一种高速弹力丝机的卷绕控制方法及其卷绕控制装置

摘要

本发明提供了一种弹力丝的卷绕控制方法，包括横动速度叠加扰动和动程修正扰动，所述横动速度叠加扰动的周期和所述动程修正扰动的周期是同步的，每个周期内的横动速度叠加上升时间和动程压缩时间相同，每个周期内的横动速度叠加下降时间和动程还原时间相同；各周期是随机变动的，每个周期内的横动速度叠加上升时间/动程压缩时间和横动速度叠加下降时间/动程还原时间也是随机变动的。本发明同时提供的实现上述方法的卷绕控制装置。本发明用于高速弹力丝机上成品丝收卷时防叠卷绕及改善硬边突肩状况，利用本发明方法生产的弹力丝卷，有更好的成型形状和退卷效果。

说明书

技术领域

本发明涉及用于高速弹力丝机上对弹力丝成品进行卷绕控制的方法以及卷绕控制装置。

背景技术

化纤长丝加工的流程大致可分为以下四道工序：将聚酯切片加工成预取向原丝、将预取向原丝加工成弹力丝、将弹力丝织造成面料、对面料进行处理及染色。其中，在将预取向原丝加工成弹力丝的工序中，预取向原丝通过高速弹力丝机加工成弹力丝，弹力丝成品通常需要卷绕在纸筒上，形成标准为5kg/个的锥形丝卷，供后道工序的织机(如喷水织机、喷气织机等)织造成化纤或混合面料。

随着织造技术的进步，目前的喷水织机、喷气织机越来越高速化，弹力丝作为纬线在这些织机上的抽取速度普遍超过了1km/min。如图1所示，如果弹力丝2在纸筒1上恒速卷绕从而绕制得很整齐，则在织机进行高速抽丝时，退卷的弹力丝2很容易由于互相重叠嵌顿而被拉断。织造过程中纬丝的频繁断丝将严重影响生产速度，增大操作人员的操作强度。

为改善弹力丝的卷绕效果，弹力丝机上的卷取机构普遍采用了防叠卷绕机制。该卷绕机制如图2所示，是使弹力丝2在纸筒1上以不同的缠绕间隔卷绕，防止过分整齐而引起重叠。其控制方法如图3所示，是在弹力丝通过横动导丝头卷绕到纸筒上时，设置一个以5～10秒为周期变化的摆动速度，摆动幅度在工艺要求的横动速度附近。传统的横动速度叠加方法的缺点在于：由于弹力丝在横动运行中的叠加周期是固定的，速度叠加幅度也是固定的，因此叠加中有重复，造成卷绕的复杂度不够高。

弹力丝卷绕到纸筒的两端部时需要调头回绕，随着弹力丝在纸筒上层层叠加卷绕，会由于弹力丝在纸筒两端叠加过多而造成卷装在纸筒端头发硬甚至凸起的现象，形成如图4所示的突肩3。因此目前在高速弹力丝机的卷绕部件上，都会装一个动程修正部件，用于定期压缩修正弹力丝的卷绕幅度，使弹力丝周期性的在不到纸筒两端的位置就调头回绕，防止两端过硬和凸起。早期采用的时间继电器控制单步动程修正方法(如巴马格Barmag 700及其国内仿制机型宏源FK6-700机型等)，因为效果不好已被淘汰。目前普遍采用的是四步法动程修正方法(如宏源或经纬纺机的FK6-900机型等)，通过PLC输出点驱动动程主接触器和正反转交流接触器完成控制。其控制方法如图5所示，在原点时绕丝范围最宽(即原点动程长度最长)，而在修正中设定不同的动程修正压缩量使绕线范围变窄。修正量按四步周期变化，修正速度(斜率)不变，修正过程中有停顿(即相邻的两部修正中有无需修正的部分)。传统的四步法动程修正方法的缺点在于：控制柔性和可编程性不高，不能完成复杂的控制动作，因此不能完全消除卷装端头发硬及凸起。

发明的内容

针对现有高速弹力丝机卷绕控制方法的上述不足，申请人经过研究改进，提供另一种高速弹力丝机的卷绕控制方法，用于高速弹力丝机上成品丝收卷时防叠卷绕及改善硬边突肩状况，利用本发明方法生产的弹力丝卷，有更好的成型形状和退卷效果，申请人同时提供了实现该方法的卷绕控制装置。

本发明的技术方案如下：

一种高速弹力丝机的卷绕控制方法，包括横动速度叠加扰动和动程修正扰动，所述横动速度叠加扰动的周期和所述动程修正扰动的周期是同步的，每个周期内的横动速度叠加上升时间和动程压缩时间相同，每个周期内的横动速度叠加下降时间和动程还原时间相同；各周期是随机变动的，每个周期内的横动速度叠加上升时间/动程压缩时间和横动速度叠加下降时间/动程还原时间也是随机变动的。

所述横动速度叠加扰动的幅度是随机变动的。

所述动程修正扰动的修正量是随机变动的。

具体步骤如下：

1)将卷绕的横动速度加速到工艺要求的速度，同时将动程修正距离回归到原点；

2)获得本次扰动周期内的以下参数：横动速度叠加上升时间/动程压缩时间Tu1、横动速度叠加下降时间/动程还原时间Td1、横动速度叠加扰动幅度D1、动程修正扰动修正量H1；

3)根据横动速度叠加扰动幅度D1及横动速度叠加上升时间Tu1，按比例逐步提高横动速度，同时计算横动速度叠加上升时间Tu1内达到动程修正扰动修正量H1所需的动程修正速度，按照该动程修正速度压缩动程；当横动速度叠加上升时间Tu1用尽后，根据横动速度叠加扰动幅度D1及横动速度叠加下降时间Td1，按比例逐步减小横动速度，同时计算横动速度叠加下降时间Td1内从动程修正扰动修正量H1回归原点所需的动程修正速度，按照该动程修正速度还原动程，使动程修正距离刚好回到原点，完成一个扰动周期；

4)重复上述步骤2)、步骤3)，进行下一个扰动周期，直到获得停机命令为止。

所述横动速度叠加上升时间/动程压缩时间Tu1，是根据设定的周期T和内部变动百分比A相乘获得：Tu1＝A×T，A的范围为40％～60％，使得Tu1在T的1/2附近变动。

所述横动速度叠加下降时间/动程还原时间Td1，是根据设定的周期T和内部变动百分比A相乘获得：Td1＝A×T，A的范围为40％～60％，使得Td1在T的1/2附近变动。

所述横动速度叠加扰动幅度D1，是根据设定的扰动最大幅度D和内部伪随机数百分比B相乘获得：D1＝B×D，所述B在0～100％内变动，相邻两次B的数值差距＞40％。

所述动程修正扰动修正量H1，是根据设定的动程修正最大距离L、动程修正最小距离S和内部伪随机数百分比B，按公式计算获得：H1＝S+(L-S)×B，所述B在0～100％内变动。

本发明还提供了一种高速弹力丝机的卷绕控制装置，包括MCU运算单元，以及与所述MCU运算单元连接的电源整流及变换电路、RS485通讯接口电路、数字量隔离输入电路、数字量隔离输出电路、参数停电记忆模块、动程给定D/A输出电路及横动给定D/A输出电路；所述电源整流及变换电路分别与所述数字量隔离输入电路和数字量隔离输出电路连接。

本发明的有益技术效果是：

本发明可以完成复杂、柔性的卷绕横动速度叠加控制，每次叠加的周期、加速时间、减速时间、叠加的幅度都可以不同，形成永不重复的速度叠加。改善了弹力丝的卷绕防叠效果，达到高速退卷不断丝的理想状态。

本发明采用MCU运算单元同步控制横动速度叠加变频器和动程修正变频器，取消了原有的动程主接触器和正反转交流接触器。由于动程修正采用变频器驱动，提高了控制柔性和可编程性。因此能完成更为复杂的控制动作。

本发明在卷绕横动速度变化的过程中，可以同步控制动程修正的压缩距离和压缩速度，使得横动速度叠加多时，动程修正也多；横动速度叠加少时，动程修正也少。并且使得动程修正的原点完全同步于横动速度叠加的顶点。改善了卷装的成型效果，使得卷装的两端和内部平齐，硬度一致。并使得弹力丝在纸筒任何位置卷绕的张力趋于一致。

附图说明

图1是弹力丝恒速卷绕叠加整齐的成品卷装示意图。

图2是弹力丝经过横动速度叠加的成品卷装示意图。

图3是目前传统的横动速度叠加时序图。

图4是有硬边及突肩的成品卷装示意图。

图5是目前传统的四步法动程修时序图。

图6是本发明方法的时序图。

图7是本发明装置的结构框图。

图8是集成了发明装置的弹力丝机电控系统框图。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明进行具体说明。

如图6所示，本发明方法包括横动速度叠加扰动和动程修正扰动，且横动速度叠加扰动的周期和动程修正扰动的周期同步，每个周期内的横动速度叠加上升时间和动程压缩时间相同，每个周期内的横动速度叠加下降时间和动程还原时间相同；各周期是随机变动的，每个周期内的横动速度叠加上升时间/动程压缩时间和横动速度叠加下降时间/动程还原时间也是随机变动的。此外，横动速度叠加扰动的幅度是随机变动的，动程修正扰动的修正量也是随机变动的。实现动程持续修正无停顿。

结合图6说明本发明方法的具体步骤：

1)将卷绕的横动速度在20秒左右加速到工艺要求的速度，同时将动程修正距离回归到原点；

2)获得本次扰动周期内的以下参数：

本次横动速度叠加上升时间/动程压缩时间Tu1：是根据设定的周期T和内部变动百分比A相乘获得：Tu1＝A×T，A的范围为40％～60％，使得Tu1在T的1/2附近变动；

本次横动速度叠加下降时间/动程还原时间Td1：是根据设定的周期T和内部变动百分比A相乘获得：Td1＝A×T，A的范围为40％～60％，使得Td1在T的1/2附近变动；

本次横动速度叠加扰动幅度D1：是根据设定的扰动最大幅度D和内部伪随机数百分比B相乘获得：D1＝B×D，所述B在0～100％内变动，相邻两次B的数值差距＞40％；

本次动程修正扰动修正量H1：是根据设定的动程修正最大距离L、动程修正最小距离S和内部伪随机数百分比B，按公式计算获得：H1＝S+(L-S)×B，所述B在0～100％内变动；

3)根据横动速度叠加扰动幅度D1及横动速度叠加上升时间Tu1，按比例逐步提高横动速度，同时计算横动速度叠加上升时间Tu1内达到动程修正扰动修正量H1所需的动程修正速度，按照该动程修正速度压缩动程；当横动速度叠加上升时间Tu1用尽后，根据横动速度叠加扰动幅度D1及横动速度叠加下降时间Td1，按比例逐步减小横动速度，同时计算横动速度叠加下降时间Td1内从动程修正扰动修正量H1回归原点所需的动程修正速度，按照该动程修正速度还原动程，使动程修正距离刚好回到原点，完成第一个扰动周期；

4)重复按照步骤2)、步骤3)，进行下一个扰动周期，周而复始，直到获得停机命令为止。

如图7所示，本发明同时提供了实现上述方法的卷绕控制装置。该装置包括MCU运算单元4以及与其连接的电源整流及变换电路1、RS485通讯接口电路2、数字量隔离输入电路3、数字量隔离输出电路6、参数停电记忆模块5、动程给定D/A输出电路7及横动给定D/A输出电路8；电源整流及变换电路1分别与数字量隔离输入电路3和数字量隔离输出电路6连接。

图8是集成了上述装置的弹力丝机电控系统框图，本发明装置即图8中所示的卷绕动程控制器。本发明装置在系统中的连接方式如下：电源整流及变换电路1的AC15V、AC18V口接电源变压器的对应接口，RS485通讯接口电路2的输入端接人机界面的RS485输出端，启停控制模块和动程原点接近开关PS分别接入数字量隔离输入电路3，数字量隔离输出电路6接动程变频器V2，动程给定D/A输出电路7接动程变频器V2，横动给定D/A输出电路8接横动变频器V1。图8所示弹力丝机电控系统中除本发明装置以外的其他模块、设备及其连接方式均与现有技术相同。

下面结合图7、图8说明本发明装置的工作过程。

工作过程如下：

见图8，将本发明装置(可称为卷绕动程控制器，以下简称控制器)，作为高速弹力丝机的电控系统的一个组成部分，集成在本公司开发的高速弹力丝机电控系统内。

见图7、图8，控制器接受人机界面(彩色触摸屏)控制，由人机界面设置各种运行参数，显示其运行状态。控制器通过RS485通讯接口电路2接受人机界面设置的周期T、扰动最大幅度D、动程修正的最大距离L、动程修正的最小距离S等参数。对于整个控制系统，分别控制左右两个机台面，左右面可以互相独立设置各自的工艺参数，互不影响，以下只对单独一面的控制进行描述。人机界面送来的设置参数被记忆在参数停电记忆模块5内，保证掉电后再来电时，设定参数不会丢失。

见图7、图8，当控制器从数字量隔离输入电路3获得启停控制模块发来的启动命令时，首先通过横动给定D/A输出电路8向横动变频器V1发出给定量，控制横动电动机M1在20秒左右加速到工艺要求的横动速度；同时通过动程给定D/A输出电路7向动程变频器V2发出指令，控制动程修正电动机M2向原点运行，当原点到达时，装在动程修正机构上的动程原点接近开关PS发出信号，通过数字量隔离输入电路3传送给控制器，控制器认为原点复位完成。

见图7，当横动速度加速到工艺要求的速度后，控制器通过内部MCU运算单元4，计算以下参数：

本次横动速度叠加上升时间/动程压缩时间Tu1：根据设定的周期T和内部变动百分比A，计算Tu1＝A×T，A的范围为40％～60％，使Tu1每次在周期T/2附近小幅变动；

本次横动速度叠加下降时间/动程还原时间Td1：根据设定的周期T和内部变动百分比A，计算Td1＝A×T，A的范围为40％～60％，使Td1每次在周期T/2附近小幅变动；

本次横动速度叠加扰动幅度D1：根据设定的扰动最大幅度D和内部伪随机数百分比B，计算D1＝B×D，B在0～100％内变动，并且保证相邻两次B的数值差距＞40％，避免连续多次产生变化不大的幅度，提高防叠的效果。

本次动程修正扰动修正量H1：根据设定的动程修正最大距离L、动程修正最小距离S和内部伪随机数百分比B，计算H1＝S+(L-S)×B，B在0～100％内变动。保证大的干扰幅度对应大的动程修正，反之也然。使得动程缩小的距离和横动速度提高的幅度相对应，保持弹力丝在卷绕过程中，张力基本恒定。

见图7、图8，控制器通过内部MCU运算单元4，根据横动速度叠加扰动幅度D1及横动速度叠加上升时间Tu1，计算出按比例逐步提高的横动速度叠加值，将横动速度叠加值与工艺要求的速度值之和不断通过横动给定D/A输出电路8送往横动变频器V1，控制横动电动机M1逐步提高横动速度；同时计算横动速度叠加上升时间Tu1内达到动程修正扰动修正量H1所需的动程修正速度，通过动程给定D/A输出电路7送往动程变频器V2，并通过数字量隔离输出电路6发出正转命令使动程修正电动机M2压缩动程并控制其启动停止。当横动速度叠加上升时间Tu1用尽后，根据横动速度叠加扰动幅度D1及横动速度叠加下降时间Td1，用同样的方法控制横动电动机M1，按比例逐步减小横动速度；同时计算横动速度叠加下降时间Td1内从动程修正扰动修正量H1回归原点所需的动程修正速度，用同样的方法发出反转命令并控制其启动停止，控制动程修正电动机M2还原动程。使横动速度还原到工艺要求的速度时，动程修正距离也刚好回到原点，完成第一个扰动周期。

一个扰动周期完成，重新计算下一次的各项时间、幅度、距离等参数。周而复始运行，直到通过数字量隔离输入电路3获得停机命令为止。

上述各电路模块均为市售商品，各电路模块间的连接方式及工作过程均采用现有技术。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下，可以做出其他改进和变化。