一种纺丝注射机的控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及纺丝领域，尤其是一种纺丝注射机的控制系统及其控制方法。

背景技术：

一条生产黑色丝的POY生产线，共有12个部位，每个部位包含2根计量泵轴，而每个电机通过连接装置驱动相邻的4根计量泵轴，整条生产线由6个电机来驱动24根计量泵轴。现有的纺丝注射机控制模式是根据计量泵轴的开停根数来决定注射机的转速。24根计量泵轴的开停由24个开关信号表示，每根计量泵轴的启停通过人工拨动相应一个开关将信号传送到PLC控制器的接口，PLC根据24路开关信号中“接通”的总路数，输出对应的频率给变频器，变频器再驱动注射机的电机。这种控制模式存在如下缺点：

计量泵轴开停后，工人没有及时拨动相应的辅助开关，PLC就没有及时调整注射机的转速，引起添加剂供给不均；有时工人忘记拨动辅助开关，造成添加剂的供给长时间不准确：停轴后忘记断开辅助开关，添加剂则会过量；开轴后忘记接通开关，添加剂就欠量。

人工停止计量泵轴，就是将计量泵轴与离合器脱离，使其失去电机的驱动力。但是在纺丝熔体的推动下，失去电机驱动力的计量泵轴还有一定的转速（各轴转速不一致）。原控制模式中，人工停一根轴后，工人就关断一位开关，PLC就把该轴当做完全停止对待，会降低注射机转速，这种情况下注射机的转速与目标值相比是偏慢的，这样就导致添加剂欠量（多根轴停止时更明显）。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种纺丝注射机的控制系统及其控制方法，所述纺丝注射机的控制系统及其控制方法可实现开或停各根计量泵轴后不再需要人工拨动开关来控制注射机的转速，不会出现原控制模式中人工操作不及时或者忘记操作所带来添加剂过量或者欠量的问题，还可以解决计量泵轴失去电机驱动力后还有一定的转速，但原控制模式中把该轴当做完全停止所带来的添加剂欠量的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种纺丝注射机的控制系统，包括用于测量计量泵轴转速的计量泵轴转速测量设备、控制器、注射机变频器、注射机电机、注射机，所述计量泵轴转速测量设备的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与注射机变频器的输入端连接，所述注射机变频器的输出端与注射机电机的输入端连接，所述注射机电机的输出端与注射机的输入端连接；

所述计量泵轴上经铣床加工有凹槽，所述凹槽对应有凸起。

进一步地，所述计量泵轴转速测量设备包括接近开关和单片机，所述接近开关的输出端与单片机的输入端连接，所述单片机的输出端与控制器的输入端连接。

进一步地，所述凹槽包括平分计量泵轴轴截面的凹平面。

进一步地，所述控制器包括电脑、笔记本电脑。

进一步地，所述一种纺丝注射机的控制系统还包括报警设备，所述控制器的输出端与报警设备的输入端连接。

本发明所采用的另一技术方案是：一种纺丝注射机的控制方法，应用于所述的一种纺丝注射机的控制系统，包括以下步骤：

S1、测量计量泵轴的转速；

S2、根据计量泵轴的转速控制注射机的转速。

进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：

S21、根据计量泵轴的转速利用F_R=（V_R*F_S）/V_S得到注射机变频器应该运行的频率F_R，记录频率F_R，其中，F_S为根据工艺要求，全部计量泵轴均运行时注射机变频器的运行频率，V_S为当注射机变频器的运行频率为F_S且全部计量泵轴均运行时，全部计量泵轴的转速之和，V_R为实际生产时，全部计量泵轴的实际转速之和，F_R为实际生产时，注射机变频器应该运行的频率；

S22、根据注射机变频器应该运行的频率F_R控制注射机的转速。

进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：

S11、接近开关检测计量泵轴上的凸起并输出与凸起个数相应的脉冲信号；

S12、单片机接收接近开关输入的脉冲信号以测量每个脉冲信号的周期，并将测量结果发送到控制器；

S13、控制器采取进一丢一的方式计算与凸起个数相应的脉冲信号的周期，根据脉冲周期得到计量泵轴的转速，并记录计量泵轴的转速。

进一步地，所述一种纺丝注射机的控制方法还包括：

S3、根据计量泵轴的转速监控生产异常并进行报警。

进一步地，所述一种纺丝注射机的控制方法还包括：

S4、根据计量泵轴的转速和生产参数统计消耗的原料。

本发明的有益效果是：本发明中一种纺丝注射机的控制系统通过计量泵轴转速测量设备检测各根计量泵轴的实际转速，控制器根据计量泵轴的实际转速控制注射机的转速，实现开或停各根计量泵轴后不再需要人工拨动开关来控制注射机的转速，不会出现原控制模式中人工操作不及时或者忘记操作所带来的添加剂过量或者欠量问题。

本发明的另一有益效果是：本发明中一种纺丝注射机的控制方法通过检测各根计量泵轴的实际转速，实现开或停各根计量泵轴后不再需要人工拨动开关来控制注射机的转速，不会出现原控制模式中人工操作不及时或者忘记操作所带来的问题；当人工停止计量泵轴时，单片机会检测失去电机驱动力的计量泵轴的缓慢转速，控制程序计算时也考虑了这些慢转速度，解决了原控制模式中存在的添加剂欠量的问题，控制精度更高。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明中一种纺丝注射机的控制系统的结构框图；

图2是本发明中一种纺丝注射机的控制系统的计量泵轴的一具体实施例示意图；

图3是图2在A-A方向上的剖视图；

图4是本发明中一种纺丝注射机的控制系统中接近开关与计量泵轴的安装示意图；

图5是本发明中一种纺丝注射机的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种纺丝注射机的控制系统，参考图1，图1是本发明中一种纺丝注射机的控制系统的结构框图，包括用于测量计量泵轴转速的计量泵轴转速测量设备、控制器、注射机变频器、注射机电机、注射机，所述计量泵轴转速测量设备的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与注射机变频器的输入端连接，所述注射机变频器的输出端与注射机电机的输入端连接，所述注射机电机的输出端与注射机的输入端连接；

所述计量泵轴上经铣床加工有凹槽，所述凹槽对应有凸起。

在本实施例中，计量泵轴转速测量设备测得计量泵轴的转速，并将其发送给控制器，控制器根据计量泵轴的转速计算注射机变频器应该运行的频率，并将此频率值发送给注射机变频器，注射机变频器根据应该运行的频率控制注射机电机，进而控制注射机的转速。由此，计量泵轴的转速变化可以直接影响注射机的转速，解决了现有技术中存在的人工操作不及时或者忘记操作所带来添加剂过量或者欠量的问题，还可以解决计量泵轴失去电机驱动力后还有一定的转速，但原控制模式中把该轴当做完全停止所带来的添加剂欠量的问题。

计量泵轴本身是光滑的圆轴，需要在轴上增加带凹凸点的装置或在轴上铣凹平面才会有凹凸点。因为检修时经常要拆、装计量泵轴，而拆、装计量泵轴时必须拆除计量泵轴上的附加部件。为了方便以后的检修，本发明没有在轴上增加带凹凸点的装置，而是在圆形计量泵轴上经铣床加工凹槽，所述凹槽对应有凸起，利用所述凸起即可以检测计量泵轴的转速，而且方便日后设备的维修。

作为技术方案的进一步改进，所述凹槽包括平分计量泵轴轴截面的凹平面。

在轴上某一位置铣符合测速检测要求的凹平面，会降低轴的强度，凹平面越多，强度越低；但如果凹平面过少，测速的灵敏度偏低，在本实施例中，参考图2和图3，图2是本发明中一种纺丝注射机的控制系统的计量泵轴的一具体实施例示意图，图3是图2在A-A方向上的剖视图，经过综合考虑轴的强度和控制的灵敏度两个因素，决定在每根圆轴上选定一个位置（该位置便于接近开关的安装）沿圆周方向铣出4个等分计量泵轴轴截面的凹平面，则可以在计量泵轴1上加工得到内立方体2，通过在计量泵轴1上铣凹平面得到凹槽和凸起，所述凸起为相邻凹平面相交得到的棱边。其他根据相同原理改造计量泵轴后达到相同效果的技术方案也在本发明申请的保护范围之内。

作为技术方案的进一步改进，所述计量泵轴转速测量设备包括接近开关和单片机，所述接近开关的输出端与单片机的输入端连接，所述单片机的输出端与控制器的输入端连接。

在本实施例中，参考图4，图4是本发明中一种纺丝注射机的控制系统中接近开关与计量泵轴的安装示意图，在计量泵轴上铣四个平分计量轴轴截面的凹平面，每个凹平面的宽度为20mm,这样选用直径≤12mm的接近开关均能正确测量。如图4所示，在圆形计量泵轴1对称铣了四个凹平面后，该部分计量泵轴就变成了方形，即内立方体2，接近开关3通过固定支架4固定，调整接近开关3与固定端的水平距离L1，使接近开关3在垂直方向上正对着计量泵轴的内立方体2的位置，然后给接近开关3提供24V直流电压，再调整接近开关3与内立方体2的垂直距离L2，使得内立方体2的棱边（凸起部分）靠近接近开关3，进入接近开关3的感应范围时，接近开关3输出高电平；当内立方体2的棱边（凸起部分）离开接近开关3的感应范围时，接近开关3输出低电平。这样计量泵轴转一圈（内立方体2的四条棱边依次经过接近开关3），接近开关3就交替输出高、低电平四次，相当于输出四个脉冲信号。

接近开关所输出的脉冲信号被单片机所接收，经单片机处理后，将脉冲信号处理后的信息传送给控制器进行处理后得到计量泵轴的转速，并根据计量泵轴的转速控制注射机的转速。

作为技术方案的进一步改进，所述控制器包括电脑、笔记本电脑。

作为技术方案的进一步改进，所述一种纺丝注射机的控制系统还包括报警设备，所述控制器的输出端与报警设备的输入端连接。

在本实施例中，所述报警设备为单片机、驱动板及报警灯，所述控制器为电脑，电脑通过RS232九针串行接口与单片机连接。

一种纺丝注射机的控制方法，应用于所述的一种纺丝注射机的控制系统，参考图5，图5是本发明中一种纺丝注射机的控制方法的步骤流程图，包括以下步骤：

S1、测量计量泵轴的转速；

S2、根据计量泵轴的转速控制注射机的转速。

在本实施例中，本发明中一种纺丝注射机的控制方法通过测量计量泵轴的转速，进而控制注射机的转速，不仅实现方法简单，而且可以解决现有技术中存在的人工操作不及时或者忘记操作所带来添加剂过量或者欠量的问题，还可以解决计量泵轴失去电机驱动力后还有一定的转速，但原控制模式中把该轴当做完全停止所带来的添加剂欠量的问题。

作为技术方案的进一步改进，所述步骤S1包括以下步骤：

S11、接近开关检测计量泵轴上的凸起并输出与凸起个数相应的脉冲信号；

S12、单片机接收接近开关输入的脉冲信号以测量每个脉冲信号的周期，并将测量结果发送到控制器；

S13、控制器采取进一丢一的方式计算与凸起个数相应的脉冲信号的周期，根据脉冲周期得到计量泵轴的转速，并记录计量泵轴的转速。

在本实施例中，以24根计量泵轴为例，接近开关检测计量泵轴上的凸起并输出与凸起个数想对应的脉冲信号，采用3块单片机来接收24个接近开关输出的脉冲信号，一块单片机接收8路接近开关输出的脉冲信号，单片机检测每路脉冲信号的脉冲周期并将脉冲周期的时间值发送到电脑，由电脑中的上位机程序进行处理。

具体地，考虑到机械加工凹平面时，每根计量泵轴上的4个凹平面在圆形计量泵轴轴截面上不可能完全等分，因此电脑上的上位机程序是连续测量4个脉冲信号的脉冲周期之和，作为该轴转一圈所需时间，在时间不为零的前提下将其取倒数，就得到相应计量泵轴的转速。为了提高控制系统的响应速度，采取进一丢一的办法：假定已测量4个连续的脉冲周期，编号是1-4号，当第5个脉冲周期进来时，丢掉原来的1号脉冲周期，将原来的2-4号变为1-3号，新进的第5个脉冲周期变成4号，这样就保证用来计算的4个脉冲总是连续的，而当第5个脉冲周期与原来的1号脉冲周期不等时，就表示计量泵轴转一圈所需时间发生变化，也即是该计量泵轴的速度发生变化，则电脑，即控制器就会作出相应的反应，相当于泵轴转四分之一圈，控制器就会做出相应的反应，控制精度更高。

作为技术方案的进一步改进，所述步骤S2包括以下步骤：

S21、根据计量泵轴的转速利用F_R=（V_R*F_S）/V_S得到注射机变频器应该运行的频率F_R，记录频率F_R，其中，F_S为根据工艺要求，全部计量泵轴均运行时注射机变频器的运行频率，V_S为当注射机变频器的运行频率为F_S且全部计量泵轴均运行时，全部计量泵轴的转速之和，V_R为实际生产时，全部计量泵轴的实际转速之和，F_R为实际生产时，注射机变频器应该运行的频率；

S22、根据注射机变频器应该运行的频率F_R控制注射机的转速。

在本实施例中，根据得到的每根计量泵轴的转速按照F_R=（V_R*F_S）/V_S可以计算得到注射机变频器应该运行的频率F_R，注射机变频器按照频率F_R控制注射机电机，进而控制注射机的转速。因此，不仅可以实现当人工开停计量泵轴时，控制器接收单片机发送的检测信号，自动计算并调节注射机转速，保证添加剂的均匀供给；而且单片机会检测失去电机驱动力的计量泵轴的缓慢转速，控制器的上位机程序计算时也考虑了这些慢转速度，因此对注射机的控制精度更高，添加剂供给更准确。

本发明会记录计量泵轴的转速，因为频繁开停计量泵轴会影响产品质量，而且在同一时间段内若有过多计量泵轴停止运行，挤压机可能跳闸停机，造成整条生产线停产。增加对计量泵轴的转速的记录，以便于管理人员检查生产状况，督促员工按规程操作，也便于产品质量的追溯。在本实施例中，还可以以曲线形式记录各根计量泵轴的实际转速、24根计量泵轴的转速之和及注射机变频器应该运行的频率值，可以很方便地从曲线中查到各根计量泵轴的开停情况。不仅可以实现控制功能，还可为车间的生产管理提供客观的依据。

作为技术方案的进一步改进，所述一种纺丝注射机的控制方法还包括：

S3、根据计量泵轴的转速监控生产异常并进行报警。

在本实施例中，计量泵轴与离合器的连接需要一根金属键销来固定，当这根键销断裂但未完全裂开，或者裂开后但断口两面有许多大小不一的剑突，两面的剑突还会发生咬合作用，这时计量泵轴还接受电机的驱动，但转速比键销断裂前的正常转速慢些，如果操作工不细心检查，不容易发现轴的速度变慢，就会造成添加剂长时间过量。这种情形在实际生产中已发生多次，造成整条生产线的丝饼颜色偏深，断了键销的计量泵轴所生产出来的两个丝饼纤度也会偏小。本发明的方法可在检测到键销断裂时计量泵轴转速异常后及时报警，可避免断键销引起的质量问题。

计量泵轴转速异常的判断依据是：同一部位的两根计量泵轴的设定速度是一样的，当检测到其中一根计量泵轴以设定速度运行，但另一根计量泵轴的实际速度大于设定速度的80%，而且小于设定速度的95%，这种情形如果维持超过5秒，则控制器判断低速运行的轴有问题，同时发出报警信号提醒操作人员去检查处理，可通过发出声音报警信号或者文字报警信号进行提醒。

作为技术方案的进一步改进，所述一种纺丝注射机的控制方法还包括：

S4、根据计量泵轴的转速和生产参数统计消耗的原料。

在本实施例中，生产车间原来由人工统计各班组的原料消耗，本发明中根据预设的工艺参数和计量泵轴的实际转速值，自动统计各班组每天和每月所消耗的原料。本发明自动统计原料消耗，提高统计效率；同时为管理人员提供图形和数据，可督促员工严格按规程操作，提高产品质量，降低原料的消耗，也便于产品质量的追溯。

更进一步地，控制器可以显示各种生产信息，以电脑为例，电脑显示器的主界面大致分为四个区域：左上方显示各根计量泵轴转一圈所用的时间；左下方包含密码输入区，同时显示注射机变频器的额定运行频率和实际运行频率值；右上方是24根计量泵轴的参数设定区；右下方是报警记录及原料消耗方面的数据，整个界面显示的内容丰富而且清晰。

作为技术方案的进一步改进，由于生产期间关闭上位机程序可能会引起质量问题。为此本发明监控控制器的输出电压，并利用报警设备检测控制器的输出电压，当输出电压发生变化时，报警设备进行报警。

在本实施例中，通过程序控制电脑的RS232九针串行接口的第四针输出电压，并用单片机检测该针的电压，当上位机程序关闭时，串行接口的第四针输出电压将发生变化，单片机会发出报警信号，提醒操作人员检查。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。