专利名称：纱线加工设备的控制方法
技术领域：
本发明涉及到伸长断裂方法中纱线加工设备的控制，尤其涉及到以协调方式起动方法的方法。
背景技术：
纺织工业使用能够在多个纺锭卷取同种产品的多工位商用纺纱机。一种型号的商用纱线生产设备，如所知的环锭式纺纱机，可直接地生产短纤维纱。这种设备的生产量是相对有限的。
另一种直接的纺纱设备，用于这种应用的目的被称作“伸长断裂”设备，通过持续地运转输送多丝纱线，直接地生产短纤维纱，从而提高生产量。图1中虚线框内所示为单工位12A的功能及启动组件示意图，该工位12A属于附图标记10所总代表的伸长断裂设备。一个或更多附加的伸长断裂工位12B，12C，...12N，每个都同12A一样，可被用来定义多位设备10。设备10在序列号为09/979,808的共同未决申请中被披露并要求权利，于2000年12月21日以WO 0077283在国际上公布。
通过下述对伸长断裂设备的描述，应该认识到工位中的每个轧辊可在有或没有对应夹辊的情况下，被当作多个轧辊来运行。也应理解到夹辊所施加的压力，可通过手动或相关控制设备来进行控制。
工位12A包括牵伸及退火区20，第一断裂区30，第二断裂区40(也可称作再断裂区)，以及固结区50，固结区在纱线Y的持续供给16和卷取区60之间串联连接。
纱线供给16可包括田促成退绕的控制器19驱动的退绕机18，或其他合适的纱线供给装置。退绕控制器19可通过制动机构或退绕电机实施，以控制从退绕机18供给的纱线Y的张力。
牵伸及退火区20被限定在轧辊22和从动辊26之间，并包括一个加热板24。轧辊22包括一个促成加热器22H，并且加热板24包括一个加热促成元件24H。轧辊26也可以包括一个促成加热器26H。众所周之，为给予拉伸作用，从动辊26必须以比被加热辊22表面速度更高的表面速度进行旋转。轧辊26的表面速度与轧辊22的表面速度之比被称为“拉伸比”。
第一断裂区30被限定在轧辊26和34之间，并且第二断裂区40被限定在轧辊34和42之间。轧辊34的表面速度与轧辊26的表面速度之比被称为“伸长断裂比”，而轧辊42的表面速度与轧辊34的表面速度之比被称为“再断裂比”。带有空气供给促成器32S的可选喷嘴32可被包括在第一断裂区30中。第二断裂区40可包括带有相关的空气供给促成器36S的备用喷嘴36。
固结区50被定义在轧辊42和56之间，并可包括一个或更多固结喷嘴52S及其空气供给促成器52S。固结装置也可是机械式或其他可变式的设备，被设计用来固结纱线Y。轧辊56的表面速度与轧辊42的表面速度之比被称为“固结比”。
卷取区60包括一个旋转的卷绕机62，用来将制成的短纤维纱S收集到卷绕筒B上。卷绕机62带有相联的促成卷取器和横动驱动器62D，62T。废物喷嘴58和空气供给促成器58S可以直接在卷绕机62之前以促进形成细线。卷绕机62表面速度与轧辊56表面速度之比被称为“卷取张力”(位于图4的表中)。
在伸长断裂工艺中顺续地接触纱线Y的独立轧辊可成对组成运转轧辊组。因此，轧辊26，34可定义为第一轧辊组30S，轧辊34，42可定义为第二轧辊组40S，并且，轧辊42，56可定义为第三轧辊组50S。每个轧辊22，26，34，42和56分别带有一个相关联的卷取促成电机23，27，35，43和57。
作为替代，如图1A中所见，轧辊34的功能可由多个轧辊实施，如双辊34A，34B。近似地，轧辊42的功能也可由多个轧辊实施，如双辊42A，42B。在这种替代的结构中，轧辊26，34A；轧辊34B，42A；和轧辊42B，56可被分别定义为运转轧辊组30S’，40S’，50S’。轧辊34A，34B，42A和42B分别带有相关联的驱动电机35A，35B，43A和43B。
运行时，包括长丝F的纱线Y被引导至牵伸及退火区20。在牵伸及退火区20内，通过加热辊22内加热器22H及加热板24的联合加热，纱线Y被加热至某一退火温度。牵伸及退火区20区内的第一轧辊22夹持进入的长丝F，同时运转轧辊组中的第二轧辊(即，轧辊26)拉伸该长丝。轧辊26的表面速度可相对于轧辊22的表面速度进行设置，从而拉伸被加热的纱线Y，如果顺利地，可得到满意的抗拉性能。
退火的纱线Y进入第一断裂区30。在稳定状态运行期间，断裂区30内的第一轧辊26夹持退火的长丝，同时运转轧辊组中的第二轧辊，即轧辊34(图1)或轧辊34A(图1A)，如希望的那样拉伸长丝直到所有的长丝F以随机的方式断裂。在位于第一断裂区30下游位置的第二断裂区40内，长丝F可进一步被断裂。一个可选的喷嘴36可被用来控制第一断裂区内断裂的纱线的末端，以避免卷绕轧辊。
然后，纱线Y在固结区50内被固结，以形成短纤维纱S。短纤维纱S在受控拉力及旋转速度作用下被卷绕机62绕在线筒B上。
设备10中进行的伸长断裂工艺，起动特别地困难，因为纱线的动力学伸长及断裂性能在不同的速度下是不同的，并且其静态性能也不同。伸长断裂工艺的目的是随机地断裂所有的长丝，无论是时间上还是地点上。在图1的设备中，所有的长丝在第一个伸长断裂区30内被随机地断裂，然后那些断裂的长丝在第二个再断裂区40里，再次被随机地断裂。具有侵略性的起动会导致在任一个断裂区内，所有长丝同时全部断裂，由此导致经过设备的纱卷绕头的损失，并产生废品。
方法参数的相互作用使得起动尤其复杂。例如，纱线的伸长断裂公差(即，没有完全断裂长丝的断裂)受到退火温度的影响，此温度在起动过程中一直变动。纱线的伸长断裂公差也随着轧辊的速度、以及在给定轧辊组内轧辊的相对速度比率贯穿整个起动过程的变化而显著变化。喷嘴的参数，尤其是操作压力，影响到纤维缠结的程度，并且卷绕参数，如卷绕张力，也影响到纱线的伸长断裂公差。
上述的观点被确信有利于提供一种计算机执行的方法，用来控制从初期到稳态的过渡(暂态)，适用于单工位或多工位的伸长断裂方法，使纱线完全断裂并浪费的可能性降至最小。可确信其进一步的优势为，根据预先设定的用于每种独立纱线的“配方”保持，能够控制方法参数。此处所用到的词“配方”是一个预先决定的操作参数的变化的次序，适用于伸长拉伸设备的每个工位中不同的促成组件。例如，一个给定的配方将规定每个轧辊速度按次序进行变化，与至少一个其他轧辊速度变化协调(即，给定轧辊组的速度比)，每个加热器或被加热轧辊的温度，相关喷嘴的操作参数(即，压力状态)和卷取器的张力，可以使得加工工位产生从停停或初始状态到稳定运转状态的过渡(暂态)。方法参数的过渡可通过分步或连续的方式进行变化。
发明内容
本发明包括计算机化的执行方法和程序，用来起动至少三个分离控制的轧辊组中的每一个，伸长拉伸方法中，这些轧辊组用于加工纱线Y。每个轧辊组包括至少两个轧辊。在本发明描述的方法中，对于每个轧辊组，每个轧辊的速度根据预先设定的次序从初始状态变化到稳定的状态，并且与其他轧辊中至少一个轧辊的速度变化相协调，因此，可使断裂方法中被加工的纱线Y的完全断裂降至最小。
本发明方法的起动次序可通过两种方式来实现。在第一种方式中，每个轧辊的速度以至少两个不连续的步骤变化，来实现轧辊组速度的稳定状态。在第二种方式中，每个轧辊的速度持续地变化到轧辊组速度的稳定状态。
预先设定的程序可由下述步骤创建a)给每个轧辊选择一个候选速度；b)验证每个轧辊的候选速度是否满足预先设定的操作标准，并且c)对于满足操作标准的速度来说，设定作为每个轧辊的速度。
根据接下来详细的描述，并结合附图，此项发明可以被更充分的理解。这些图也构成此项发明的一部分，并且图1是先前技术的多工位伸长断裂设备中的一个工位的示意图，而图1A是其改进后的示意图；图2是计算机系统及相关控制器的详细结构图，其执行本发明方法的程序，来控制每个工位；图3是图2所示计算机系统的图形用户界面生成的屏幕显示的实例；并且图4是一个表格，阐述了本发明的多步方法配方的实例。
具体实施例方式
本发明的相同附图标记表示了附图中相同的元件。
图2是控制系统110的方框图，该系统包括计算机112和相连的控制器118，用来执行本发明方法的程序，由此控制预定配方的多工位伸长断裂设备10的12A-12N工位中的每一个工位。控制系统110可通过使用标准的个人台式计算机112和一个或多个商用的可编程序逻辑控制器(PLCs)118来实施。
计算机112包括中央处理器(CPU)124，存储器126，操作者显示器128，操作者输入用的键盘142和鼠标144，输入输出界面130和被数据与控制总线连接的相关存储设备116。存储器126可被用作随机存储器(RAM)或另外合适的存储设备，并且可被分割成存储单元152A，152B，...152F。操作者显示器128包括阴极射线管(CRT)，液晶显示器(LCD)或一些其他的用来显示图形用户界面114的显示设备，凭借该显示器，操作者可利用键盘142和鼠标144与计算机112进行沟通。由图形用户界面114生成的用于单工位的可视图形，如图3所示。
合适的缆线组件120构成总线网络，使用标准总线协议来连接计算机112和每个控制器118。控制器118都包括中央控制单元118C和相关的输入输出(I/O)界面118-1，118-2，118-3，118-4，118-5。每个I/O界面被缆线组件200按次序连接至控制设备210-250。每个控制设备210-250同单工位12A-12N的促成元件分别地相对应。
如示，I/O界面118-1被连接到电机逆变器单元210，然后连接至驱动电机23，27，35，43，57。I/O界面182-2被连接至加热器控制器220，该控制器220然后被连接至加热器22H和24。I/O界面118-3被连接至喷嘴控制器230，该控制器230按次序连接至喷嘴32，36，52，54，和58。I/O界面118-4被连接至纱线供给张力控制器240，该控制器然后连接至退绕控制器19。I/O界面118-5被连接至卷取器控制器250，该控制器然后被连接至卷绕驱动器62D和卷绕器横动器62T。应该认识到可使用多信道PLC，其能够与设备10的两个或更多工位12A-12N的不同促成组件交流。
已经描述了物理组件及控制系统结构，本发明的操作方法现在可以被讨论，该方法中，特定且完全不同的方法配方被下载到控制器118，使得每个工位12A-12N独立地操作。
本发明将执行方法配方的指令存储到计算机的存储器126中。当这些指令运行时，控制系统110使得该工位进行多步程序或连续程序。
用于不同参数的预先设定操作标准表(即，运行极限)被存储在计算机存储器中。操作标准的例子是给定温度下某种纱线Y的最大允许伸长比。预先设定的操作标准可通过实验的方法，不断地改变轧辊组速度和获得的轧辊速度比率来决定，由此确定给定纱线产品的运行极限，使得能够获得期待的稳定运转状态。
给定纱线产品的配方能够被操作者开发出来。可选择用于每个操作状态的不同的候选参数。每个候选参数根据其相关的预定操作标准而选择。如果候选参数满足操作标准，那么该参数被输入到配方里。如果候选参数不满足操作状态，那么候选参数就不被输入到配方里。完成的配方，如存储段154A-154F所示，可采用传统的计算机存储技术进行保存。
因为由不同长丝(即，不同的丹尼尔或不同的材料)构成的纱线可能具有完全不同的物理特征，方法配方程序化的灵活性是很关键的。每种型号纱线或多种类型纱线的混和物，在牵伸及退火区、断裂区、再断裂区、固结区和卷绕区(图1中20-60)内有着不同的表现。在多步配方中，配方中的每一步在一个或多个区内都在增加地改变参数。每个增加的步以协调的方式改变辊速比，直到得到运行的速度。以类似的方式，连续配方逐渐增加辊速比(通过很多非常小的步骤，来增加速度)直到得到运行的速度。
通过从台式计算机112下载配方到与给定工位相关联的控制器118利用系统控制设备110，可实施本发明的方法。系统控制设备将使得多个多步或持续变化的方法配方被写成、被修改、被存储。操作者能够从存储在存储器126(或存储设备116)中的预定多步方法配方中进行选择，并下载选定的配方到同纱线加工工位(如12A)或工位群(如12A-12C)相关联的任一控制器118中。这个下载过程是从系统计算机112到指定工位的可编程序逻辑控制器(PLC)118的配方数据传输过程，因此，解放了计算机112，使其可进行其他的任务。
然后，PLC118控制相关联的电机逆变器单元210，来控制驱动电机23，27，35，43，57；加热器控制器220，来控制加热器22H和24H；喷嘴控制器230，来控制喷嘴32，36，52，54，和58；纱线供给张力控制器240，来控制退绕控制器19；和卷绕机控制器250，来控制卷绕驱动器62D和横向驱动器62T。
一旦数据被分布至同某工位相关联的选定的控制设备(210-250)，那个工位(如12A)便能够独立于系统控制设备110和其他周围的工位(如12B或12C)地运转。因为每个工位12A-12N能够用不同的多步方法配方进行潜在的运转，所以，分离的本地读出器/操作者的界面214A-214N(图1)被提供给每个工位12A-12N。这个本地读出器214能使操作者控制一个工位并监控所有独立工位的特定数据，也能显示位置和系统的错误信息。
应注意到，配方并不仅仅用于电机速度。配方也包括运转参数，如牵伸和退火区加热器温度，以及通风器、固结喷嘴和夹持辊(未显示)的压力设置。配方也可包括卷绕特定参数，如螺旋角，横动长度，纱线包压力和纱线包长度或直径。自动生头步骤也可以设置在配方中。在自动地前进到下一个程序步骤之前，通过为每一步提供特定的时间来操作，可以进行此调整。
使用由用户界面114产生的图形显示，图3中所示，可以开发新的配方。图形显示具有一些窗口，与其相关的图标能图画般地表示硬件组件。在一个配方中，每个窗口代表某一步的促成元件的操作参数。通过观察位于显示器左上角的清单，可知，十个步骤的配方能被调整出来。如果候选参数满足操作规则，参数则被加到新的配方里。如果候选参数不满足操作标准，操作者则被提示警报信号(如颜色变化或闪烁的警报)并且候选参数不能被输入到新的配方里。
多步方法的配方，如表中上部行中步骤1至6，在图4中用表格来描述。操作参数在表中左面的列里被体现出来。配方中的每一步骤可利用图形界面114被创建或修改。图3显示了对应图4配方中步骤6的操作参数。基于配方和步骤特定比率，计算过的辊速被显示出来。下一个步骤的辊速与前面的辊速配合，即用前一辊速乘以步骤特定比率。因此，输入第一个轧辊速度或最后一个轧辊速度以及所有区域比率，所有其他相关的辊速可利用轧辊组选择标准例行程序，被计算出来。
轧辊组选择标准例行程序允许轧辊组速度从轧辊1(图1中的被加热辊22)向前开始或从轧辊5(图1中的轧辊组56)向后开始计算。这使得操作者能够通过指定许多参数来设计步骤的特定配方
1)指定需要的起动速度，其他的速度被计算出来，或指定需要的终端速度，其他的速度也被计算出来；2)指定最终纱线包直径或包的长度，被输入(如果数值被输入到上述两者中，则将在运行期间获得的第一个参数成为操作参数，导致一个纱线包落筒)。
3)指定加速及减速时间，以秒为单位，参照电机的步骤特定时间来分别加速到下一个步骤速度或减速到上一个步骤速度。接下来的计算用来决定电机的频率加速度频率加速度(Hz/sec)＝(频率终-频率初)/(加速时间)此计算的精确度必须至少为0.1％(即，10-3)，因为所有轧辊必须准确地获得其最终的速度，来保持期望的比率。在牵伸及退火区、断裂区、再断裂区、固结区和卷绕区内的逐步步进的方法比率，为达到最终的加工速度的送料提供了必要张力放松。这些比率步骤导致了特定的配方，其对特定型号纱线Y为唯一的。
除了运转标准外，每个工位指定硬件的安全标准被存储在系统数据库中。安全限定条件，如最大电机速度，被输入作为系统管理功能，并且其数值被存储在系统数据库中。如果计算过的辊速下降到系统安全极限之上，操作者通过轧辊指定图标的不同图形颜色变化而被提示警告。因此在参数被输入到配方里之前，根据预定安全标准及操作标准验证选定的参数。然后，区域比率，或初始速度被调整以得到安全的辊速。
监控例行程序被固定在系统计算机112里，周期性地发布数据需求给每个工位的设备，通过总线网络120来确信机器运转的状态。如果需要日志文件可被系统计算机112创建来记录这个数据。因为同样的总线用来把配方下载到工位，所以，在配方下载期间暂时中断监控以保持数据的完整性。当配方下载完成后，监控工作重新开始。
实现该发明最好的方式已经被详细阐述，对该发明相关技术熟知的人将会认识到在所附权利要求书的范围内可进行多种多样的可选方案和设计。
权利要求
1.一种起动或停止至少两个分开控制的轧辊组中每个轧辊的方法，轧辊组用来在伸长断裂方法中加工纱线Y，每个轧辊组包括至少两个轧辊，该方法包括下述步骤对于每个轧辊组，每个轧辊的速度，根据预先设定的程序从初始状态到稳定状态的变化，并且同其他轧辊中的至少一个相协调，以致最小化在伸长断裂方法中被加工的纱线的同时全部断裂。
2.根据权利要求1中的方法，其特征在于，在至少两个分立的步骤中每个轧辊的速度变到稳定状态。
3.根据权利要求1中的方法，其特征在于，每个轧辊的速度以连续的方式变到稳定状态。
4.根据权利要求1中的方法，其特征在于，初始状态是停止的状态。
5.根据权利要求1中的方法，其特征在于，每个轧辊组包括顺序接触纱线Y的每对相邻轧辊。
6.根据权利要求1中的方法，其特征在于，在伸长断裂加工期间，纱线Y被退火，此方法还进一步包括，选择至少一个退火温度的步骤。
7.根据权利要求1中的方法，其特征在于，伸长断裂方法包括至少三个轧辊(26，34，56)，并且预先设定的次序以如下步骤来创建a)为三个轧辊中的每个都选择一个候选速度；b)根据预定的操作标准验证每个轧辊的候选速度；并且c)对于满足操作标准的速度来说，设定用作三个轧辊中的每个轧辊的速度
8.根据权利要求7中的方法，其特征在于，每个轧辊组包括顺序接触纱线Y的每对相邻轧辊。
9.根据权利要求7中的方法，其特征在于，伸长断裂方法包括至少一个喷嘴或固结设备(32，36，52)，此方法进一步包括步骤选择至少一个用于所喷嘴的操作参数。
10.根据权利要求9中的方法，其特征在于，在伸长断裂加工期间，纱线Y被退火，此方法进一步包括，选择至少一个退火温度的步骤。
11.根据权利要求9中的方法，其特征在于，喷嘴操作参数包括操作压力，并且操作压力是在至少两个分立步骤中进行选择的。
12.根据权利要求11中的方法，进一步包括步骤同轧辊中至少一个轧辊的速度变化相配合地改变用于所述两个压力步骤中的每一个的压力。
13.根据权利要求9中的方法，其特征在于，喷嘴的操作参数包括操作压力，并且操作压力选择作为连续的压力范围。
14.根据权利要求13中的方法，进一步包括步骤在所述范围内同轧辊中至少一个轧辊的速度变化协调地改变操作压力。
15.根据权利要求8中的方法，其特征在于，伸长断裂方法包括卷绕机，可运转用来收集张紧的纱线到卷绕筒上，所述方法进一步包括卷绕机施加给纱线的张力的选择步骤。
16.根据权利要求8中的方法，其特征在于，使用图形显示界面来选择候选操作速度，界面显示了所述方法的图表，并且具有用来输入操作速度的窗口。
17.根据权利要求16中的方法，其特征在于，预先设定的操作标准同每个输入的候选操作速度进行比较，比较的结果被以可视的方式显示，从而表明速度满足或超出预先设定的操作标准。
18.根据权利要求11中的方法，其特征在于，使用图形显示界面来选择候选的操作压力，界面显示了所述方法的图表，并且具有用来输入操作压力的窗口。
19.根据权利要求18中的方法，其特征在于，预先设定的操作标准同每个输入的候选操作压力比较，比较的结果以可视方式显示，从而表明压力满足或超出预先设定的操作标准。
全文摘要
用于启动或者停止至少两个单独受控的轧辊组(22，26，34，56)中的任何一个的方法，该方法用于在伸长断裂工艺中加工纱线，每个轧辊组包括至少两个轧辊，所述方法的特征在于每个轧辊组的如下步骤根据预定程序并且与其它的轧辊中的至少一个的速度的改变相协调地将每个轧辊的速度从初始状态改变为稳定状态，使得在伸长断裂工艺中正在加工的纱线(Y)的同时的整体断裂最小化。
文档编号G06F19/00GK1729321SQ200380106705
公开日2006年2月1日 申请日期2003年12月12日 优先权日2002年12月17日
发明者G·J·斯科特, J·A·佩罗托, G·E·西姆蒙德斯, R·D·布赖森, W·R·科科安, W·C·瓦克 申请人:纳幕尔杜邦公司