非接触式浆纱机多经轴退绕长度智能控制装置及方法与流程

1.本发明属于纺织设备技术领域，具体涉及一种非接触式浆纱机多经轴退绕长度智能控制装置及方法。


背景技术：

2.浆纱机是用于对织造所需经纱进行上浆的纺织生产装备。在浆纱过程中，经纱首先从若干个配置在经轴架上的经轴退绕，接着输送至浆槽吸收浆液，进入烘房烘燥，最终在车头卷绕至一个经轴上。其中，经轴架上的每一个经轴均由整经机生产，每一个经轴上都平行卷绕数百至上千根经纱。每一个经轴在生产过程中，其经纱的卷绕长度和卷绕张力都由整经机精确控制。
3.目前，所配置的每一个经轴，是由轴承固定在经轴架上的，其退绕的主动力由车头提供，每一个经轴配备一个制动装置，用于控制各经轴上经纱退绕时的张力。理论上，当各经轴的张力配置到一致水平，各经轴的退绕长度是一致的。但在实际生产中，因机械状态与人为操作误差，各制动装置的张力配置难以保持一致，这就导致各经轴的退绕长度总是存在差异。这种现象一方面造成经纱张力不匀引起制造效率降低，另一方面造成生产批次结束时大量经纱残留在经轴上，导致资源浪费。
4.为解决上述问题，“浆纱机经纱恒张力电子退绕气动控制装置(申请号为200510040762.5)”、“一种浆纱机发送装置的张力控制装置及张力控制方法(202110762964.x)”等专利，均提出采用张力检测装置检测各经轴对应输出的经纱张力，并运用闭环控制系统，动态调整制动装置的制动力。拟通过退绕经纱的张力控制来实现各经轴退绕的一致性。然而这种方式存在以下若干缺点：1)张力检测装置的设置对经纱性能造成一定影响；2)张力检测装置的设置造成浆纱机上机操作复杂度增加；3)系统对张力检测与张力控制的精度要求较高，系统维护困难；4)张力检测装置检测的对象可能仅是各织轴上经纱中的一小部分，因而可能存在采样误差。
5.根据实际的生产经验来看，通过控制各经轴退绕经纱的张力，实现各经轴退绕一致性的效果并不理想，经纱退绕结束时，经常会出现各个经轴上存在不等量的余纱，而且，个别经轴上的余纱量很大，存在百米以上余纱属于常见现象。


技术实现要素：

6.本发明首先要解决的技术问题是：提供一种非接触式浆纱机多经轴退绕长度智能控制装置，以解决目前经纱退绕过程中的张力控制不准确、各经轴退绕不同步、部分经轴退绕时的累计误差得不到消除、生产批次结束时存在大量残余经纱导致资源浪费的技术问题。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：非接触式浆纱机多经轴退绕长度智能控制装置，包括一个控制模块、一个存储模块、多个与经轴架上的经轴一一对应的纱卷外径检测模块、多个与经轴架上的经轴一一对应的转数检测模块、多个与经轴架上的经
轴一一对应的制动器以及与制动器一一对应的制动力调节模块，所述控制模块和存储模块通讯连接，纱卷外径检测模块和转数检测模块分别与控制模块电性连接，制动器一一对应地连接在经轴端部并与经轴所在的经轴架固定连接，制动力调节模块与制动器连接，调节制动器的制动力大小，制动力调节模块还与控制模块连接，受控于控制模块。
8.作为一种优选方案，纱卷外径检测模块为激光测距仪或光电测距仪，纱卷外径检测模块固定连接在经轴架上，使纱卷外径检测模块垂直于经轴，检测经轴在经轴架上转动过程中纱卷的直径数据并发送给控制模块，由控制模块处理后，将数据存储于存储模块。
9.作为一种优选方案，转数检测模块为霍尔传感器、磁电传感器、磁阻传感器中的任意一种，任一转数检测模块固定连接在经轴架一端，检测对应经轴在经轴架上退绕的周数并发送给控制模块。
10.作为一种优选方案，所述制动器为活塞式制动器，制动力调节模块为连接在液压油路或气路上的比例阀。
11.本发明进一步要解决的技术问题是：提供一种非接触式浆纱机多经轴退绕长度智能控制方法，以解决目前经纱退绕过程中的张力控制不准确、各经轴退绕不同步、部分经轴退绕时的累计误差得不到消除、生产批次结束时存在大量残余经纱导致资源浪费的技术问题。
12.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：非接触式多经轴退绕长度一致性控制方法，包括如下具体步骤：
13.1)将多根经轴依次进行编号为1、2、3、
……
、n；
14.2)设定经轴退绕圈数检测周期γ
t
，记系统时刻为t，将经轴开始退绕的时刻记为t＝0，每过γ
t
时间t的取值增加1，统计每个检测周期末各经轴退绕总圈数和各经轴上纱卷外径di(t)并进行记录存储；
15.3)设定制动力控制参量δs，制动力控制参量表示每次调节浆纱机经轴架制动力控制模块的制动力最小步长；
16.4)设定制动力控制周期δt，制动力控制周期表示系统对浆纱机经轴架制动力控制模块输出调节命令的周期，δt是γ
t
的整数倍且倍数大于3；从经轴开始退绕的时刻t＝0时开始，每经过一个制动力控制周期δt的时间，执行一次步骤5)-9)；
17.5)记当前时刻为td，对于编号为i＝1，2，3，...，n的所有经轴，计算它们在到当前时刻td为止的所有时刻t＝0，1，2，3，...，td时退绕至第圈时的已退绕长度
[0018][0019]
6)对于编号为i＝1，2，3，...，n的所有经轴，计算它们在到当前时刻td为止的所有时刻t＝0，1，2，3，...，td时的已退绕长度偏差
[0020][0021]
其中：
[0022][0023]
7)以经轴上已退绕经纱的圈数为自变量，根据各经轴各时刻的已退绕长度
偏差
[0024]
计算它们在当前时刻td各经轴已退绕长度偏差的梯度
[0025][0026][0027][0028]
其中δw
t，i
(td)为第i个经轴的已退绕长度偏差的梯度在当前时刻
t
d的圈数计算窗口，其取值方法如下：
[0029]
δw
t，i
(td)＝πd(td)/δl
t
[0030]
δl
t
为梯度计算的长度窗口，依据经验取值，取值区间为[0.01，50]m。
[0031]
8)以经轴上已退绕经纱的圈数为自变量，计算在当前时刻td各经轴3上的已退绕长度偏差的累积
[0032][0033][0034]
其中δw
l，i
(td)为第i个经轴在当前时刻td的已退绕长度偏差的累积的圈数计算窗口，其取值方法如下：
[0035]
δw
l，i
(td)＝πd(td)/δl
l
[0036]
δl
l
为累积计算的长度窗口，依据经验取值，取值区间为[0.01，50]m；
[0037]
9)对于编号为i＝1，2，3，...，n的所有经轴，在当前时刻td，为保证所有经轴的已退绕长度一致性最高，设定控制量如下：
[0038][0039]
将si(td)的值圆整到δs的整数倍，向编号为i的经轴端部制动器发送控制信号，使制动器的制动力调整si(td)/δs个步长，其中k，t
l
，t
t
为系统控制参量。
[0040]
作为一种优选方案，上述控制方法还包括如下步骤：
[0041]
10)设定控制量上限s
max
和下限-s
min
，当控制量大于s
max
时将控制量调整为s
max
；当控制量小于-s
min
时，将控制量调整为-s
min
。
[0042]
作为一种优选方案，所述梯度计算窗口δw
t，i
(td)与累积计算窗口δw
l，i
(td)，均随着的变化而变化，变化关系为始终满足窗口所对应经纱长度不变。
[0043]
作为一种优选方案，在步骤2)中，经轴i退绕所转过的圈数是采用转数检测模块对经轴架上的经轴i进行检测获得；经轴上纱卷外径di(t)是采用纱卷外径检测模块检测获得；转数检测模块为霍尔传感器、磁电传感器、磁阻传感器、编码器中的任意一种；纱卷
外径检测模块为激光测距仪或光电测距仪。
[0044]
本发明的有益效果是：本发明通过对退绕过程中各经轴上的纱卷外径和各经轴的退绕圈数进行实时的监控，计算出各经轴已退绕纱线的长度，及时根据各经轴已退绕经纱的退绕长度偏差对经轴的制动力进行调整，使各经轴上已退绕经纱的退绕长度偏差率在一个很小的范围内波动，这样就能够控制各经轴上经纱的退绕量保持基本一致，实现同步退绕的目标，也解决了退绕过程中各经纱张力控制不准确的问题。由于在退绕过程中不断地对经轴的制动力进行调节，因此，在生产过程中，任一经轴在一个调节周期内产生的累计误差，会在下一个或下几个周期内得到修正，也就避免了累计误差的不断扩大，在各经轴上初始经纱长度一致的前提下，可避免生产批次结束时部分经轴上存在大量残余经纱导致资源浪费这一问题的发生。
附图说明
[0045]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
[0046]
图1是本发明的控制原理图；
[0047]
图2是转数检测模块的工作状态示意图；
[0048]
图3是外径检测模块的工作状态示意图；
[0049]
图1～图3中：1、控制模块，2、存储模块，3.经轴，4.外径检测模块，5、经轴架，6、转数检测模块，7、制动器，8、制动力调节模块，9、纱卷，10、制动轮。
具体实施方式
[0050]
下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。
[0051]
实施例1：
[0052]
如图1～图3所示的非接触式浆纱机多经轴退绕长度智能控制装置，包括一个控制模块1、一个存储模块2、六个与经轴架5上的经轴3一一对应的纱卷9外径检测模块4、六个与经轴架5上的经轴3一一对应的转数检测模块6、六个与经轴架5上的经轴3一一对应的制动器7以及与制动器7一一对应的制动力调节模块8，所述控制模块1和存储模块2通讯连接，纱卷9外径检测模块4和转数检测模块6分别与控制模块1电性连接，制动器7一一对应地连接在经轴3端部并与经轴3所在的经轴架5固定连接，制动力调节模块8与制动器7连接，调节制动器7的制动力大小，制动力调节模块8还与控制模块1连接，受控于控制模块1。控制模块1可以是单片机或工控机。
[0053]
任一经轴3上的纱线退绕时，与该经轴3对应的外径检测模块4和转速检测模块6开始工作，定时检测纱卷9的外径和经轴3转过的圈数，并将数据发送给控制模块1，控制模块1接收了该信息后，计算出已退绕的经纱长度后进行编号并发送到存储模块2进行存储，控制模块1根据预设的程序，会周期性地调用存储模块2内的各经轴3上纱线的退绕数据，并计算出各经轴3上已退绕纱线长度的误差，并根据误差大小计算出与每个经轴3对应的制动器7在接下来一个周期内的制动力大小，然后控制制动力调节模块8动作，调整制动器7的制动力，以消除该经轴3上的纱线已退绕长度的误差。具体的控制方法可参见下面的实施例2。
[0054]
本实施例中，经轴3与制动器7的连接方式属于本领域常规技术，可参考专利号为“202022650403.4”的实用新型专利中公开的经轴制动结构。
[0055]
如图2和图3所示，本实施例中，外径检测模块4为激光测距仪或光电测距仪，外径检测模块4固定连接在经轴架5上，使外径检测模块4垂直于经轴3，检测经轴3在经轴架5上转动过程中纱卷9的直径变化数据并发送给控制模块1，由控制模块1处理后，将数据存储于存储模块2。
[0056]
本实施例中优选采用两个激光测距仪作为外径检测模块4，如图2和图3所示，在安装激光测距仪时，将两个激光测距仪对称地设置在经轴两侧，且将两激光测距仪均沿对应经轴3的径向设置在一个固定位置，当经轴3未安装时，两激光测距仪对射可检测到两激光测距仪之间的距离，当安装上经轴3后，两激光测距仪分别检测到各自到经轴3上的纱卷表面的距离，控制模块1将两激光测距仪之间的距离减去两激光测距仪到纱卷表面的距离，就获得了纱卷的外径。
[0057]
如图2所示，本实施例中的转数检测模块6为霍尔传感器、磁电传感器、磁阻传感器中的任意一种，任一转数检测模块6固定连接在经轴架5一端，检测对应经轴3在经轴架5上退绕的周数并发送给控制模块1。
[0058]
在获知了纱卷9外径的情况下，当检测到纱卷的退绕周数，就能够计算出经轴3退绕了多少长度的纱线。
[0059]
本实施例中采用的制动器7为活塞式制动器，制动力调节模块8为连接在液压油路或气路上的比例阀。
[0060]
在经轴3的轴头上套接有一个制动轮10，制动器7则套接在制动轮10上，当制动力调节模块8将制动器7的制动力调大，则制动器7施加在制动轮10上的摩擦力就增大，制动轮10的转动就变得更加困难，经纱的退绕速度就会减慢。反之，经纱的退绕速度就会加快。
[0061]
本实施例中，通过控制模块1、外径检测模块4和转数检测模块6监测各经轴3上的已退绕纱线的长度，然后由控制模块1根据预设程序周期性地对各经轴3上的制动力调节模块8进行调节，以调节各经轴3的退绕速度，以此来消除各经轴3已退绕经纱的长度偏差，使各经轴3同步退绕。而控制模块1对退绕过程的具体控制方法，通过下述实施例2进行详细解释。
[0062]
实施例2：
[0063]
参考图1～图3，本实施例以六个经轴3为例，详细描述非接触式浆纱机多经轴退绕长度智能控制装置。
[0064]
非接触式浆纱机多经轴退绕长度智能控制装置，包括如下具体步骤：
[0065]
1)将六根经轴依次进行编号为1、2、3、4、5、6，获取编号为i(i是1～6中的任意一根经轴)。六根经轴上的经纱初始长度均相等。
[0066]
2)设定经轴退绕圈数检测周期γ
t
，记系统时刻为t，将经轴开始退绕的时刻记为t＝0，每过γ
t
时间t的取值增加1，统计每个检测周期末各经轴退绕总圈数和各经轴上纱卷外径di(t)并进行记录存储，本实施例中，γ
t
取值为1s。可采用上述实施例1所述的非接触式浆纱机多经轴退绕长度智能控制装置实施本步骤。
[0067]
3)设定制动力控制参量δs，制动力控制参量表示每次调节浆纱机经轴架制动力控制模块的制动力最小步长。本实施例中为制动力气压阀或比例阀的气压，取值为0.1kpa。
[0068]
4)设定制动力控制周期δt，制动力控制周期表示系统对浆纱机经轴架制动力控制模块输出调节命令的周期，δt是γ
t
的整数倍且倍数大于3，本实施例中δt取值为10s。
从经轴开始退绕的时刻t＝0时开始，每经过一个制动力控制周期δt即10s的时间，执行一次步骤5)-9)；
[0069]
5)记当前时刻为td，对于编号为i＝1，2，3，...，6的所有经轴，计算它们在到当前时刻td为止的所有时刻t＝0，1，2，3，...，td时退绕至第圈时的已退绕长度
[0070][0071]
以td＝600时的数据为例(本实施例中退绕圈数检测周期γ
t
为1s，因此td＝600即为从经轴开始退绕后的第600s时)，此时各经轴3的退绕圈数分别为[470.64，459.06，467.32，483.68，450.22，484.49]，d(t)分别为[1197，1206，1243，1175，1152，1203]mm，它们退绕至第圈时的已退绕长度经计算可得为[989.69，983.78，1001.73，1025.04，993.51，1042.93]。
[0072]
采用相同的方法，可以求得各经轴3在td＝599，598，597，
…
，591时的取值。由于δt取值为10s，γ
t
取值为1s，故在t＝600，590，580，570，
…
，10时对各经轴3的制动器7控制力进行调整，任一经轴3退绕过程中每一个退绕圈数检测周期γ
t
都会检测该经轴3的退绕圈数并根据上述公式计算出对应的因此t＝600，599，598，
…
，10时的取值均得到计算并记录在存储模块2内。
[0073]
6)对于编号为i＝1，2，3，...，6的所有经轴，计算它们在到当前时刻td为止的所有时刻t＝0，1，2，3，...，td时的已退绕长度偏差
[0074][0075]
其中：
[0076][0077]
7)以各经轴3上已退绕经纱的圈数为自变量，根据各经轴3各时刻的已退绕长度偏差计算它们在当前时刻td各经轴3已退绕长度偏差的梯度
[0078][0079][0080][0081]
其中δw
t，i
(td)为第i个经轴的已退绕长度偏差的梯度在当前时刻td的圈数计算窗口，其取值方法如下：
[0082]
δw
t，i
(td)＝πd(td)/δl
t
[0083]
δl
t
为梯度计算的长度窗口，依据经验取值，取值区间为[0.01，50]m。
[0084]
8)以经轴上已退绕经纱的圈数为自变量，计算在当前时刻td各经轴3上的已
退绕长度偏差的累积
[0085][0086][0087]
其中δw
l，i
(td)为第i个经轴在当前时刻td的已退绕长度偏差的累积的圈数计算窗口，其取值方法如下：
[0088]
δw
l，i
(td)＝πd(td)/δl
l
[0089]
δl
l
为累积计算的长度窗口，依据经验取值，取值区间为[0.01，50]m；
[0090]
以td＝600时的数据为例，此时各经轴3平均已退绕长度可计算得到为1006.11m，由此可计算得到各经轴3的已退绕长度偏差为[-16.42，-22.33，-4.38，18.93，-12.60，36.82]。
[0091]
以i＝4的经轴为例，在t＝580，581，582，
…
，600时，的取值如表1所示。
[0092]
本实施例中将梯度计算的长度窗口δl
t
设定为0.9m，可求出δw
t，i
(600)为[4.18，4.21，4.34，4.10，4.02，4.20]。代入式4.21，4.34，4.10，4.02，4.20]。代入式则绝对值内值计算结果如表1，可得k1取值为592，k2取值为596。由此代入的计算公式，得到此时的取值为-0.3684。
[0093]
将累积计算的长度窗口δl
l
设定为0.9m，可求出δw
l，i
(600)为[4.18，4.21，4.34，4.10，4.02，4.20]。代入式则绝对值内计算结果如表1，可得k取值为592。由此代入的计算公式，得到此时的取值为2.3487。
[0094]
表1：
[0095][0096][0097]
类似地，可以计算出td时刻其余经轴3的
[0098]
在本实施例中对表1的数据进行了省略，由于td的取值为从第0到第600的数据量太大，因此根据实际的k、k1和k2的取值，保留了总共21条数据信息，省略的数据信息不会引起本发明技术方案的清楚表达。
[0099]
9)对于编号为i＝1，2，3，...，6的所有经轴，在当前时刻td，为保证所有经轴的已退绕长度一致性最高，设定控制量如下：
[0100][0101]
将si(td)的值圆整到δs的整数倍，向编号为i的经轴3端部制动器7的制动力调节模块8发送控制信号，将制动器7的制动力调整si(td)/δs个步长，其中k，t
l
，t
t
为系统控制参量，取值范围均为[0，105]；在本实施例中，k取值为0.5，t
l
取值为10，t
t
取值为100。
[0102]
为保证不出现突变性张力变化，本实施例设定了控制量上限s
max
和下限-s
min
，当控制量大于s
max
时将控制量调整为s
max
；当控制量小于-s
min
时，将控制量调整为-s
min
。本实施例中控制量上限s
max
为15kpa，控制量下限-s
max
为-15kpa。
[0103]
以td＝600时的数据为例，以i＝4的经轴为例，s4(600)的值为2.7885，采用四舍五入圆整到0.1kpa的整数倍为2.8，在控制量上限与下限的范围内，则在编号i为4的经轴3退绕至第600s时，控制模块1向制动力调节模块8发送信号，通过制动力调节模块8提高制动器7的制动力2.8kpa。
[0104]
采用相同方法，能够得到所有织轴的控制量si(td)，并依照上述方式对各经轴3的制动力进行调节。最终，本实施例采用本方法，有效地将各经轴3的余纱量控制在50m以下，有效降低了纱线损耗，同时保障了经纱退绕过程中各纱线之间的张力均衡性。
[0105]
在本实施例中，步骤2)中，经轴i退绕所转过的圈数是采用转数检测模块6对经轴架5上的经轴i进行检测获得；经轴i上纱卷外径di(t)是采用纱卷外径检测模块检测获得；转数检测模块为霍尔传感器、磁电传感器、磁阻传感器、编码器中的任意一种；纱卷外径检测模块为激光测距仪或光电测距仪。
[0106]
上述实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。