一、项目的提出
(一) KDF2成型机组存在的问题
KDF2成型机组，额定生产能力为3300支／分，其甘油喷涂均采用毛刷旋转进行甩涂。当机器处于启动加速过程时，毛刷旋转转速也随之由慢到快。当机器速度低于1000支／分时，毛刷的转速低于100转／分钟，此时甩涂的甘油有些不容易作用到纤维丝束表面，生产的滤棒硬度不够；当机器速度大于1000支／分小于2000支／分时，毛刷的转速高于100转/分钟小于200转/分钟，此时甩涂的甘油以较大液滴作用于纤维丝束表面，生产的滤棒硬度超标；只有当机器速度大于2000支/分时，毛刷转速高于200转/分钟，此时甩涂的甘油才以极细液滴作用于纤维丝束表面，生产的滤棒硬度才会适宜。
目前，为克服这种低速时毛刷旋转甩涂甘油不均匀，导致滤棒硬度缺陷的实际情况，挡车工普遍采用的作法是：①延长打跑条的时间，增加6—7m打跑条量；②起动时除了机器自动剔除外，还进行手动剔除，手动剔除机器速度低于2000支／分时的产品。现场抽查、统计了KDF2，5次启动过程的打跑条量和剔除量(见表1)。
KDF2起动过程跑条量和手动剔除量统计
|
机台号 |
序号 |
打跑条量 （g） |
剔除量 （g） |
合计 （g） |
|
KDF2
|
1 |
36 |
1350 |
1386 |
|
2 |
38 |
1260 |
1298 |
|
|
3 |
37 |
1330 |
1367 |
|
|
4 |
41 |
1190 |
1231 |
|
|
5 |
39 |
1210 |
1249 |
|
|
平均 |
38.2 |
1268 |
1306.2 |
|
(二)毛刷甩涂甘油导致滤棒硬度缺陷情况的调查分析
连续5天，每天分3个速度档次，抽查了KDF2成型机组毛刷甩涂甘油，导致滤棒硬度的缺陷情况。 (约定起动时，挡车工不增加打跑条量也不进行手动剔除。)
1、低速，调整机器的速度介于0-1000支／分，即毛刷的转速低于100转／分钟时，抽取100支滤棒，测试其硬度指标(见表2)，规格要求为88±3.4％。
机器低速硬度指标抽查100支滤棒实测数据表
|
样本号 |
抽检时间 |
硬度指标实测值（%） |
|||||||||
|
1 |
|
85.5 |
86.0 |
84.5 |
85.7 |
86.3 |
85.4 |
86.4 |
86.5 |
85.8 |
86.8 |
|
85.9 |
86.8 |
85.7 |
85.4 |
85.9 |
84.3 |
86.6 |
86.4 |
86.3 |
85.8 |
||
|
2 |
|
85.7 |
85.9 |
86.8 |
87.0 |
86.4 |
85.7 |
85.0 |
86.0 |
85.5 |
86.4 |
|
85.9 |
85.4 |
86.4 |
85.3 |
85.7 |
84.3 |
84.9 |
86.5 |
85.2 |
86.1 |
||
|
3 |
|
85.2 |
86.5 |
85.7 |
85.2 |
85.3 |
86.1 |
84.7 |
86.2 |
84.5 |
85.9 |
|
84.6 |
86.0 |
86.1 |
85.3 |
85.7 |
85.8 |
85.4 |
86.4 |
85.1 |
84.2 |
||
|
4 |
|
86.3 |
85.3 |
86.5 |
85.3 |
84.3 |
85.9 |
84.7 |
86.0 |
84.9 |
85.3 |
|
85.6 |
85.8 |
85.3 |
85.7 |
86.7 |
85.4 |
84.7 |
85.9 |
84.4 |
85.5 |
||
|
5 |
|
85.2 |
85.7 |
85.9 |
85.8 |
85.7 |
84.5 |
85.3 |
85.5 |
86.3 |
86.0 |
|
86.0 |
85.6 |
86.1 |
85.3 |
85.7 |
85.8 |
86.4 |
84.1 |
85.5 |
86.1 |
||
根据以上数据计算：
.jpg)
|
样本号 |
抽检时间 |
硬度指标实测值（%） |
|||||||||
|
1 |
|
91.0 |
90.7 |
89.5 |
90.7 |
91.7 |
90.1 |
91.2 |
90.0 |
89.7 |
90.7 |
|
89.7 |
89.2 |
90.3 |
91.5 |
90.1 |
89.7 |
89.4 |
89.6 |
90.0 |
90.2 |
||
|
2 |
|
90.5 |
90.4 |
89.8 |
90.7 |
90.3 |
90.2 |
89.6 |
91.6 |
90.0 |
89.9 |
|
90.8 |
90.5 |
89.6 |
90.7 |
90.3 |
91.8 |
91.1 |
89.5 |
90.1 |
89.9 |
||
|
3 |
|
91.6 |
89.5 |
90.3 |
90.8 |
90.7 |
89.9 |
91.2 |
89.8 |
90.8 |
90.1 |
|
90.9 |
90.0 |
89.9 |
90.7 |
90.3 |
90.2 |
90.6 |
89.6 |
91.3 |
91.9 |
||
|
4 |
|
90.2 |
90.0 |
90.4 |
90.3 |
91.5 |
90.6 |
89.6 |
89.5 |
90.5 |
89.2 |
|
91.8 |
90.2 |
90.7 |
90.3 |
89.3 |
90.6 |
91.1 |
90.1 |
90.4 |
90.5 |
||
|
5 |
|
89.7 |
90.3 |
90.1 |
90.2 |
90.3 |
91.5 |
90.7 |
90.5 |
90.8 |
90.0 |
|
90.5 |
90.1 |
89.2 |
89.0 |
89.6 |
90.3 |
91.0 |
90.0 |
90.3 |
89.6 |
||
根据以上数据计算：
.jpg)
3、高速，调整机器的速度介于2000-3300支/分，即毛刷的转速大于200转/分钟时，抽取100支滤棒，测试其硬度指标（见表4），规格要求为88±3.4%。
机器高速硬度指标抽查100支滤棒实测数据表
|
样本号 |
抽检时间 |
硬度指标实测值（%） |
|||||||||
|
1 |
|
88.8 |
88.0 |
89.0 |
88.5 |
88.0 |
87.8 |
88.0 |
87.7 |
88.3 |
87.4 |
|
88.0 |
87.7 |
89.7 |
88.0 |
87.6 |
88.8 |
87.3 |
88.6 |
87.1 |
88.7 |
||
|
2 |
|
87.5 |
89.0 |
87.9 |
87.6 |
88.3 |
88.2 |
87.4 |
87.3 |
88.6 |
89.1 |
|
86.8 |
89.0 |
89.5 |
88.4 |
89.1 |
87.6 |
89.4 |
88.3 |
87.0 |
88.5 |
||
|
3 |
|
86.6 |
87.9 |
88.1 |
89.1 |
87.8 |
89.3 |
88.5 |
87.3 |
89.5 |
89.0 |
|
88.9 |
86.9 |
89.1 |
88.0 |
89.2 |
87.4 |
87.9 |
88.2 |
89.3 |
87.6 |
||
|
4 |
|
89.2 |
87.7 |
86.8 |
88.8 |
88.1 |
86.9 |
88.1 |
87.4 |
86.8 |
87.9 |
|
87.8 |
88.6 |
88.3 |
89.0 |
89.1 |
88.0 |
89.0 |
88.5 |
87.5 |
89.4 |
||
|
5 |
|
89.1 |
87.3 |
88.8 |
88.6 |
86.6 |
87.7 |
88.2 |
88.0 |
88.1 |
89.1 |
|
88.3 |
89.3 |
87.3 |
88.5 |
88.3 |
87.6 |
88.8 |
87.3 |
89.1 |
88.0 |
||
表4
根据以上数据计算
.jpg)
由以上抽检数据，统计结果得知，KDF2—8#成型机组毛刷甩涂甘 油，硬度指标过程能力指数CPK在低、中速时仅为0．5左右，严重不足，产生了大约9％的不合格品；在高速时，硬度指标过程能力指数CPK达到了1.40，较为充分。
二、设定项目目标
研制出一种新型甘油雾化系统，使成型机组在3个不同速度档次，即0—1000支／分、1000—2000支／分、2000—3300支／分时，滤棒硬度指标过程能力指数均达到1.40以上。
三、效果验证
全部实施完毕与校准以后，KDF2甘油喷雾系统投入试运行。同样连续5天，每天分3个速度档次，分别抽查了KDF2—8#成型机组滤棒硬度的质量情况，要求挡车工起动时不延长打跑条时间，也不进行手动剔除。
1、调整机器的速度0-1000支／分，抽取100支滤棒，测试其硬度指标(见表5)。
机器低速硬度指标检查100支滤棒实测数据表
|
样本号 |
抽检时间 |
硬度指标实测值（%） |
|||||||||
|
1 |
|
88.0 |
86.9 |
88.3 |
87.4 |
87.7 |
87.5 |
88.5 |
88.7 |
87.0 |
87.7 |
|
88.9 |
87.9 |
89.2 |
88.5 |
87.8 |
88.1 |
89.1 |
87.3 |
89.5 |
87.6 |
||
|
2 |
|
88.5 |
88.1 |
88.6 |
88.1 |
86.8 |
89.1 |
88.0 |
88.2 |
87.0 |
88.9 |
|
88.6 |
88.0 |
88.2 |
88.0 |
88.0 |
87.0 |
87.3 |
87.7 |
88.3 |
88.8 |
||
|
3 |
|
88.4 |
88.6 |
88.0 |
89.0 |
89.1 |
88.3 |
89.0 |
88.5 |
87.5 |
87.8 |
|
86.9 |
88.7 |
88.3 |
87.8 |
89.4 |
87.2 |
87.4 |
88.0 |
87.9 |
86.9 |
||
|
4 |
|
88.0 |
89.3 |
87.6 |
88.8 |
88.3 |
87.3 |
88.5 |
87.3 |
89.1 |
88.3 |
|
88.7 |
87.7 |
88.8 |
87.3 |
87.6 |
89.7 |
88.0 |
88.6 |
87.1 |
88.0 |
||
|
5 |
|
86.9 |
87.0 |
87.8 |
88.6 |
87.7 |
88.1 |
88.4 |
88.7 |
87.4 |
88.5 |
|
88.5 |
89.0 |
87.6 |
89.4 |
89.1 |
88.5 |
88.4 |
88.3 |
87.4 |
86.8 |
||
表5
根据以上数据计算：
.jpg)
2、调整机器的速度1000-2000支/分，抽取100支滤棒，测试其硬度指标（见表6）。
机器中速硬度指标检查100支滤棒实测数据表
|
样本号 |
抽检时间 |
硬度指标实测值（%） |
|||||||||
|
1 |
|
87.3 |
87.6 |
89.7 |
88.0 |
87.7 |
88.8 |
88.6 |
87.1 |
88.0 |
88.7 |
|
88.5 |
87.8 |
88.1 |
89.1 |
87.9 |
89.2 |
87.3 |
89.5 |
87.6 |
88.9 |
||
|
2 |
|
88.1 |
86.8 |
89.1 |
88.0 |
88.1 |
88.6 |
88.2 |
87.0 |
88.9 |
88.5 |
|
88.0 |
88.0 |
87.0 |
87.3 |
88.0 |
88.2 |
87.7 |
88.3 |
88.8 |
88.6 |
||
|
3 |
|
89.0 |
89.1 |
88.3 |
89.0 |
88.6 |
88.0 |
88.5 |
87.5 |
87.8 |
88.4 |
|
87.8 |
89.4 |
87.2 |
87.4 |
88.7 |
88.3 |
88.0 |
87.9 |
86.9 |
86.9 |
||
|
4 |
|
88.3 |
88.3 |
87.3 |
88.5 |
88.8 |
87.6 |
87.3 |
89.1 |
88.3 |
88.0 |
|
87.4 |
87.7 |
87.5 |
88.5 |
86.9 |
88.3 |
88.7 |
87.0 |
87.7 |
88.0 |
||
|
5 |
|
88.6 |
87.7 |
88.1 |
88.4 |
87.0 |
87.8 |
88.7 |
87.4 |
88.5 |
86.9 |
|
89.4 |
89.1 |
88.5 |
88.4 |
89.0 |
87.6 |
88.3 |
87.4 |
86.8 |
88.5 |
||
根据以上数据计算：
.jpg)
3、调整机器的速度2000-3300支/分，抽取100支滤棒，测试其硬度指标（见表7）。
机器高速硬度指标检查100支滤棒实测数据表
|
样本号 |
抽检时间 |
硬度指标实测值（%） |
|||||||||
|
1 |
|
88.3 |
88.0 |
87.9 |
86.9 |
86.9 |
87.8 |
89.4 |
87.2 |
87.4 |
88.7 |
|
87.6 |
87.3 |
89.1 |
88.3 |
88.0 |
88.3 |
88.3 |
87.3 |
88.5 |
88.8 |
||
|
2 |
|
88.3 |
88.7 |
87.0 |
87.7 |
88.0 |
87.4 |
87.7 |
87.5 |
88.5 |
86.9 |
|
87.8 |
88.7 |
87.4 |
88.5 |
86.9 |
88.6 |
87.7 |
88.1 |
88.4 |
87.0 |
||
|
3 |
|
87.6 |
88.3 |
87.4 |
86.8 |
88.5 |
89.4 |
89.1 |
88.5 |
88.4 |
89.0 |
|
88.8 |
88.6 |
87.1 |
88.0 |
88.7 |
87.3 |
87.6 |
89.7 |
88.0 |
87.7 |
||
|
4 |
|
89.2 |
87.3 |
89.5 |
87.6 |
88.9 |
88.5 |
87.8 |
88.1 |
89.1 |
87.9 |
|
88.6 |
88.2 |
87.0 |
88.9 |
88.5 |
88.1 |
86.8 |
89.1 |
88.0 |
88.1 |
||
|
5 |
|
88.2 |
87.7 |
88.3 |
88.8 |
88.6 |
88.0 |
88.0 |
87.0 |
87.3 |
88.0 |
|
88.6 |
88.4 |
87.6 |
87.8 |
88.4 |
88.7 |
88.1 |
88.6 |
88.4 |
88.6 |
||
根据以上数据计算：
.jpg)
由以上检查数据，统计结果得知：KDF2使用了新型甘油喷雾系 统，其硬度指标过程能力指数CPK在3个不同速度档次，即0—1000支／分、1000-2000支／分、2000-3300支／分时，分别达到了1.55、1.57、1.59，达到并超过了1.40的预期目标。
新型甘油喷雾系统投入运行以后，挡车工不需要延长打跑条时间，也不必进行手动剔除机器速度低于2000支／分时的产品。现场统计了KDF25次启动过程的打跑条量和剔除量(见表8)。
KDF2-8#起动过程跑条量和手动剔除量统计
|
机台号 |
序号 |
打跑条量 （g） |
剔除量 （g） |
合计 （g） |
|
KDF2
|
1 |
5.6 |
38 |
43.6 |
|
2 |
6.5 |
41 |
47.5 |
|
|
3 |
5.8 |
37 |
42.8 |
|
|
4 |
6.6 |
40 |
46.6 |
|
|
5 |
6.2 |
39 |
45.2 |
|
|
平 均 |
6.14 |
39 |
45.14 |
|
四、甘油自动喷雾系统简介
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1. 系统构成
甘油自动喷雾系统主要由PLC、触摸屏、伺服电机定位模块、AD采样模块、增压泵、喷嘴预加热器、喷嘴、集油器、甘油箱、活门等构成。
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触摸屏作为人机界面接口，完成相关数据、信息、状态、功能显示、参数设置，与PLC通信，进行数据交换和相关控制。
PLC作为控制系统的核心，完成模拟量输入、开关量输入状态检测、开关量输出控制以及整个系统的过程控制。
2 、显示界面
在用户界面上，增加了系统的初始化自检友好界面，让用户知晓系统的各环节是否正常。在主界面上，每次操作需要等待时，都会弹出相关提示窗口，让用户了解系统的工作状态，而不是以为系统出现问题。在界面上尽可能的简洁方便，使用户操作极易上手，维护极易简便。
（1）欢迎界面
上电后，触摸屏和PLC以及伺服系统同时开始初始化，由于PLC和伺服系统初始化时间短，故PLC在完成内部初始化后，检测触摸屏是否初始化完成，以确保和触摸屏同步。触摸屏完成内部初始化后，进入图1所示的欢迎界面面。
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图1 欢迎界面
欢迎界面显示时间设定为4s，计时时间到，自动切换到如图2所示的PLC系统自检界面。同时，触摸屏向PLC写同步检测信号（通知PLC触摸屏初始化已完成）。
（2）PLC系统自检界面
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图10 密码登入状态
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图11 流量比测定界面
（7）故障报警记录界面
（8）一般报警界面
（9）故障报警查询界面
3. 甘油箱自动加热系统
在甘油箱中引入自动加热系统，以保证甘油的在合适的温度范围内，确保甘油的流动性，特别适合全天候作业。甘油液态温度为15℃左右，当环境温度低于此温度时，不采用加热系统，会引起泵油系统堵塞或甘油温度不均匀，从而影响喷涂效果，合格率低。
本系统可通过参数修改可设定甘油箱内温度的上下限，使用方便灵活，可满足不同的设定要求。加热系统会根据设定范围自动启动或者停止，满足工业自动化的要求。
4. 智能型故障诊断定位系统
作为另一亮点特色的智能故障诊断定位系统，一方面为设备的可靠保护提供了强有力的保障，另一方面，又为设备维修提供了检修故障点，维护相当方便。
检修人员或用户可直接根据故障的提示类型可进行相关的维护操作，从而节省时间，提高了工作效率与维修人力成本。而传统该类设备在出现故障时，往往无从着手，需从头逐一查询故障，耗时费力。
故障类型包括8大类：
（1）伺服系统故障
（2）集油箱加热器故障：此故障类分温度过低或温度过高两种故障情况。
（3）喷油系统故障：分增压泵或和同步电磁阀故障、喷嘴堵赛故障。
（4）压力传感器故障
（5）温度传感器故障
（6）液位超下限故障：通过检测浮子开关输出，来识别液位超限故障。若超下极限开关闭合，液位超下极限故障报警。
（7）主机故障：若检测到主机故障信号有效时，报主机故障并停机处理。
（8）液位超限报警：分为液位超下限或液位超上限两种报警。
第（1）～（7）类故障发生时，立即停机（喷涂系统和主机），进行声光报警，记录故障类型和发生时间，在触摸屏上当前界面弹出报警界面，显示故障类型和发生时间。
第（8）类报警发生时，不立即停机，但进行声光报警、记录故障类型和发生时间，在触摸屏上当前界面弹出报警界面，显示故障类型和发生时间。故障消除时自动撤销。
5. 过程控制的优化功能，尽可能减少原材料的浪费
针对以往设备在启动过程中，存在原材料浪费严重的问题，对甘油喷涂的过程控制进行了优化。主要体现在：
（1）在上电后，喷涂系统开始自我检测诊断，包括温度是否正常、伺服系统是否正常、通讯是否正常、液位是否正常等。只有当这些条件都准备好的情况下，才允许主机启动，否则，不允许主机启动。这样优化一方面可减少因喷涂系统未准备好（主要是指喷涂有故障，主机仍在运行）而造成的丝束浪费，另一方面，在同等条件下，也节省了在主机启动后，开始检测加热、伺服等环节的时间，从而最大限度上减少成本。
（2）控制精度更高，活门开度控制精度可达0.1mm。
（3）采用非线性的控制方法，主机速度分段区间更多。以往设备主要速度集中在3个档位，在某一档位时，喷涂量基本维持不变。在本系统中，主机速度分段更多，在每个区间喷涂量随主机呈线性变化，从而保证丝束上甘油量的均衡。
6. 强大的维护操作功能，延长设备使用寿命
本系统提供了强大的维护操作功能，为用户维护保养以及测试提供了极大的方便。在此工况下，可进行手动开活门。点动泵油系统测试以及测试甘油量与主机速度的关系数据。
（1）油泵系统测试：该模块测试油压数据、泵油电机的运行以及同步电磁阀开启情况。点动打开同步阀和增压泵；再通过调节增压泵上的调压器进行压力调节，以适合压力要求。
（2）点动打开活门：方面清理检修维护（喷腔维护：喷嘴更换、喷腔清洗、更换喷腔内的照明灯等）。
（3）甘油比在线测试功能：在线测试甘油量与主机速度的关系数据。
5. 系统甘油比在线测试功能，可适用各类甘油喷涂要求
此工况用于系统的整体调试，检测伺服系统的运行特性，检验并校准机械设计，通过测量过滤嘴的含油量，确定合适的泵油压力、喷油量和活门开度规律（丝束速度与活门开度的非线性关系）以及回零位参数与使用方法，从而实现喷涂系统的可靠、稳定、精确运行。
该功能最大的优势在于更换不同类型甘油后，可在线直接测出甘油量与主机速度的关系，并将数据信息直接记录，操作相当方便，只需达标后，按确认键即可。这是同类产品所不具备的优点。真正实现了数据信息获取的自动化过程，无需更改程序，也无需手工对开度进行调节，测试成功后，机器直接可运行，无需再重新设置参数，真正的无人值守。
6. 自动/手动加油一体化系统
该系统通过检测浮子开关的状态，可完成手动加油的提醒操作，当油量已满或者油量不足时，触摸屏上会弹出友好报警信息，提示用户加油或停止加油。油量正常，报警界面自动消除。
若采用自动加油时，可提供开关量接口，方便自动加油！
7. 密码锁防止误操作，提供安全保障
通过设置2级密码，可有效防止在正常运行过程中的误操作。
即使在正常运行过程中，进行了误操作，程序上也对各种情况进行了相关处理，确保系统不会出现紊乱，自动恢复到正常操作过程，节省时间。
