CN103498225A - 环锭纺细纱机工作状态的监测方法及判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种环锭纺细纱机工作状态的监测方法，其特征在于：在细纱机气圈可感测区域设置感应装置，所述感应装置感应细纱气圈回转产生的数字信号，对输出的数字信号进行分析从而判断环锭纺细纱机的工作状态。环锭纺细纱机工作状态的判断方法，通过监测输出的数字信号幅值与实际感应装置与纱线气圈距离进行标定，并根据一定时间周期内数字信号的频率及幅值最大值、最小值、平均值与设定值进行比较分析细纱机的工作状态。本发明结构简单、检查频率高、信号的特征曲线稳定；可以统计与计算气圈的大小，气圈的转速；可以综合诊断细纱机的工作状态，并进行多种故障的报警。

Description

环锭纺细纱机工作状态的监测方法及判断方法

技术领域

本发明属于纺织技术领域，特别是涉及一种环锭纺细纱机工作状态的监测方法及判断方法。

背景技术

细纱工序是纺纱过程中成纱的最后一道工序，生产效率、纱线品质、机物料消耗、能耗、用工等指标是纺织企业的生产技术水平与管理水平的体现。纺织厂细纱挡车工的一个重要职责是检查和处理细纱断纱，而其中巡回检查断纱占用了绝大部分时间。尤其是在纺深色纱线时，由于纱线颜色与环境对比度不强，断头检查更为不易。因此是否能建立一种能够适应多种环锭纺细纱生产设备条件的快速细纱断头检测、统计以及显示功能的细纱断纱检测系统是纺织企业的细纱生产管理水平能否走在世界前列的关键。为解决这一问题，环锭纺细纱断纱在线检测技术应运而生。细纱断纱在线监测技术的应用能及时监测细纱断头的状况以及实时了解断纱在细纱机各个锭位上的分布、分析断头原因，可以让管理人员有针对性地应用这些反馈信息，同时可以改善锭速制约因素、优化细纱工艺条件、优化调度挡车和维护计划等，以提高纺纱生产效率、提升产能、降低消耗、节省用工、改善品质和完善管理。

环锭纺纱断纱检测技术概念的提出已经有约三十年的历史，断纱检测技术对于纺纱生产和管理的重要性早已成为行业的一个共识，目前国内外已有一些相关的专利以及相关的应用产品报到。现有的具体实施的方案已有多种：巡回式锭子管理系统、钢丝圈运动光电扫描式细纱断纱检测系统、导纱钩纱路中纱条光路遮断细纱断头在线检测系统、导纱钩等摩擦热敏传感式断纱检测系统以及导纱钩张力位移细纱断纱检测系统等。国内外细纱断纱检测的方案如下：

已有专利、文献：

RING EXPERT系统

Ring Expert（RE）系统是瑞士Uster Technologies（乌斯特）公司的锭子专家管理系统，又称巡回式锭子管理系统。RE系统为了降低系统成本，采用了监测头巡回的工作模式。系统在细纱机每侧钢领板外侧各装一个轨道，每一个轨道上装一个检测头，左右共两个检测头，其巡回周期约为2 min。另外，依据钢丝圈运动电磁感应原理检测钢丝圈运动的细纱断纱检测系统还有Premier（印度普瑞美公司）细纱机纱锭及纺纱监测系统（Ring i或者Ringeye5000-SSM）和德国Zinser的单锭式纱线断头监视器。Ringeye5000-SSM是普瑞美公司研发的细纱机纱锭及纺纱监测系统，曾在山东、无锡试用，并取到了断纱检测系统应用基本资料。（参考文献：[1]专利申请号：200880121250.3. [2] 乌斯特RingTechnData技术报告，2011.）

RE系统提供的机台和区段两级警示装置，引导挡车工操作，减少挡车工的工作量。RE系统的软件部分可以根据用户自定义设置显示和报警门限，系统提供机台和单个锭位的纺纱长度、重量和效率等产量信息，同时提供断头及其特征（包括始纺断纱、正常断纱、维修断纱、空锭和滑锭）的质量信息。Ringeye5000将锭子监测系统、断头指示、断头自动控制和生产监测系统整合为一体，由软件包Panoramill组成了纺纱生产管理系统。RE的巡回式监测头的钢丝圈电磁感应监测方案比较便于在原有细纱机上加装，目前看来是一种性价比较高的配置。RE系统由于要在纲领板外侧加装轨道，因而不太适于加装在自动集体落纱的细纱机。同时，该系统的巡回周期长，响应速度低，完全不能适应现有的高速要求。

Individual Spindle Monitoring系统

Individual Spindle Monitoring（ISM）是瑞士Rieter（立达）公司开发的基于钢丝圈光电扫描的细纱单锭管理系统。ISM系统的基本原理是利用特定频率的光束跟踪钢丝圈在纲领上运动特性，从而获取钢丝圈运动信息，并通过光电转换得到钢丝圈运转频率信号，经机台计算机运算判断纺纱系统是否正常。同时将钢丝圈的运动信息与细纱机的其他工艺参数融合后分级、分组、分段指示或报警纺纱设备的工作状态，这些信息包括断头及其频数、断头对应卷装位置、断头期间、锭速、运转效率、输出长度和产量等与生产管理相关的数据。

ISM系统采用了单锭式配置，即在每个锭位的外侧钢领板上固定一套监测头，一套监测头对应一个锭位。由于整个系统中不存在运动部件，因而没有磨损、工作可靠、可为锭位管理提供实时数据。单锭监测头可以监测各锭位的实时运行数据，ISM系统同时配置了相应生产管理软件，可以实现机台、分段和锭位三级警示引导挡车操作，减少正常巡回挡车工作量。

系统虽然采用数字光束可以消除环境光的影响和干扰，但该系统在基本原理上仍然存在不可回避的问题。比如光束通道被飞花阻挡时，系统会产生误动作。安装过程中需要在机器的纲领板上打孔，其通用性问题有待解决，因此仅在新购买的设备上使用。该系统相对于监测头巡回式的配置，单锭式配置成本较高。ISM已经在湖北、河南以及苏州地区已有部分厂家在示范车间应用。（参考文献：[1] 龚羽，倪远.环锭细纱机纺纱断头监测技术现状与发展评析[J].纺织导报，2012, 6:100. [2]立达公司ISM技术发展报告，2012.）

Spin Master Monitoring System细纱断纱检测系统

Spin Master Monitoring System (SMS) 细纱断纱检测系统包括比利时巴可公司细纱断纱检测系统及其软件包，该系统利用导纱钩纱条光路遮断原理检测断纱的单锭式细纱断纱检测系统。该系统同时检测纺纱断头、气圈速度和纱条直径。Spin Master Monitoring System检测管理软件具有断纱与运转效率分析、锭速及其优化、操作与维护引导和粗纱停喂等配套功能。同时还具有所有纺纱断头监测方案中独具的纱条直径在线监测功能，提取纱条直径信息，通过机台计算机处理，进行整机各锭位纱条直径及其不匀率、纱疵等在线监测和分析，最终构成纱线的在线质量控制系统。

上海太平洋机电有限公司提出了一种在导纱钩下方设置光电传感监测头的断纱检测方案并申请专利（申请号为：200520045862.2），该系统的断纱检测装置的细纱导纱器由一个导纱板和一个压紧板构成，压紧板设置在导纱板上，压紧板与导纱板通过螺钉连接固定，在导纱板和压紧板之间固定设置有一个导纱钩，导纱板的一端设置有一个凹形缺口，导纱钩设置在凹形缺口的上方，凹形缺口的两侧内设置有光电传感元件，导纱板的另一端通过销轴连接有一个导纱板架。正常纺纱时，细纱通过导纱钩绕到细纱机的筒管上。当细纱断头时，导纱钩内无细纱通过，导纱板凹形缺口两侧的光电传感元件立即发出断纱信号，断纱信号通过导线传递到控制器。该系统仅仅可以检测细纱是否断头，无法检测细纱气圈的工作状态。

同时，上海太平洋机电有限公司也提出导纱钩摩擦热敏传感监测方案的申请专利（申请号：02265359.7）。系统由热敏元件为一次元件构成的传感器及与传感器相连接的信号处理器，传感器设置于细纱机纺纱时摩擦起热的部位，包括纱线与导纱钩、钢领与钢丝圈接触的部位，纱线断头后，这一部位的温度下降，传感器将温度值变换为电信号送至信号处理器。由于材料温度变化的惰性较大，信号处理器一般需要 8~16 s才能发出信号提示，因而该方法检测的系统响应差，且灵敏度较大，并受工况环境的影响较大。利用热敏传感器的监测方法因热惰性大，监测灵敏度低，系统响应差，并受工况环境的影响较大。该方案也未见实际应用。

导纱钩张力位移监测断头系统（申请号：201110236299.7）提出一种环锭纺纱机的断纱气动处理装置，系统利用纺纱纱条在导纱钩上的纺纱张力抵抗装置中的弹簧力推动导纱钩位移，断头发生后弹簧力和磁力使导纱钩复位并打开气路阀门，并由气缸推动铲纱器停喂粗纱。该系统主要由机械机构和气动机构结合而成，因此结构比较复杂、投资成本高，维护难度大且需要气源。在纺纱生产多锭位和不良工况下，气压的稳定性难以保证，因此系统难以灵敏、稳定和可靠地运行。

Ring Route是由江南大学纺织服装学院提出的细纱断纱检测系统，并申请了专利（申请号：201210413236.9）。该系统以国产主流的上海二纺机EJM128型细纱机为基础，研发了单锭式细纱断纱检测系统，其模型如图1所示，该方法仅用于检测钢丝圈的信号的变化特性。（参考文献：刘基宏，徐阳，宋晓亮，环锭纺细纱断纱在线检测的发展状况，棉纺织工业，2013年第1期，59-65页）

在环锭纺的过程中，纱线会形成气圈。所谓气圈，是指纱线在加捻点与握持点之间回转时所形成的几何旋转面。气圈曲线就是纱线的运动轨迹。如图1、2所示，图中的参数h指气圈高度，r指钢领半径。图中描绘了两条形态迥异的气圈曲线，气圈就是由这样的曲线绕Z轴回转形成的回转曲面。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷提供一种结构简单，反应灵敏，能够判断多种工作状态的环锭纺细纱机工作状态的监测方法及判断方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

环锭纺细纱机工作状态的监测方法，其特征在于：在细纱机气圈纱路上设置感应装置，所述感应装置感应细纱气圈转动产生的数字信号，对输出的数字信号进行分析从而判断环锭纺细纱机的工作状态。

优选的：所述感应装置为光电检测装置。

其进一步特征在于：所述感应装置感应到的数字信号经过滤波、放大后输出模拟信号作为判断环锭纺细纱机的工作状态的依据。

环锭纺细纱机工作状态的判断方法，其特征在于：根据上述环锭纺细纱机工作状态的监测方法所输出的数字信号幅值与实际感应装置与纱线气圈距离进行标定，并根据一定时间周期内数字信号的频率及幅值最大值、最小值、平均值与设定值进行比较诊断细纱机的11种工作状态：三角区的纤维须条与卷绕端不连续，锭子打滑，锭位需加油，龙带过松或重锤脱落，钢丝圈过重，钢丝圈过轻，粗纱的定量偏重，粗纱的定量偏轻，有棉结、飞花，导纱钩偏心，喇叭口偏心；

数字信号频率即为纱线气圈回转速度，当数字信号频率为0，对应的工作状态为断纱；

当纱线的气圈回转速度的最大值、最小值或平均值小于设定值时，则对应的工作状态为锭子打滑，锭位需加油，龙带过松或重锤脱落；

当数字信号幅值最大值超过设定值时，表明纱线的气圈距离过大，即气圈过小，对应的工作状态为细纱机的钢丝圈过重或粗纱的定量偏小；

当数字信号幅值最小值低于设定值时，表明纱线的气圈距离过小，即气圈过大，对应的工作状态为细纱机的钢丝圈过轻，钢丝圈磨损严重或粗纱的定量偏大，有棉结、飞花；

当数字信号幅值平均值高于设定值时，表明纱线的气圈距离过大，即气圈过小，对应的工作状态为细纱机的钢丝圈过重，粗纱的定量偏小，导纱钩偏心或喇叭口偏心；

当数字信号幅值平均值低于设定值时，表明纱线的气圈距离过小，即气圈过大，需检查问题包括细纱机的钢丝圈过轻，钢丝圈磨损严重，粗纱的定量偏大，有棉结、飞花，导纱钩偏心，喇叭口偏心；

对上述数据进行综合与统计分析，得到细纱机的整机工作状态。

本发明的监测方法和判断方法具有下述优点：

1、检查频率高：一个检查周期小于1秒；

2、由于检查头安装在气圈的纱路上，信号的特征曲线稳定；

3、可以统计与计算气圈的大小，气圈的转速；

4、可以综合诊断细纱机的工作状态。

5、多种报警形式：断纱报警，锭子打滑报警，锭位缺油报警、粗纱定量超限报警。

附图说明

图 1 、2为本发明气圈示意图。

图 3 为本发明装置结构示意图。

图 4 为信号处理电路示意图。

图 5 为本发明硬件原理图。

图 6 为输出数字信号波形示意图。

具体实施方式

如图3所示一种优选的实施方式，由发光管和光电接收器组成的光电检测装置1安装在导纱钩上。对应于每一个管纱线圈的发光管和光电接收器件的探头安装在细纱机的气圈纱路2上。探头发光管发射中心轴线与光电接收器件的接收中心轴线交点位于纱路中的纱线的气圈上面，因此纱线的气圈作为反射面，当发光管和光电接收器件工作时，在纱线的气圈经过发光管与光电接收器件交点时，使光电接收器件接收到的光线，并经过如图4所示的电路对信号处理。形成的纱线的气圈信号经过滤波电路、放大电路得到一个纱线的气圈的模拟信号、比较电路处理，最后将矩形波信号送入数字信号处理装置。

而当纱线的气圈不在发光管与光电接收器件交点时，光电接收器件接收到光线。

由于锭子是按一定的速度带动纱管转动，并通过纱线带动钢丝圈按一定速度回转，故光电接收器件能不断检测到纱线的气圈的反射光线，而得到纱线的气圈回转的数字信号。

当纱线断后，由于纱线的气圈随之消失，故光电接收器件不能检测到的光通量变化，从而可迅速检测到细纱已经发生断纱。

数字信号处理装置：

实现对钢丝圈监测，需要对钢丝圈信号进行捕捉、处理、判断、预警指示硬件原理如图5所示。

将采集各自对应的纱线的气圈数字变化信号输入至处理电路，经处理电路处理后提供给中央处理单元或数字检测单元，可准确得到纱线的气圈信号，如图6所示。

由单片机的软件分析和处理得到纱线的气圈回转的模拟信号，并换算为纱线的气圈与检测元件之间的距离信号。单片机的软件根据设定对纱线的气圈回转的距离进行统计，并根据一定时间周期内纱线的气圈距离的最大值、最小值、平均值分析细纱机的工作状态。

1、当最大值超过设定值时，表明纱线的气圈距离过大，即气圈过小，需检查问题包括细纱机的钢丝圈过重，粗纱的定量偏小。

2、当最小值低于设定值时，表明纱线的气圈距离过小，即气圈过大，需检查问题包括细纱机的钢丝圈过轻，钢丝圈磨损严重，粗纱的定量偏大，有棉结、飞花。

3、当平均值高于设定值时，表明纱线的气圈距离过大，即气圈过小，需检查问题包括细纱机的钢丝圈过重，粗纱的定量偏小，导纱钩偏心，喇叭口偏心。

4、当平均值低于设定值时，表明纱线的气圈距离过小，即气圈过大，需检查问题包括细纱机的钢丝圈过轻，钢丝圈磨损严重，粗纱的定量偏大，有棉结、飞花，导纱钩偏心，喇叭口偏心。

5、对上述数据进行综合与统计分析，可以得到细纱机的整机工作状态。

由单片机的软件分析和处理得到纱线的气圈回转的频率，并换算为纱线的气圈回转的速度。单片机的软件根据设定对纱线的气圈回转的速度进行统计，并根据一定时间周期内纱线的气圈回转速度的最大值、最小值、平均值分析细纱机的工作状态。

1、当单片机判断处理后的纱线的气圈回转变化信号消失时，即无纱线的气圈回转信号，对应于细纱断纱状态，则输出断纱信号并通过报警器报警。

2、当单片机判断处理后的纱线的气圈回转速度的最大值、最小值或平均值小于设定值时，需检查问题包括锭子打滑，锭位需加油，龙带过松，重锤脱落。

3、对上述数据进行综合与统计分析，可以得到细纱机的整机工作状态。

Claims (4)

1.环锭纺细纱机工作状态的监测方法，其特征在于：在细纱机气圈纱路上设置感应装置，所述感应装置感应细纱气圈转动产生的数字信号，对输出的数字信号进行分析从而判断环锭纺细纱机的工作状态。

2.根据权利要求1所述的环锭纺细纱机工作状态的监测方法，其特征在于：所述感应装置为光电检测装置。

3.根据权利要求1或2所述的环锭纺细纱机工作状态的监测方法，其特征在于：所述感应装置感应到的数字信号经过滤波、放大后输出模拟信号作为判断环锭纺细纱机的工作状态的依据。

4.环锭纺细纱机工作状态的判断方法，其特征在于：根据上述环锭纺细纱机工作状态的监测方法所输出的数字信号幅值与实际感应装置与纱线气圈距离进行标定，并根据一定时间周期内数字信号的频率及幅值最大值、最小值、平均值与设定值进行比较，诊断细纱机的11种工作状态：三角区的纤维须条与卷绕端不连续，锭子打滑，锭位需加油，龙带过松或重锤脱落，钢丝圈过重，钢丝圈过轻，粗纱的定量偏重，粗纱的定量偏轻，有棉结、飞花，导纱钩偏心，喇叭口偏心；

（1）数字信号频率即为纱线气圈回转速度，当数字信号频率为0，对应的工作状态为三角区的纤维须条与卷绕端不连续；

（2）当纱线的气圈回转速度的最大值、最小值或平均值小于设定值时，则对应的工作状态为锭子打滑，锭位需加油，龙带过松或重锤脱落； 

（3）当数字信号幅值最大值超过设定值时，表明纱线的气圈距离过大，即气圈过小，对应的工作状态为细纱机的钢丝圈过重或粗纱的定量偏小；

（4）当数字信号幅值最小值低于设定值时，表明纱线的气圈距离过小，即气圈过大，对应的工作状态为细纱机的钢丝圈过轻，钢丝圈磨损严重或粗纱的定量偏大，有棉结、飞花；

（5）当数字信号幅值平均值高于设定值时，表明纱线的气圈距离过大，即气圈过小，对应的工作状态为细纱机的钢丝圈过重，粗纱的定量偏小，导纱钩偏心或喇叭口偏心；

（6）当数字信号幅值平均值低于设定值时，表明纱线的气圈距离过小，即气圈过大，需检查问题包括细纱机的钢丝圈过轻，钢丝圈磨损严重，粗纱的定量偏大，有棉结、飞花，导纱钩偏心，喇叭口偏心；

（7）对上述数据进行综合与统计分析，得到细纱机的工作状态；包括分析単锭故障，整机故障，工艺设计以及设备保全工作状态。

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