或装车台），通常一条卷绕生产线具有32-96台卷绕机，卷绕机一字排开，每台卷绕机一次可完成12个卷装（一轴）的卷绕（成型）作业；一条卷绕生产线配置一至两台落卷机器人，每台落卷机器人一次可以落卷1-3轴；卷绕机、落卷机器人和暂存设备上都设置有工作状态传感器，通过传感器可以获取卷绕机、落卷机器人和暂存设备的实时工作状态，例如落卷机器人的当前位置、装载情况，卷绕机的当前卷装类型、卷绕开始时间、拟完成卷装数量和满卷时发出的满卷信号，暂存设备的当前暂存量等实时参数；而卷绕机、落卷机器人和暂存设备的属性参数为已知，包括卷绕机的数量和实际位置，卷绕机卷绕的卷装类型及对应的满卷时间和爆管时间，落卷机器人空载、半载和满载时的正常移动速度、最大允许移动速度和最大可用加速度，暂存装置的实际位置、正常暂存量和最大可用暂存量；将所有设备的实时参数进行汇集，选取生成落卷控制方案相关的数据生成为卷绕生产线当前时刻的实时工作信息；实时工作信息包括待操作卷绕机的数量M，待操作卷绕机的满卷信号发出时刻、预计爆管时刻和应急处理时长，其中待操作卷绕机是指前一落卷操作周期的结束时刻T0之前发出满卷信号但未进行落卷操作的卷绕机。
步骤S2，通过穷举法获取卷绕生产线各种生产状态下的优化方案，以所有的优化方法构建为方案数据库；其中，优化方案包括落卷机器人进行落卷操作时具有最高落卷效率的落卷路径；
由于卷绕生产线具有多台卷绕机，不同时刻每台卷绕机、落卷机器人和暂存设备的实时参数都可能存在不同，使得每一时刻卷绕生产线都可能具有特定的生产状态。例如，在T'时刻，有卷绕机m1（卷绕A类型卷装）、m2（卷绕B类型卷装）在T'-Δt'到T'的时段依次发出满卷信号但还未落卷，此时卷绕生产线具有p生产状态，因此T'时刻需要生成落卷方案是在p生产状态时的落卷路径，并且应当为具有最高落卷效率对应的优化落卷路径p'，需要落卷机器人根据优化落卷路径p'对卷绕机m1、m2进行落卷操作；在T"时刻，有卷绕机m3（卷绕C类型卷装）、m4（卷绕A类型卷装）、m5（卷绕A类型卷装）在T"-Δt'到T"的时段依次发出满卷信号但还未落卷，此时卷绕生产线具有q生产状态，因此T"时刻需要生成落卷方案是在q生产状态时的优化落卷路径q'，需要落卷机器人根据优化落卷路径q'对卷绕机m3、m4、m5进行落卷操作，|T"-T'|≥Δt'。以上举例说明，卷绕生产线具有不同的生产状态时，会有不同的优化落卷方案，使落卷机器人在执行落卷操作时达到最高落卷效率。
各生产状态下优化方案通过穷举法获得，例如，收集卷绕生产线的历史落卷方案数据，并进行筛选以获得尽可能多的生产状态对应的优化方案，以理论计算方式获得尽可能多的生产状态对应的优化方案等，可以通过以上任意方法或任意方法的组合获取优化方案，本发明并不以此为限。
将获得的所有优化方案构建为方案数据库；并可以在后续的落卷操作中，通过以上穷举法获得新增的优化落卷方案，以更新方案数据库。
步骤S3，根据当前的实时工作信息，从方案数据库中进行比对，以选取出落卷机器人的实际落卷路径，构建落卷控制方案，并由中控设备控制卷绕生产线以生成的落卷控制方案进行落卷操作；
本发明的落卷方案包括落卷机器人对一台或多台卷绕机进行落卷操作并将取下的卷装输送至暂存设备整个过程的实际落卷路径，落卷机器人会按照落卷方案中的落卷路径，对卷绕机卷绕完毕的卷装进行落卷，再将取下的卷装输送至暂存设备；在多台卷绕机都达到满卷时间后，落卷机器人需要根据实际落卷路径依次对卷绕机进行落卷操作，如果落卷效率没有满足落卷操作的要求，有卷绕机超出了爆管时间，就会造成卷装损失，因此，需要选择优化的落卷路径以提高落卷效率。
图2是本发明的化纤长丝落卷系统结构示意图。如图2所示，本发明还提出一种化纤长丝落卷系统，包括：信息汇集模块、数据库生成模块和操作控制模块；其中，信息汇集模块用于获取卷绕生产线的实时参数并进行汇集，以获得卷绕生产线的实时工作信息；数据库生成模块，用于获取卷绕生产线进行落卷操作的优化方案，以所有优化方案构建为卷绕生产线的方案数据库；操作控制模块用于以实时工作信息通过方案数据库获得当前时刻卷绕生产线的落卷控制方案，并控制卷绕生产线以落卷控制方案进行落卷操作。相对于卷绕生产线的卷绕机、落卷机器人和暂存设备，以上模块设置于中控装置。
卷绕生产线的卷绕机、落卷机器人和暂存设备上设置有工作状态传感器，以获取当前时刻T0卷绕机、落卷机器人和暂存设备的实时工作状态，例如落卷机器人的当前位置、装载情况，卷绕机的当前卷装类型、卷绕开始时间、拟完成卷装数量和满卷时发出的满卷信号，暂存设备的当前暂存量等实时参数，卷绕生产线的实时参数被信息汇集模块获取并汇集后，选取生成落卷控制方案所需的数据生成卷绕生产线的实时工作信息，本发明的实时工作信息包括待操作卷绕机的数量M，待操作卷绕机的满卷信号发出时刻、预计爆管时刻和应急处理时长，其中待操作卷绕机是指前一落卷操作周期的结束时刻T0之前发出满卷信号但未进行落卷操作的卷绕机。
数据库生成模块通过通过穷举法获得优化方案并生成方案数据库，例如，①收集卷绕生产线的历史落卷方案数据，并进行筛选以获得尽可能多的生产状态对应的优化方案，②以理论计算方式获得尽可能多的生产状态对应的优化方案等，可以通过以上任意方法或任意方法的组合获取优化方案，本发明并不以此为限。
执行落卷方案时，可以为无人工干预的闭环操作，也可以为有人工干预的开环操作，例如由操作者根据落卷控制方案的执行情况，实时的修改落卷方案，或人工参与落卷操作等，本发明并不以此为限。
图3A、3B是本发明的自动落卷设备示意图。如图3A、3B所示，本发明实施例还提供一种自动落卷设备，包括卷绕生产线和中控装置，其中卷绕生产线包括卷绕机1、落卷机器人2和暂存设备3，卷绕机1具有M台，通常M处于32到96之间，落卷机器人2具有1到2台，卷绕机1、落卷机器人2和暂存设备3上均设置有获取实时参数的传感器；中控装置4包括计算机可读存储介质及处理器，处理器调取并执行计算机可读存储介质中的可执行指令，以实现基于数字孪生的化纤长丝落卷方法，中控装置4与卷绕机1、落卷机器人2和暂存设备3通信连接，例如采用有线或无线方式的直接通信连接，如图3A所示，以及采用公共通信干线5进行的总线方式通信连接，如图3B所示。本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件(例如处理器、FPGA、ASIC等)完成，所述程序可以存储于可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块可以采用硬件的形式实现，例如通过集成电路来实现其相应功能，也可以采用软件功能模块的形式实现，例如通过处理器执行存储于存储器中的程序/指令来实现其相应功能。本发明实施例不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
本发明的采用集中控制的化纤长丝落卷方法可以获得以下技术效果：
(1)在多个卷绕机呼叫的情况下，落卷机器人以最省时完成落卷操作任务；
(2)可以在卷装的落卷任务超过落丝机器人的最大处理能力，提示进行人工参与的落卷操作；通过有选择性的让人工协助，取走一些机位的卷装，从而以最高效的完成繁重情况，最快恢复正常生产节奏。
本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种采用集中控制的化纤长丝落卷方法，其特征在于，包括：
汇集卷绕生产线当前时刻的实时参数，生成该卷绕生产线的实时工作信息；
通过累积该卷绕生产线历史生产数据的方式，和/或根据该卷绕生产线的属性参数进行理论计算的方式，获取该卷绕生产线进行落卷操作的优化方案，以所有该优化方案构建为方案数据库；
以该实时工作信息从该方案数据库中选取落卷控制方案，并控制该卷绕生产线以该落卷控制方案进行落卷操作。
2.如权利要求1所述的化纤长丝落卷方法，其特征在于，该卷绕生产线包括多台卷绕机、至少一台落卷机器人和暂存设备，该落卷机器人根据该落卷控制方案对该卷绕机卷绕完毕的卷装进行落卷操作后，将取下的卷装输送至该暂存设备；
该落卷控制方案包括该落卷机器人对该卷绕机进行落卷操作并将取下的卷装输送至该暂存设备的实际落卷路径。
3.如权利要求2所述的化纤长丝落卷方法，其特征在于，以前一落卷操作周期的结束时刻T0之前发出满卷信号但未进行落卷操作的卷绕机为待操作卷绕机，该实时工作信息包括：该待操作卷绕机的数量M，该待操作卷绕机的满卷信号发出时刻、预计爆管时刻和应急处理时长。
4.如权利要求3所述的化纤长丝落卷方法，其特征在于，该属性参数包括：该卷绕机的数量，该卷绕机的数量，每台该卷绕机的实际位置，该卷绕机卷绕的卷装类型及对应的满卷时间和爆管时间，该落卷机器人空载、半载和满载时的正常移动速度、最大允许移动速度和最大可用加速度，该落卷机器人的可落卷轴数，该暂存设备的数量、实际位置、正常暂存量和最大可用暂存量。
5.一种采用集中控制的化纤长丝落卷系统，其特征在于，包括：
信息汇集模块，用于获取当前时刻卷绕生产线的实时参数并进行汇集，以获得该卷绕生产线的实时工作信息；
数据库生成模块，用于通过累积该卷绕生产线历史生产数据的方式，和/或根据该卷绕生产线的属性参数进行理论计算的方式，获取该卷绕生产线进行落卷操作的优化方案，以所有该优化方案构建为该卷绕生产线的方案数据库；
操作控制模块，用于以该实时工作信息通过该方案数据库获得当前时刻该卷绕生产线的落卷控制方案，并控制该卷绕生产线以该落卷控制方案进行落卷操作。
6.如权利要求5所述的化纤长丝落卷系统，其特征在于，该卷绕生产线包括多台卷绕机、至少一台落卷机器人和暂存设备，该落卷机器人根据该落卷控制方案对该卷绕机卷绕完毕的卷装进行落卷操作后，将取下的卷装输送至该暂存设备；
该落卷控制方案包括该落卷机器人对该卷绕机进行落卷操作并将取下的卷装输送至该暂存设备的实际落卷路径。
7.如权利要求6所述的化纤长丝落卷系统，其特征在于，以前一落卷操作周期的结束时刻T0之前发出满卷信号但未进行落卷操作的卷绕机为待操作卷绕机，该实时工作信息包括：该待操作卷绕机的数量M，该待操作卷绕机的满卷信号发出时刻、预计爆管时刻和应急处理时长。
8.如权利要求7所述的化纤长丝落卷系统，其特征在于，该属性参数包括：该卷绕机的数量，该卷绕机的数量，每台该卷绕机的实际位置，该卷绕机卷绕的卷装类型及对应的满卷时间和爆管时间，该落卷机器人空载、半载和满载时的正常移动速度、最大允许移动速度和最大可用加速度，该落卷机器人的可落卷轴数，该暂存设备的数量、实际位置、正常暂存量和最大可用暂存量。
9.一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，该可执行指令被处理器执行时，实现如权利要求1-4任一项所述的采用集中控制的化纤长丝落卷方法。
10.一种自动落卷设备，其特征在于，包括：
卷绕生产线，包括多台卷绕机、至少一台落卷机器人和暂存设备，该卷绕机、该落卷机器人和该暂存设备上均设置有获取实时参数的传感器；
中控装置，与该卷绕机、该落卷机器人和该暂存设备通信连接，包括处理器和计算机可读存储介质；该处理器调取并执行该计算机可读存储介质中的可执行指令时，实现如权利要求1-4任一项所述的采用集中控制的化纤长丝落卷方法。
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