細紗單錠斷紗管理系統的設計與實現

楊 藝，張銘龍海，高 暢，劉基宏

(生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)，江蘇 無錫 214122)

細紗單錠斷紗管理系統的設計與實現

楊 藝，張銘龍海，高 暢，劉基宏

(生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)，江蘇 無錫 214122)

針對斷紗管理問題，在Ring Route斷紗檢測裝置基礎上開發了細紗單錠斷紗管理系統。該系統實時采集每臺細紗機上的斷紗相關數據后，通過無線WIFI傳輸到上位機，并利用數據庫管理技術存儲于SQL數據庫中，再通過VB6.0設計的管理軟件實現了按機臺和按落紗號2種斷紗查詢方式。重點闡述該系統的網絡結構設計、細紗機單錠數據采集過程、通信功能的實現方式及管理軟件開發思路。結果表明，系統能夠準確采集斷紗數據，可適應紡紗企業日常斷紗質量管理的基本需求。

細紗斷紗；單錠管理；TCP/IP；數據庫

斷頭率是評判紡紗生產技術全系統綜合效果的重要指標之一，細紗斷紗不僅造成原料浪費，而且增加用工，同時斷紗產生的飛花也會影響成紗質量[1]，因此，紡紗企業在不斷完善生產工藝的同時，更要加大斷紗管理。目前，國內對斷紗的管理通常采用人工方式：實驗員在1個車弄同時檢查2個半臺，統計測試時間內小紗、中紗和大紗的斷頭數，然后按照公式計算斷頭率，手工錄入電腦。然而，紗線斷頭往往不易被實驗員及時發現，人工檢測的檢測范圍有限，準確性和效率低，根據統計得到的斷頭率無法追蹤至斷頭出現的錠位，并且這種管理辦法也難以提供更深層次的系統化管理與改進能力[2]。

紡紗企業斷紗質量管理應該包括斷紗數據的采集、監控、存儲查詢等[3-4]。江南大學研究開發了Ring Route細紗斷紗檢測裝置，該裝置為單錠檢測，每個錠子出現斷紗時，該錠位葉子板上的LED指示燈亮起報警[5-6]。在此基礎上結合棉紡廠生產實踐，開發了細紗單錠斷紗管理系統，該系統通過對采集到的斷紗相關數據進行多角度的統計和分析，得出有用信息指導紡紗生產，可進一步推動生產管理的現代化進程。

1 系統的網絡結構設計

根據系統的功能分析，確定系統網絡結構如圖1所示。整個系統分為3個層面：檢測層、通信層和管理層。檢測層檢測每個錠位的斷紗與接頭狀態，并傳遞給下位機；通信層將下位機采集的信息通過監控軟件和無線WIFI發送至上位機；管理層對斷紗數據接收并顯示、存儲，同時提供查詢功能。

該系統理論上最多可使用256臺細紗機，每臺細紗機的錠位數由生產實際情況而定，綜合考慮車間現場布線和安裝成本以及現場檢測信息和通信信息，確定設計方案如下：1)每個錠位安裝1個檢測頭，分別檢測單錠斷紗與接頭狀態；2)1組檢測頭配備1個斷紗檢測器，負責將檢測頭檢測到的紗線狀態相關數據通過RS485傳遞給下位機；3)每臺細紗機配備1個帶以太網模塊的下位機，接入網絡，同時分配1個獨立的IP地址，作為1個以太網的結點將采集的斷紗相關數據以TCP/IP協議發送至上位機；4)上位機接收下位機采集的斷紗與接頭信息，存儲到數據庫中，用于實時顯示與查詢。

2 細紗機單錠數據采集

系統采用單錠檢測方式，檢測裝置包括光電檢測頭與斷紗檢測器2部分。光電檢測頭由光電傳感器模塊、信號放大模塊、閾值模塊和LED報警指示燈模塊組成，固定安裝在細紗機的每個錠位。其中光電傳感器模塊中紅外發光管持續發射紅外光線，紡紗過程中紗線通過光電傳感器模塊前方時，將紅外光反射至光電接收器，并將其轉換為平穩的光電流，再通過放大模塊和閾值模塊處理成單片機可識別的脈沖信號。紗線每遮擋反射1次，就形成1個脈沖。在檢測層中每組錠位配備1個斷紗檢測器，脈沖信號接入斷紗檢測器內單片機的輸入端口，由單片機統計一定時間內的脈沖個數。若計數值高于設定值，判斷紗線未出現斷頭，該錠位LED指示燈滅；若計數值低于設定值，判斷紗線出現斷頭，該錠位LED指示燈亮起。自此，斷紗檢測器獲取各錠位紗線斷、接頭相關信息。下位機再通過RS485循環接收各個斷紗檢測器上的信息[7]，信息中包括：紗線狀態，斷紗出現的車號、錠位、時間，接頭對應的車號、錠位、時間。RS-485由差分信號進行數據傳輸，在電路中可以有多個發送器，同時1個發送器能驅動多個負載設備。由此可見，RS-485滿足本文系統的需求。

3 通信軟件開發與主要功能

本文系統采用無線WIFI作為通信媒介，方便施工，同時節省電纜線，免除斷線的問題。處在以太網的上位機為遠程服務器，下位機作為客戶端。服務器的訪問采用Client/Server模式，該模式服務器端負責向客戶端發送數據請求，并對接收的數據進行處理與存儲，可減小網絡傳輸負擔，提供理想的分布環境，利于發揮各自處理能力[8-9]。細紗單錠斷紗管理系統中下位機與上位機之間建立通信的流程圖如圖2所示。

初始化程序包括服務器與客戶端的IP地址和端口號等通信必要信息的設置和匹配。上位機作為服務器端發起連接請求，下位機偵接收到上位機的連接請求后，通過以太網模塊建立連接。上位機與下位機完成連接并握手成功后，開始進行數據通信。下位機將斷紗相關信息逐條以TCP/IP協議通過以太網發送至上位機，正常生產狀態下平均單臺下位機傳送數據約1～5 s?？紤]到紡紗車間溫濕度較高、環境嘈雜，無線傳輸時可能會出現數據丟包的現象，因此，上位機接收到一段斷紗相關數據后便對其進行長度校驗，若有誤則等待下一段數據進行重組無誤后再存入數據庫，并實時顯示，否則系統提示通信故障。

本文系統的通信軟件各功能模塊如下：1)紗線狀態遠程監控模塊，主要實現遠程采集紗線斷、接頭狀態及相關參數；2)數據存儲模塊，主要將采集的數據存入SQL數據庫中，便于后期查詢；3)用戶管理模塊，實現對斷紗數據的查詢功能；4)系統維護模塊，主要在上位機上完成對操作人員身份和權限的識別后，操作人員可修改機臺對應IP地址和數據采集頻率。系統維護指定期對軟件維護升級；5)遠程修復模塊，主要當系統出現通信故障、網絡中斷或接收無效數據時，下位機向上位機發送信號，實現遠程修復。

4 數據庫與查詢系統設計

結合紡紗車間實際生產情況，系統建立細紗斷紗數據庫，數據庫中存放了紗線斷、接頭時對應的時間、車號、錠位號等相關信息。這些數據在后續統計、查詢中常被調用，因此統一存放，優化了系統的性能。

為了使用戶掌握細紗斷頭情況，數據庫信息查詢是本文系統必備的功能之一。固定不變的查詢模式無法滿足用戶多變的查詢需求，一個實際應用的

查詢系統通常允許用戶采用多種方式使用數據庫中的任意字段進行多種組合對信息查詢[10-11]。本文系統采用VB6.0程序為工具開發數據庫查詢系統，提供2種查詢方式：按落紗號和按機臺查詢。按落紗號查詢時，用戶自定義選擇查詢時間與機器號，執行查詢后，顯示查詢日期當天零點前完整的5落紗在大、中、小紗3個階段和1落紗累計斷頭數與千錠時斷頭數；按機臺查詢時，用戶選擇查詢機臺與時間，結果顯示該所選時間段內各個機臺的斷頭分布?？紤]到機械設備維護的時效性，系統定義數據有效期為1個月，每個月的第1天對上個月的斷紗相關數據進行整理，僅保存各個機臺按班次統計的千錠時斷頭數，供后期生產工藝調整參考使用。通過這種方式，數據庫表中僅有當月斷紗相關數據，數據量的減少可大大提高數據庫的查詢效率。

5 生產實踐

5.1 實踐條件

將本文系統裝配于某廠2臺錠數為480的FA506型細紗機上，采用定量為4.5 g/10 m的棉粗紗為原料，分別在2臺細紗機上紡制44.85 dtex(機臺1)和97.18 dtex(機臺2)的細紗。工藝參數設定如下：紗線捻系數為380，機臺1錠速為12 500 r/min，機臺2錠速為15 500 r/min。并對紡紗生產過程中數據庫存儲的斷紗相關數據按落紗號和機臺查詢、統計，測試系統的準確性和適用性。

5.2 結果與討論

按落紗號查詢2機臺完整5落紗斷頭情況，分別以連續2落紗為例，查詢結果如表1、2所示。表中數據分別為斷頭數和千錠時斷頭數。

從表1、2可看出，機臺1與機臺2小紗階段斷頭率較高，機臺2尤為明顯，因此，生產中應控制小紗階段錠速，調整相應生產工藝，降低斷頭率。

根據上述4落紗的紡紗時間，系統可查詢在此時間段內機臺1與機臺2的斷頭分布，結果如圖3、4所示。

表1 機臺1按落紗號查詢結果Tab.1 Query results by winding number in spinning frame one

表2 機臺2按落紗號查詢結果Tab.2 Query results by winding number in spinning frame two

從圖3可看出，機臺1的2落紗累計228個錠位沒有出現過斷頭；145個錠位斷頭1根；72個錠位斷頭2根；22個錠位斷頭3根；7個錠位斷頭4根。本文系統按照斷頭根數進行排序，找出落后錠位，并定義連續2落紗累計斷頭數超過5根的錠位為異常錠位，機臺1異常錠位分布為：35號錠位(6根)、289號錠位(7根)、475號錠位(7根)、331號錠位(8根)、382號錠位(8根)、176號錠位(33根)。

從圖4可看出：機臺2的2落紗累計244個錠位沒有出現過斷頭；158個錠位斷頭1根；51個錠位斷頭2根；14個錠位斷頭3根；5個錠位斷頭4根。機臺2異常錠位分布為：56號錠位(5根)、163號錠位(5根)、189號錠位(5根)、301號錠位(5根)、136號錠位(6根)、302號錠位(8根)、77號錠位(10根)、55號錠位(14根)。

在紡紗過程中，由于紡紗張力和棉紗強力的波動，當棉紗強力最小值小于紡紗張力最大值的瞬間，就會產生斷頭。本文紡紗張力和棉紗強力都是紡紗段動態張力、氣圈段動態張力和卷繞段動態張力等的統稱[12]。在實際生產時，錠子高速運轉的不穩定性，筒管品質差，鋼領、鋼絲圈的磨損以及隔紗板歪斜等情況的發生都會影響紡紗張力的穩定，產生斷頭。根據按機臺查詢結果，對上述異常錠位檢查與溯源，分析斷頭多的原因，發現機臺1的176號錠位錠子松動，使得錠子轉速不勻、振動，甚至出現上下跳動，造成紡紗張力不穩定，斷頭增加；機臺1的289號、331號錠位和機臺2的55號、77號錠位的筒管磨損，使得筒管與錠子不能良好嚙合，二者無法同步回轉，筒管轉速不勻，導致紡紗張力波動，斷頭數增加；2機臺其余異常錠位鋼領、鋼絲圈磨損嚴重，使紡紗中鋼絲圈在鋼領上高速轉動過程中發生頓挫、振動，導致紡紗張力突然增大，產生斷頭。

傳統的人工統計斷頭率，采集樣本容量小、工作強度大，并且統計結果的準確性低，無法精確到各個紡紗階段。與傳統方法相比，通過本文系統按落紗號查詢，采用全面調查方法統計每落紗在小、中、大紗階段和1落紗累計斷頭數與千錠時斷頭數，減少人工工作量，提高了統計的準確性。

目前生產中的保全保養工作一般針對整車進行，消耗了大量的人力和物力，通常還需要停車檢修，影響產量。通過本文系統按機臺查詢，對斷頭的分布一目了然，可以溯源到錠位，分析斷頭產生原因，有針對性的保全，實現細紗機單錠質量管理，大大減少了工作量和停車時間。系統在某廠連續運行1個月，實踐表明對不同紗支棉紗斷頭情況統計準確，具有適用性。

6 結 論

本文系統將計算機技術初步應用于棉紡生產管理中，建立網絡結構，實現細紗單錠斷紗相關數據的自動采集和實時監控；建立數據管理系統，將斷紗相關數據存儲于數據庫中，并提供按落紗號和按機臺2種查詢方式。實踐表明，系統采集數據準確，用戶通過本文系統可以明確不同紡紗階段斷紗情況和斷紗分布，有針對性地對異常錠位進行維護，減少保全保養的工作量，能滿足紡紗企業日常斷紗質量管理的需求。

FZXB

[1] 汪軍.環錠紡紗線質量檢測技術發展現狀及趨勢[J].紡織學報,2013，34(6): 131-136.WANG Jun.Current status and development trend of quality inspection technique of ring spun yarns[J].Journal of Textile Research,2013，34(6): 131-136.

[2] 趙曉平,林蘭芬,歐冠男.基于J2EE的棉紡企業綜合信息管理系統[J].紡織學報,2008，29(1): 123-128.ZHAO Xiaoping,LIN Lanfen,OU Guannan.Cotton-spinning enterprise integrated information management system based on J2EE[J].Journal of Textile Research,2008，29(1): 123-128.

[3] 史英杰,孟小峰.云數據管理系統中查詢技術研究綜述[J].計算機學報,2013(2): 209-225.SHI Yingjie,MENG Xiaofeng.A survey of query techniques in cloud data management system[J].Chinese Journal of Computers,2013(2): 209-225.

[4] 王進，馬崇啟.小樣紡紗設備在線監控系統的設計與實現[J].天津工業大學學報,2009(4): 33-35.WANG Jin,MA Chongqi.Design and realization of online monitoring system of sample spinning equip-ment[J].Journal of Tianjin Polytechnic University,2009(4): 33-35.

[5] 宋曉亮,劉建立,徐陽,等.光電式環錠斷紗在線檢測系統[J].紡織學報,2014，35(8): 94-98.SONG Xiaoliang,LIU Jianli,XU Yang,et al.On-line detecting system based on optoelectronic technology for ring spun-yarn breakage[J].Journal of Textile Research,2014，35(8): 94-98.

[6] ANTONI R.Infrared detectors: an overview[J].Infrared Physics and Technology,2002,43(3): 187-210.

[7] 湯榮秀,韓春賢.基于CAN總線的斷紗檢測控制系統[J].工業控制計算機,2013(3): 47-48.TANG Rongxiu,HAN Chunxian.Yarn broken detecting control system based on CAN bus[J].Industrial Control Computer,2013(3): 47-48.

[8] 邵景峰,秦蘭雙.基于C/S模式的織機監測系統設計[J].紡織學報,2006，27(7): 75-78.SHAO Jingfeng,QIN Lanshuang.Design of loom monitoring and management system based on C/S model[J].Journal of Textile Research,2006，27(7): 75-78.

[9] 趙輝,鄧正偉,宋嬋.基于局域網的即時通信系統的設計與實現[J].兵工自動化,2007(10): 52-54.ZHAO Hui,DENG Zhengwei,SONG Chan.Design and implementation of instant messaging system based on LAN[J].Ordnance Industry Automation,2007(10): 52-54.

[10] MICHAEL Meier,MICHAEL Schmidt,FANG Wei,et al.Semantic query optimization in the presence of types[J].Journal of Computer and System Sciences,2013,20: 796.

[11] 鮑宗泛,曹永生,孔繁勝.廣域網數據庫查詢系統及其實現[J].計算機工程與應用,2004(7): 176-178.BAO Zongfan,CAO Yongsheng,KONG Fansheng.Architecture and implementation of WAN database query system[J].Computer Engineering and Applications,2004(7): 176-178.

[12] 倪士敏.降低細紗斷頭的技術與管理措施[J].棉紡織技術,2010(12): 7-11.NI Shimin.Technology and management measures of reducing yarn broken ends[J].Cotton Textile Technology,2010(12): 7-11.

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新計劃項目(SJZZ_0150)；江南大學自主科研項目(JUSRP51417B)

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

TS 101.9

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