专利名称：立式弹力纱线整经机弹力纱线张力的补偿方法
技术领域：
本发明涉及纺织织造领域，具体的说是弹力纱线特性曲线的补偿，根据张力补偿 曲线，通过调整纱架罗拉的线速度，从而调整弹力纱线的张力的方法，也就是立式弹力纱线 整经机弹力纱线张力的补偿方法。
背景技术：
1、氨纶氨纶也称为弹力纱线、莱卡，它是一种类似于尼龙、涤纶的高分子合成纤维。它的 主要特性是具有很强的弹性，在外力作用下，它可拉伸七倍也不断裂。由于该特性，因而它 与其他织物混合(如5% -20% )，可织成具有弹性的时尚衣物面料。2、整经将几百个纱筒的纱线卷绕在经轴上称为整经，经整经的经轴才能用于织布。3、氨纶整经氨纶整经与其他织物(纱线)的整经在工艺上有很大的不同。由于氨纶具有很强 的弹性，在整经工艺上，往往先将原来是一倍的纱线拉成N倍(如拉伸到150% )该过程称 为预牵伸，然后再将缩成M倍(如收缩至70%)卷绕在盘头上，该过程称为最终牵伸。对不 同生产厂家生产的氨纶纱线，其工艺参数还要按一定的补偿曲线进行补偿，适当调节牵伸 比以确保整经的高品质。4、氨纶整经机弹力纱线整经机是由第一纱架、第二纱架、牵伸罗拉、整经车头组成，盘头安装在 车头上。几百至千余个纱筒安装在纱架上，由送纱装置按一定的速度同步送出纱线；牵伸罗 拉C将纱架送出的纱线拉伸至N倍；装有盘头的车头再将经张力罗拉牵伸至N倍的纱线收 缩成M倍后卷绕在盘头上。5、弹力纱线整经机与普通整经机的区别弹力纱线整经机目前是世界上最高档、最复杂、技术含量最高的整经机，弹力纱线 整经机的纱架是积极送经的，而普通整经机的纱架是被动的，弹力纱线整经机必须满足纱 架、牵伸罗拉、盘头三部分的同步，普通整经机只需要盘头和罗拉同步就可以。弹力纱线整 经机的同步性就体现在牵伸比的准确性，如果牵伸值有相差那么做出来的织物布面有明显 的条纹，严重影响织物的质量。解决这一问题的技术难点就在牵伸值的统一性。厂家生产 弹力纱线原料一般是卷绕在纸筒上，由于在卷绕的过程中纱筒原料在卷绕的过程中不断受 到挤压，因此纱筒在不同位置的张力也不相同，而弹力纱线整经机就需要将多个纱筒的原 料卷绕到盘头上，纱筒在退绕过程中，由于纱筒在不同位置的张力不相同，这样整出来的弹 力纱线的牵伸值就会有偏差，那么织出来的织物达不到质量要求，因此必须对弹力纱线进 行张力补偿。以前整经弹力纱线时，控制方法为使用压力传感器实时测量纱线的张力，由于弹 力纱线受温湿度影响较大，同批次原料在不同温湿度下，压力传感器检测到的张力值会不同，卷绕的盘头规格不一致，整经质量不稳定，从而影响布面品质。
发明内容
本发明的目的是要提供一种能不受温湿度影响，保证弹力纱线整经质量稳定的立 式弹力纱线整经机弹力纱线张力的补偿方法。本发明实现上述目的的技术方案是，一种立式弹力纱线整经机弹力纱线张力的补 偿方法，包括可编程控制器、人机界面、张力检测装置、第一伺服控制器、第二伺服控制器、 第一伺服电机、第二伺服电机、第一编码器和第二编码器，所述人机界面通过总线与可编程 控制器相互通信，张力检测装置通过总线传送信号至可编程控制器，所述第一伺服控制器 和第二伺服控制器均通过总线与可编程控制器相互通信，第一伺服控制器和第二伺服控制 器分别驱动第一伺服电机和第二伺服电机，第一编码器设置在第一纱架罗拉处、第二编码 器设置在第二纱架罗拉处，第一编码器和第二编码器传送信号至可编程控制器，所述张力 检测装置设置在牵伸罗拉上，补偿的步骤为a、将弹力纱线的总米长L、纱架罗拉的预设线速度通过人机界面输入，数据通过总 线传送至可编程控制器，b、所述可编程控制器根据人机界面的设置将当前弹力纱线按照总米长分成20等 份，从而得到21个点，C、所述纱线张力检测装置检测步骤b的21个点的张力值，并通过总线将这21个 点的张力值传送给可编程控制器，在每个点的附近取10个张力值，可编程控制器计算时去 掉一个最大值和一个最小值，剩下8个值做平均，得到的平均值就是该点的最终张力值，可 编程控制器把最终张力值保存在数据库中，这样就可以得到21个点的张力值，根据21个点 就可以绘制出一条弹力纱线张力的补偿曲线，d、第一编码器或第二编码器测得当前弹力纱线的米长，并传送至可编程控制器， 可编程控制器根据数学模型，通过计算得到弹力纱线当前米长所对应的补偿值，e、根据步骤d所计算出的弹力纱线当前米长所对应的补偿值，可编程控制器计算 出在当前米长的纱架罗拉的线速度，可编程控制器通过总线发出命令给第一伺服控制器和 第二伺服控制器，再由第一伺服控制器和第二伺服控制器来分别调整第一伺服电机和第二 伺服电机的转速，从而调整第一纱架罗拉和第二纱架罗拉的线速度，以调整弹力纱线的张 力。所述步骤d中的数学模型为y = kx+b，将步骤b中的20等份设为20个区间，可 编程控制器判断当前米长所在的区间，区间的长度=L/20，L为总米长，根据区间的起始端 和结束端的米长以及米长所对应的补偿值(xl，yl)、(x2, y2)，算出该区间内的数学模型y =kx+b的k值及b值，其中k = (y2-yl)/(x2-xl)，类推得到20个区间所分别对应的该区 间的数学模型，= (L/20)，其中，χ为当前米长，L为总米长，20为总米长的等份数，当 0 1时，则表示当前米长位于第一个区间，则使用第一个区间所对应的k值和b值， 适用该区间的数学模型计算得出补偿值y，当1 < M≤2时，则表示当前米长位于第二个区 间，则使用第二个区间所对应的k值和b值，适用该区间的数学模型计算得出补偿值y，当2 < M≤3时，则表示当前米长位于第三个区间，则使用第三个区间所对应的k值和b值，适 用该区间的数学模型计算得出补偿值y，......，当19 < M ≤20时，则表示当前米长位于第二十个区间，则使用第二十个区间所对应的k值和b值，适用该区间的数学模型计算得出 补偿值1,由此，通过当前米长所对应的区间的数学模型得到不同的当前米长X所对应的补 偿值y。当前米长所对应的纱架罗拉的线速度=纱架罗拉的预设线速度*(l_y)。所述张力检测装置包括压力传感器和变送器，所述压力传感器与变送器电连接， 变送器传送模拟信号至可编程控制器。本发明是根据弹力纱线的特性，在整经过程时必须按本发明的补偿曲线进行对弹 力纱线进行补偿，这样整经出来的弹力纱线的张力才能到达生产工艺的要求。在整经工作 的开始前需要把当前纱线的规格设定在人机界面里，可编程控制器根据人机界面的设定， 自动调出相对应的补偿曲线。补偿曲线所要补偿是预牵伸的值，也就是纱架罗拉的线速度， 通过纱架的编码器计算出米长，可编程控制器会根据当前纱线的米长，来改变预牵伸(纱 架罗拉速度)。这种方法，不需要压力传感器来实时检测，同批次的纱线用同一补偿曲线，整 经的时候就只要根据补偿曲线来调整纱线张力了，而不会受到外界温湿度的影响，能保证 同批次不同纱筒上的弹力纱线卷绕的张力相同，保证了弹力纱线在温湿度变大较大的情况 下，纱线卷绕盘头规格一致，
图1为本发明的控制框图；图2为本发明的40D补偿曲线示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明做进一步详细描述。如图1所示，一种立式弹力纱线整经机弹力纱线张力的补偿方法，包括可编程控 制器1、人机界面2、张力检测装置3、第一伺服控制器4、第二伺服控制器5、第一伺服电机 6、第二伺服电机7、第一编码器8和第二编码器9，所述人机界面2通过总线10与可编程控 制器1相互通信，张力检测装置3通过总线10传送信号至可编程控制器1，所述第一伺服 控制器4和第二伺服控制器5均通过总线10与可编程控制器1相互通信，第一伺服控制器 4和第二伺服控制器5分别驱动第一伺服电机6和第二伺服电机7，第一编码器8设置在第 一纱架A罗拉处、第二编码器9设置在第二纱架B罗拉处，第一编码器8和第二编码器9传 送信号至可编程控制器1，所述张力检测装置3设置在牵伸罗拉C上，补偿的步骤为a、将弹力纱线的总米长L、纱架罗拉的预设线速度通过人机界面2输入，数据通过 总线10传送至可编程控制器1，b、所述可编程控制器1根据人机界面2的设置将当前弹力纱线按照总米长分成20 等份，从而得到21个点，C、所述纱线张力检测装置3检测步骤b的21个点的张力值，并通过总线10将这 21个点的张力值传送给可编程控制器1，在每个点的附近取10个张力值，可编程控制器1 计算时去掉一个最大值和一个最小值，剩下8个值做平均，得到的平均值就是该点的最终 张力值，可编程控制器1把最终张力值保存在数据库中，这样就可以得到21个点的张力值， 根据21个点就可以绘制出一条弹力纱线张力的补偿曲线，如图2所示，例如要想得到60000米处的最终张力值，则只要在60000米附近取59990米、59992米、59994米、59996米、59998 米、60000米、60002米、60004米、60006米、60008米处这十个点所对应的张力值，然后按照
上述c步骤所述计算即可。d、第一编码器8或第二编码器9测得当前弹力纱线的米长，并传送至可编程控制 器1，可编程控制器1根据数学模型，通过计算得到弹力纱线当前米长所对应的补偿值，e、根据步骤d所计算出的弹力纱线当前米长所对应的补偿值，可编程控制器1计 算出在当前米长的纱架罗拉的线速度，可编程控制器1通过总线10发出命令给第一伺服控 制器4和第二伺服控制器5，再由第一伺服控制器4和第二伺服控制器5来分别调整第一伺 服电机6和第二伺服电机7的转速，从而调整第一纱架A罗拉和第二纱架B罗拉的线速度， 以调整弹力纱线的张力。所述步骤d中的数学模型为y = kx+b，将步骤b中的20等份设为20个区间，可 编程控制器1判断当前米长所在的区间，区间的长度=L/20，L为总米长，根据区间的起始 端和结束端的米长以及米长所对应的补偿值(xl，yl)、(x2, y2)，算出该区间内的数学模型 y = kx+b的k值及b值，其中k = (y2-yl)/(x2-xl)，类推得到20个区间所分别对应的该 区间的数学模型，设M = χ/(L/20)，其中，χ为当前米长，L为总米长，20为总米长的等份数， 当0 < M彡1时，则表示当前米长位于第一个区间，则使用第一个区间所对应的k值和b值， 适用该区间的数学模型计算得出补偿值y，当1 < M < 2时，则表示当前米长位于第二个区 间，则使用第二个区间所对应的k值和b值，适用该区间的数学模型计算得出补偿值y，当2 < M彡3时，则表示当前米长位于第三个区间，则使用第三个区间所对应的k值和b值，适
用该区间的数学模型计算得出补偿值1，......，当19 < M < 20时，则表示当前米长位于
第二十个区间，则使用第二十个区间所对应的k值和b值，适用该区间的数学模型计算得出 补偿值1,由此，通过当前米长所对应的区间的数学模型得到不同的当前米长χ所对应的补 偿值y。如图2所示，L= 120000米，第一个区间为0 6000米，第一个区间的数学模 型为y = 0. 0000516X-0. 31 ；第二个区间为6000米到12000米，第二个区间的数学模 型为y = 0. 0000383X-0. 23 ；第三个区间为12000米到18000米，第三个区间的数学模 型为y = 0. ΟΟΟΟδχ-Ο. 37;第四个区间为18000米到24000米，第四个区间的数学模型 为y = 0. 0000083X+0. 38 ；第五个区间为24000米到30000米，第五个区间的数学模型 为y = 0. 000035X-0. 26 ；第六个区间为30000米到36000米，第六个区间的数学模型 为y = 0. 0000366X-0. 31 ；第七个区间为36000米到42000米，第七个区间的数学模型 为y = 0. 0000333X-0. 2 ；第八个区间为42000米到48000米，第八个区间的数学模型为 y = 0. 000025X+0. 16 ；第九个区间为48000米到54000米，第九个区间的数学模型为y =0. 0000033X+1.2 ；第十个区间为54000米到60000米，第十个区间的数学模型为y = 0. 0000066X+1. 02 ；第i^一个区间为60000米到66000米，第i^一个区间的数学模型为y =0. 000005X+1. 12 ；第十二个区间为66000米到72000米，第十二个区间的数学模型为y =-0. 0000066X-1. 01 ；第十三个区间为72000米到78000米，第十三个区间的数学模型为y =-0. 0000116X+2. 25 ；第十四个区间为78000米到84000米，第十四个区间的数学模型为y =-0. 0000666X+6. 53 ；第十五个区间为84000米到90000米，第十五个区间的数学模型为y =-0. 0000633X+6. 26 ；第十六个区间为90000米到96000米，第十六个区间的数学模型为y
7=-0. 000055X+5. 51 ；第十七个区间为96000米到102000米，第十七个区间的数学模型为y =-0. 000085X+8. 39 ；第十八个区间为102000米到108000米，第十八个区间的数学模型为 y = -0. 0000866X-1. 16 ；第十九个区间为108000米到114000米，第十九个区间的数学模型 为y = -0. OOOlx-L 88 ；第二十个区间为114000米到120000米，第二十个区间的数学模型 为 y = -0. 0000333x-5. 2。当前米长所对应的纱架罗拉的线速度=纱架罗拉的预设线速度*(l_y)。所述张力检测装置3包括压力传感器和变送器，所述压力传感器与变送器电连 接，变送器传送模拟信号至可编程控制器1。所述压力传感器选用Tedea-HUntleighl030， 变送器选用flntec LAC65. 1。所述变送器作用相当于放大器的作用，是将压力传感器得到 的信号放大。参见图2，以下具体举例说明如下如40D的纱线，总长是120000米，(0.23、
0.53这段补偿曲线)我们要知道在15000米处的补偿值？对应的坐标是(xl = 12000、yl =0. 23，x2 = 18000、y2 = 0. 53) k = (y2-yl) / (x2-xl) = (18000—12000) / (0· 53-0. 23) =0. 00005 ；设 15000 米对应的补偿值:y' ；y = kx+b ；b = y-kx = 0. 23-0. 00005*12000 =-0. 37，则数学模型为 y = 0. ΟΟΟΟδχ-Ο. 37，那么 f = 0. 00005*15000-0. 37 = 0. 38。根 据以上的数学计算，可以得到在15000米处的补偿值，可编程控制器1就是根据以上的数学 模型计算出不同米数的补偿值。在整个补偿过程中我们以纱架罗拉的线速度为基准，如在15000米处计算 出来的补偿值为0. 38，那么现在我们要纱架罗拉的线速度=纱架罗拉的预设线速度 *(1-0. 38% )0如补偿值为-0. 5，纱架罗拉的线速度=纱架罗拉的预设线速度* (1+0. 5%)0 可编程控制器1算出纱架罗拉的线速度后，通过总线10给纱架伺服系统实现最终的补偿。本发明选用的总线10为PR0FIBUS总线。所述第一编码器8和第二编码器9实时反馈当前米数至可编程控制器1。如图2所 示，一般的补偿曲线就是由21个点组成，可以通过这21个点来绘制成一条坐标补偿曲线， 如40D的氨纶纱线总长度是120000米，记录的21个点是(-0. 31,0,0. 23,0. 53,0. 58,0. 79、
1.01,1. 21,1. 36,1. 38,1. 42,1. 45,1. 41,1. 34,0. 94,0. 56,0. 23,-0. 28,-0. 8,-1. 4,-1. 6)， 根据21个点的数据可以把120000米分成20等份，可以绘制一下一个曲线横坐标轴X为 纱线米长(单位米)，纵坐标轴Y为补偿值(单位％ )。如图1所示，可编程控制器1通过总线10分别连接张力检测装置3、人机界面2、 第一伺服控制器4和第二伺服控制器5，第一伺服控制器4的信号输出口与第二伺服控制器 5的信号输入口之间采用总线10连接。第一伺服电机6、第二伺服电机7分别通过第一伺 服控制器4和第二伺服控制器5连接到三相交流电源。第一编码器8、第二编码器9分别检 测到第一、第二纱架罗拉的转数的脉冲，并将数据输入到可编程控制器1中。可编程控制器 1在根据数据计算把补偿值写在数据库中，并通过总线IO(Profibus)把曲线显示在人机界 面2中，客户再次使用时只需把相对应的纱线的规格输入人机界面2，可编程控制器1自动 调出补偿曲线，可编程控制器1又通过第一编码器8、第二编码器9得到的米数来对纱线进 行补偿。系统中人机界面2为西门子MP277系列触摸屏，第一伺服控制器4和第二 伺服控制器5的型号为EVS9327-ES，第一伺服电机6和第二伺服电机7的型号为 MDFQARS100-22. 120B5，可编程控制器1为西门子S7-300系列，第一编码器8和第二编码器9 的型号为 TRD-2TH1000BF。
权利要求
一种立式弹力纱线整经机弹力纱线张力的补偿方法，其特征在于包括可编程控制器(1)、人机界面(2)、张力检测装置(3)、第一伺服控制器(4)、第二伺服控制器(5)、第一伺服电机(6)、第二伺服电机(7)、第一编码器(8)和第二编码器(9)，所述人机界面(2)通过总线(10)与可编程控制器(1)相互通信，张力检测装置(3)通过总线(10)传送信号至可编程控制器(1)，所述第一伺服控制器(4)和第二伺服控制器(5)均通过总线(10)与可编程控制器(1)相互通信，第一伺服控制器(4)和第二伺服控制器(5)分别驱动第一伺服电机(6)和第二伺服电机(7)，第一编码器(8)设置在第一纱架(A)罗拉处、第二编码器(9)设置在第二纱架(B)罗拉处，第一编码器(8)和第二编码器(9)传送信号至可编程控制器(1)，所述张力检测装置(3)设置在牵伸罗拉(C)上，补偿的步骤为a、将弹力纱线的总米长L、纱架罗拉的预设线速度通过人机界面(2)输入，数据通过总线(10)传送至可编程控制器(1)，b、所述可编程控制器(1)根据人机界面(2)的设置将当前弹力纱线按照总米长分成20等份，从而得到21个点，c、所述纱线张力检测装置(3)检测步骤b的21个点的张力值，并通过总线(10)将这21个点的张力值传送给可编程控制器(1)，在每个点的附近取10个张力值，可编程控制器(1)计算时去掉一个最大值和一个最小值，剩下8个值做平均，得到的平均值就是该点的最终张力值，可编程控制器(1)把最终张力值保存在数据库中，这样就可以得到21个点的张力值，根据21个点就可以绘制出一条弹力纱线张力的补偿曲线，d、第一编码器(8)或第二编码器(9)测得当前弹力纱线的米长，并传送至可编程控制器(1)，可编程控制器(1)根据数学模型，通过计算得到弹力纱线当前米长所对应的补偿值，e、根据步骤d所计算出的弹力纱线当前米长所对应的补偿值，可编程控制器(1)计算出在当前米长的纱架罗拉的线速度，可编程控制器(1)通过总线(10)发出命令给第一伺服控制器(4)和第二伺服控制器(5)，再由第一伺服控制器(4)和第二伺服控制器(5)来分别调整第一伺服电机(6)和第二伺服电机(7)的转速，从而调整第一纱架(A)罗拉和第二纱架(B)罗拉的线速度，以调整弹力纱线的张力。
2.根据权利要求1所述的立式弹力纱线整经机弹力纱线张力的补偿方法，其特征在 于所述步骤d中的数学模型为y = kx+b，将步骤b中的20等份设为20个区间，可编程控 制器(1)判断当前米长所在的区间，区间的长度=L/20，L为总米长，根据区间的起始端和 结束端的米长以及米长所对应的补偿值(xl，yl)、(x2, y2)，算出该区间内的数学模型y = kx+b的k值及b值，其中k = (y2-yl)/(x2-xl)，类推得到20个区间所分别对应的该区间 的数学模型，设M = x/(L/20)，其中，χ为当前米长，L为总米长，20为总米长的等份数，当 0 < M彡1时，则表示当前米长位于第一个区间，则使用第一个区间所对应的k值和b值， 适用该区间的数学模型计算得出补偿值y，当1 < M彡2时，则表示当前米长位于第二个区 间，则使用第二个区间所对应的k值和b值，适用该区间的数学模型计算得出补偿值y，当2 < M彡3时，则表示当前米长位于第三个区间，则使用第三个区间所对应的k值和b值，适用该区间的数学模型计算得出补偿值1，......，当19 < M < 20时，则表示当前米长位于第二十个区间，则使用第二十个区间所对应的k值和b值，适用该区间的数学模型计算得出 补偿值1，由此，通过当前米长所对应的区间的数学模型得到不同的当前米长χ所对应的补偿值y。
3.根据权利要求2所述的立式弹力纱线整经机弹力纱线张力的补偿方法，其特征在 于当前米长所对应的纱架罗拉的线速度=纱架罗拉的预设线速度*(l_y)。
4.根据权利要求1所述的立式弹力纱线整经机弹力纱线张力的补偿方法，其特征在 于所述张力检测装置(3)包括压力传感器和变送器，所述压力传感器与变送器电连接，变 送器传送模拟信号至可编程控制器(1)。
全文摘要
立式弹力纱线整经机弹力纱线张力的补偿方法，将弹力纱线的总米长、纱架罗拉的预设线速度通过人机界面输入，可编程控制器根据人机界面的设置将当前弹力纱线按照总米长分成20等份，从而得到21个点，纱线张力检测装置21个点的张力值，可编程控制器把21个点的最终张力值保存，绘制出补偿曲线，编码器测得当前弹力纱线的米长，可编程控制器根据数学模型，通过计算得到弹力纱线当前米长所对应的补偿值，根据步骤d所计算出的弹力纱线当前米长所对应的补偿值，可编程控制器计算出在当前米长的纱架罗拉的线速度，并调整纱架罗拉的线速度，以调整弹力纱线的张力。本发明能在温湿度变化大的情况下，保证弹力纱线整经质量稳定。
文档编号D02H3/00GK101906687SQ201010216619
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月5日 优先权日2010年7月5日
发明者刘勇俊, 刘芳, 唐海波, 蒋国中, 谈亚飞 申请人:常州市第八纺织机械有限公司