CN104828645A - 纱线超喂张力控制装置及其测试方法、及张力控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纱线超喂张力控制装置，它包括壳体；壳体内设置有一空腔；空腔内安装有一电路板；电路板设置有一用于控制纱线缠绕张力的张力控制器；空腔上部设置有一上层板；上层板上设置有一纱线缠绕机构；壳体还设置有一用于纱线输出的通线孔；导纱筒连接有一恒定转速的主轴卷绕电机；导纱筒表面设有实现纱线横向往复走向的导纱槽；纱芯连接有一纱线卷绕机。本发明还公开了一种纱线超喂张力控制装置的测试方法以及一种纱线超喂张力控制系统。本发明它精度、灵敏度高，可保持纱线张力的基本恒定；实现该工作的稳定性和考虑实际生产中的便捷性；有效提高了管理效率、方便生产，实现了集群化生产和管理，大大提高了生产效率。

Description

纱线超喂张力控制装置及其测试方法、及张力控制系统

技术领域

本发明涉及纺织领域，特别是一种纱线超喂张力控制装置及其测试方法、及张力控制系统。

背景技术

在纺织行业中，纱线的张力是反映纱线质量的一个重要因素。张力不仅与纱线断头、设备效率有关，还与织物质量以及生产中各项工序及工艺参数的配置有关。张力的大小和稳定性直接关系到产品质量、生产效率及后续加工是否能顺利进行。目前，纱锭的二次绕线非常普遍，在许多织布厂小批量染线过程中使用。二次绕线时，使用的恒速卷绕方法是很经典的控制方法。使用这种简单的控制方法时，随着卷筒线径的增加，被卷绕的纱线张力会发生变化，导致卷绕后的纱锭上的纱线内松外紧，不利于后续浸染工序，难以使染料均匀地与纱线接触，从而使得纱线的染色质量下降。同时，由于纱线卷绕过程中张力的不稳定，在染色后的纺织工艺过程中，用松紧不一的筒纱织出来的布，其表面存在凹凸不平的现象，这又降低了布匹的质量。因此，保证纱线卷绕过程中张力稳定是提高纱线染色均匀性及布匹平整度的关键。

影响纱线张力控制主要有以下因素。

（1）在纱线卷绕过程中，纱线通过导纱筒实现横向的摆动缠绕到纱芯上，由于纱芯呈锥台形状，因此在摆动缠绕过程中，纱芯的半径在不断的作周期性的改变，将最终导致纱线的张力做周期性变化。

（2）在纱线卷绕过程中，纱芯的半径将逐渐的增大，由于主轴卷绕电机的转速恒定，因此单位时间缠绕在纱芯上的纱线长度将增大，假设不增大超喂电机的转速，将导致纱线张力不断的增大。

（3）主轴卷绕电机的转速，影响张力变化的频率；除此之外，纱线张力的变化还受一些其它非主要因素的影响。

发明内容

本发明的目的是：提供一种纱线超喂张力控制装置，它能够根据测定的纱线张力值控制无刷直流电机的转速，以达到改变单位时间内纱线的喂给量，实现纱线卷绕张力的恒定。

本发明的另一个目的是：一种纱线超喂张力控制装置的测试方法。

本发明的另一个目的是：一种纱线超喂张力控制系统，它能够对需要相同张力的纱线进行分组管理，从而实现纱线卷绕张力的集群控制。

本发明的纱线超喂张力控制装置的技术方案是：一种纱线超喂张力控制装置，它包括壳体；所述壳体内设置有一空腔；所述空腔内安装有一电路板；所述电路板设置有一用于控制纱线缠绕张力的张力控制器；所述空腔上部设置有一上层板；所述上层板上设置有一纱线缠绕机构；所述壳体还设置有一用于纱线输出的通线孔；

所述纱线缠绕机构在所述上层板上依纱线输送方向按次设有一前罗拉、一超喂卷筒、一后罗拉组、一导纱筒以及一纱芯；

所述导纱筒连接有一恒定转速的主轴卷绕电机；所述导纱筒表面设有实现纱线横向往复走向的导纱槽；所述纱芯连接有一纱线卷绕机；

所述张力控制器包括

一无刷直流电机，所述超喂卷筒固定于所述无刷直流电机的转轴上；所述无刷直流电机用于控制单位时间内的进纱量；

一电机驱动模块，所述电机驱动模块用于驱动所述无刷直流电机；

一张力传感器，所述壳体侧边在与所述后罗拉组相对应的设置有一侧边槽，所述张力传感器设于侧边槽内；所述张力传感器用于测定后罗拉组上的纱线张力值；

一数模转换模块，所述数模转换模块连接于所述张力传感器；所述数模转换模块用于将所述张力传感器测定的纱线张力值进行数模转换以及用于传递数模转换后的纱线张力值；

一MCU控制器，所述MCU控制器用于接收所述数模转换模块传递至的纱线张力值；所述无刷直流电机通过所述电机驱动模块连接于所述MCU控制器，所述MCU控制器用于根据所述数模转换模块传递至的纱线张力数据控制所述无刷直流电机的转速；

一电源，所述电源用于给所述张力控制器供电。

下面对上述技术方案进行进一步解释：

所述张力控制器还包括一温度传感器，所述温度传感器用于实时监测所述无刷直流电机的工作环境温度以及将监测到的工作环境温度传送至所述MCU控制器；当工作环境温度超过预设的阀值时，所述MCU控制器将发出对应的控制指令。

所述张力控制器还包括一触摸式液晶显示器以及一复位按钮。

所述壳体还包括一可沿所述壳体的一侧边翻转的上盖；所述壳体外连接有一固定件，所述固定件为“U”形或“L”形。

所述张力控制装置还包括至少一纱线预紧盘。

所述张力控制器还包括一程序下载模块。

所述张力控制器还包括密码设置模块。

本发明的纱线超喂张力控制装置的测试方法的技术方案是：一种纱线超喂张力控制装置的测试方法，它包括以下步骤，

S01：开始，系统初始化；

S02：进入功能选择界面；

S03：对张力传感器进行校准，对纱线的张力进行设定，进入测试；

S04：判断温度传感器对无刷直流电机的工作环境温度的测试时间是否已到，若已到，则进入步骤S05；若没到，则进入步骤S06；

S05：测试无刷直流电机的工作环境温度，判断温度值：若测定的温度值小于或等于预设的温度值，则进入步骤S06；若测定的温度值大于预设的温度值则进入步骤S10；

S06：利用张力传感器获取当前纱线的张力值；

S07：MCU控制器根据张力传感器获取的纱线张力值对无刷直流电机输出控制信号；

S08：触摸式液晶显示器显示系统参数；

S09：判断是否退出，若不退出，则返回步骤S04；若退出，则进入步骤S10；

S10：退出。

所述步骤S01与步骤S02之间还包括以下步骤，

S11：输入进入密码，判断密码是否正确，若正确，则进入步骤S02；若不正确，则重新出入密码。

本发明的纱线超喂张力控制系统的技术方案是：一种纱线超喂张力控制系统，它包括至少一组张力控制装置、一无线协调器以及一远程控制中心；同一组所述张力控制装置配备以相同的张力参数；每一组所述张力控制装置设置有一无线通信模块，所述无线通讯模块信号连接于所述无线协调器，每一组所述张力控制装置通过所述无线通讯模块与无线协调器连接于所述远程控制中心；所述远程控制中心通过所述无线通讯模块与无线协调器对每一组所述张力控制装置进行集体控制。

本发明的优点是：本发明的纱线超喂张力控制装置及其测试方法，它精度、灵敏度高，可保持纱线张力的基本恒定；精简了纱线横向摆动机构，使得装置更加实用方便；增加了图形显示界面，具有更好的视觉操作效果；实现了该工作的稳定性和考虑实际生产中的便捷性；本发明的纱线超喂张力控制系统，它可有效提高管理效率、方便生产，实现了集群化生产和管理，大大提高了生产效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明实施例的张力控制装置的立体示意图。

图2为本发明实施例的张力控制装置的主要部件关联示意图。

图3为本发明实施例的张力控制器模块结构示意图。

图4为本发明实施例的张力控制装置的测试方法流程图。

图5为本发明实施例的张力控制系统示意图。

图6为本发明实施例的导纱筒的正面示意图。

图7为本发明实施例的导纱筒的立体示意图。

图8为本发明实施例的模糊控制算法流程图。

其中：10 壳体；      11 上盖；     12 通线孔；     13 上层板；             

20 前罗拉；          21 超喂卷筒；         22 后罗拉组；

23 导纱筒；          24 导纱槽；           25 主轴卷绕电机；

26 纱线预紧盘；       27纱芯；             28固定件；

30 无刷直流电机；     31 电机驱动模块；     32 张力传感器；

33 数模转换模块；    34  MCU控制器；       35 电源；            

36 温度传感器；      37 触摸式液晶显示器；   38 程序下载模块；    

39 密码设置模块；      40 无线协调器；      41 无线通讯模块；

42远程控制中心。

具体实施方式

实施例1：如图1、图2所示，一种纱线超喂张力置，它包括壳体10。

壳体10的一端为半圆形，半圆形一端的端头连接有一固定件28，固定件28为“U”形或“L”形。壳体10在半圆形一端的相对端还设置有一用于纱线输出的通线孔12。

壳体10还包括一可沿所述壳体10的一侧边翻转的上盖11。上盖11与壳体10半圆形对应的一端设置为内圆弧形。所述空腔上部设置有一上层板13；上层板13上设置有一纱线缠绕机构。

所述纱线缠绕机构在上层板13上依纱线输送方向按次设有一前罗拉20、一超喂卷筒21、一后罗拉组22、一导纱筒23。导纱筒23设置于通线孔12处的纱线输出端。导纱筒23连接有一恒定转速的主轴卷绕电机25。纱线缠绕机构还包括至少一纱线预紧盘26。

壳体10内设置有一空腔；空腔内安装有一电路板；所述电路板设置有一用于控制纱线缠绕张力的张力控制器。

如图3所示，张力控制器包括以下部件或模块。

一无刷直流电机30，超喂卷筒21固定于无刷直流电机30的转轴上；无刷直流电机30用于控制单位时间内的进纱量。

一电机驱动模块31，电机驱动模块31用于驱动无刷直流电机30。

一张力传感器32，壳体10侧边在与后罗拉组22相对应的设置有一侧边槽，张力传感器32设于侧边槽内；张力传感器32用于测定后罗拉组22上的纱线张力值。

一数模转换模块33，数模转换模块33连接于张力传感器32；数模转换模块33用于将张力传感器32测定的纱线张力值进行数模转换以及用于传递数模转换后的纱线张力值。

一MCU控制器34，MCU控制器34用于接收数模转换模块33传递至的纱线张力值；无刷直流电机30通过电机驱动模块31连接于MCU控制器34， MCU控制器34用于根据数模转换模块33传递至的纱线张力数据控制无刷直流电机30的转速。

本实施例的MCU控制器34采用ARM微控制器以保证最大的通用性，即针对纱线不同的工作条件，它能够编程参数。此外，全数字技术使得它可以对张力控制装置的无刷直流电机30进行一系列的极为精密的控制（如吸收电流、速度、扭矩、电机的角度位置等等）。

一电源35，电源35用于给张力控制器供电。

张力控制器还包括一温度传感器36、一触摸式液晶显示器37以及一复位按钮。触摸式液晶显示器37为LCD液晶显示器。

为了实现该装置工作的稳定性和考虑实际生产中的便捷性，在该控制器中增加温度检测的功能，实时监测无刷直流电机30工作的环境温度，当温度查过一定范围是，将产生报警信息或停止工作。

温度传感器36用于实时监测无刷直流电机30的工作环境温度以及将监测到的工作环境温度传送至MCU控制器34；当工作环境温度超过预设的阀值时，MCU控制器34将发出对应的控制指令。

由于张力控制器在工作过程中，无刷直流电机30一直处于速度改变的状态，因此无刷直流电机30发热将会影响整个张力控制器的正常工作。故在该张力控制器中，增加无刷直流电机30的温度检测的功能。当无刷直流电机30的工作环境温度超过电机工作温度的阈值时，张力控制器将报警或停止工作，实现张力控制器的可靠工作。

温度传感器36能根据室温的不同自动适应。此外，操作者还可按复位按钮来随时显示张力控制装置的内部温度。因为温度的过分增高可能导致整个装置使用的不正常。为此，张力控制装置内装的软件要连续不断地监测其内部温度。当此温度超过设定值时，会在触摸式液晶显示器37上显示一条报警信息，并置STOP输出信号有效。张力控制器还包括一程序下载模块38。

采用触摸式液晶显示器37，实现图形操作界面，可视化操作，使操作界面形象化，能与控制系统完美结合，实现所见即所得的触摸操作感觉。

张力控制器还包括密码设置模块39，当工作人员进入操作界面时，需要登录密码。

目前，在纱线张力控制的应用场合中，根据是否有主动喂线功能将纱线张力控制器分为被动式和主动式两种。

被动式则主要通过各种手段以改变纱线与装置之间的摩擦力来控制纱线的张力，这种方式控制简单、控制精度相对较高，但最大的缺点就是摩擦会影响纱线的性能。

主动式超喂纱线张力控制器，该类型的纱线张力控制器可根据需求进纱量的多少自动的控制进纱量，从而实现纱线张力的基本恒定。

保证纱线张力基本恒定的最简单办法就是根据纱线的需求量及时根据设定张力值的大小改变送纱量，即不断改变无刷直流电机30与主轴卷绕电机25的传动比。本实施例提出的这种方案能够满足这方面的要求。

本实施例提出一种简单的张力检测原理实现对纱线张力的检测，该方法具有精度高，灵敏度高等特点，从而可有效降低张力控制器的成本。

如图6、图7所示，本实施例的装置与大多纱线张力控制器相比没有纱线横动装置，在纱线缠绕的过程中，纱线的往复横向的摆动是由导纱筒23来实现，导纱筒23的作用主要是实现在卷绕过程中纱线够横向摆动，主要是为了卷绕的纱线美观，具有一定的缠绕规律。其结构主要是在圆柱的导纱筒23的表面上开有一定规则的导纱槽24，导纱槽24为螺旋线槽，纱线顺着螺旋线槽的走势即可实现该功能。本实施例中提出的导纱筒23就具备这样的功能，在圆柱体导纱筒的表面上切割出一定的导纱槽24，导纱槽24的走向是沿着一定规律的左右旋螺旋线，这样即可以实现一个封闭的槽，纱线顺着导纱槽24的走向即可实现横向往复摆动。

本实施例的张力控制装置具备主动送线功能。其中，主轴卷绕电机25带动导纱筒23实现纱线的二次绕组，导纱筒23表面有导纱槽24可实现纱线的横向往复摆动。张力传感器32主要用于实时检测纱线张力值，MCU微控制器根据获取的实时张力值通过一定的控制算法不断改变无刷直流直流电机的转速，从而保证纱线张力值基本恒定在设定值范围内。

如图8所示，在本实施例的实际操作中，由于在数字式控制系统中常用的控制算法是数字PID控制算法。对大多数控制对象，采用数字PID控制均可达到满意的控制效果。但是对于有特殊要求或具有复杂对象特性的控制系统，若采用数字PID控制，则很难达到目的，在这种情况下，需要采用智能控制方法。已知影响纱线张力控制系统的因素非常多，可知该系统是一个非线性系统。因此，很难建立该系统的数学表达式，采用传统的数字PID就很难达到预期的效果。本文采用模糊控制的算法，而采用模糊控制不需要建立非常精确地数学表达式，只需要了解张力的控制的基本原理，即可实现预期的效果。

在使用过程中，纱线首先经过纱线预紧盘26；再沿超喂滚筒（或送砂轮）绕若干圈，只要保证纱线不要沿着送纱轮圆周打滑即可。

之后，将纱线绕过几个罗拉以防止无刷直流电机30在加减速的过程中纱线产生剧烈的抖动，之后将纱线穿过张力传感器32，再经过导纱筒23后即可将纱线绕至纱芯27上。

在工作过程中，当主轴卷绕电机25上电之后，纱芯27上的纱线绕线机已经开始工作，此时张力控制器也已经上电，但是张力控制器需要延时几秒钟启动，因为无刷直流电机30启动速度很大，如果主轴卷绕电机25不能运行稳定就会造成断纱或送纱量过大，待主轴卷绕电机25真正启动后张力控制器立即启动实现纱线张力的控制。

在停止工作时，应先关闭张力控制器，再关闭纱芯27上的纱线绕线机。否则会导致纱线不断的缠绕在送纱轮上。

实施例2，如图4所示，一种纱线超喂张力控制装置的测试方法，它包括以下步骤。

S01：开始，系统初始化。

S02：进入功能选择界面。

所述步骤S01与步骤S02之间还包括以下步骤。

S11：输入进入密码，判断密码是否正确，若正确，则进入步骤S02；若不正确，则重新出入密码。

S03：对张力传感器32进行校准，对纱线的张力进行设定，进入测试。

S04：判断温度传感器36对无刷直流电机30的工作环境温度的测试时间是否已到，若已到，则进入步骤S05；若没到，则进入步骤S06。

S05：测试无刷直流电机30的工作环境温度，判断温度值：若测定的温度值小于或等于预设的温度值，则进入步骤S06；若测定的温度值大于预设的温度值则进入步骤S10。

S06：利用张力传感器32获取当前纱线的张力值。

S07：MCU控制器34根据张力传感器32获取的纱线张力值对无刷直流电机30输出控制信号。

S08：触摸式液晶显示器37显示系统参数。

S09：判断是否退出，若不退出，则返回步骤S04；若退出，则进入步骤S10。

S10：退出。

首先是系统初始化，之后进入密码验证功能界面，密码验证功能所有设置的参数仅可由某个被授权的、了解此密码的人来修改，以防止不明人员的误操作系统。密码验证成功之后，进入功能选择界面，主要有传感器校准功能、张力设定功能以及测试功能。当传感器不准确时需要进入传感器校准功能，对张力传感器32重新校准。

实施例3，如图5所示，一种纱线超喂张力控制系统，它包括至少一组张力控制装置、一无线协调器40以及一远程控制中心42。

同一组所述张力控制装置配备以相同的张力参数；每一组所述张力控制装置设置有一无线通信模块，无线通讯模块41信号连接于无线协调器40。

每一组所述张力控制装置通过无线通讯模块41与无线协调器40连接于远程控制中心42；远程控制中心42通过无线通讯模块41与无线协调器40对每一组张力控制装置进行集体控制。

在每台装置中嵌入无线通讯模块41，无线通讯模块41为WiFi模块或者为RS232通信模块，以实现装置的远程操作与控制，方便管理。

在实际应用中为了便于生产管理的考虑，将各纱锭采用分组管理的方式进行管理，对于不同机组的纱锭可能设定的张力设定值不同，因此，将各纱锭分组管理可方便系统参数的设定。

需要改变某一机组的张力设定值时，只需要从远程控制中心42发送机组编号、张力设定值时，通过无线传输技术相应机组的张力设定值就会被设定。这样可有效提高管理效率、方便生产。

通过无线数据传输技术实现自动实现自组局域网络，使得一台（套）或具有相同参数设置的一批设备，通过设定自动组成无线网络。通过无线网络实现参数设定的同步调整和改变，使得任何参数的变动可以在一个站点上统一实现。数据将首先在同一个局域网中实现传输并调整，然后再在相邻的局域网中进行传输设置，确保使用方便、准确、可靠。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (10)

1.一种纱线超喂张力控制装置，其特征在于：它包括壳体；所述壳体内设置有一空腔；所述空腔内安装有一电路板；所述电路板设置有一用于控制纱线缠绕张力的张力控制器；所述空腔上部设置有一上层板；所述上层板上设置有一纱线缠绕机构；所述壳体还设置有一用于纱线输出的通线孔；

所述纱线缠绕机构在所述上层板上依纱线输送方向按次设有一前罗拉、一超喂卷筒、一后罗拉组、一导纱筒以及一纱芯；

所述导纱筒连接有一恒定转速的主轴卷绕电机；所述导纱筒表面设有实现纱线横向往复走向的导纱槽；所述纱芯连接有一纱线卷绕机；

所述张力控制器包括

一无刷直流电机，所述超喂卷筒固定于所述无刷直流电机的转轴上；所述无刷直流电机用于控制单位时间内的进纱量；

一电机驱动模块，所述电机驱动模块用于驱动所述无刷直流电机；

一张力传感器，所述壳体侧边在与所述后罗拉组相对应的设置有一侧边槽，所述张力传感器设于侧边槽内；所述张力传感器用于测定后罗拉组上的纱线张力值；

一数模转换模块，所述数模转换模块连接于所述张力传感器；所述数模转换模块用于将所述张力传感器测定的纱线张力值进行数模转换以及用于传递数模转换后的纱线张力值；

一MCU控制器，所述MCU控制器用于接收所述数模转换模块传递至的纱线张力值；所述无刷直流电机通过所述电机驱动模块连接于所述MCU控制器，所述MCU控制器用于根据所述数模转换模块传递至的纱线张力数据控制所述无刷直流电机的转速；

一电源，所述电源用于给所述张力控制器供电。

2.根据权利要求1所述的纱线超喂张力控制装置，其特征在于：所述张力控制器还包括一温度传感器，所述温度传感器用于实时监测所述无刷直流电机的工作环境温度以及将监测到的工作环境温度传送至所述MCU控制器；当工作环境温度超过预设的阀值时，所述MCU控制器将发出对应的控制指令。

3.根据权利要求1所述的纱线超喂张力控制装置，其特征在于：所述张力控制器还包括一触摸式液晶显示器以及一复位按钮。

4.根据权利要求1所述的纱线超喂张力控制装置，其特征在于：所述壳体还包括一可沿所述壳体的一侧边翻转的上盖；所述壳体外连接有一固定件，所述固定件为“U”形或“L”形。

5.根据权利要求1所述的纱线超喂张力控制装置，其特征在于：所述张力控制装置还包括至少一纱线预紧盘。

6.根据权利要求1所述的纱线超喂张力控制装置，其特征在于：所述张力控制器还包括一程序下载模块。

7.根据权利要求1所述的纱线超喂张力控制装置，其特征在于：所述张力控制器还包括密码设置模块。

8.一种纱线超喂张力控制装置的测试方法，其特征在于：它包括以下步骤，

S01：开始，系统初始化；

S02：进入功能选择界面；

S03：对张力传感器进行校准，对纱线的张力进行设定，进入测试；

S04：判断温度传感器对无刷直流电机的工作环境温度的测试时间是否已到，若已到，则进入步骤S05；若没到，则进入步骤S06；

S05：测试无刷直流电机的工作环境温度，判断温度值：若测定的温度值小于或等于预设的温度值，则进入步骤S06；若测定的温度值大于预设的温度值则进入步骤S10；

S06：利用张力传感器获取当前纱线的张力值；

S07：MCU控制器根据张力传感器获取的纱线张力值对无刷直流电机输出控制信号；

S08：触摸式液晶显示器显示系统参数；

S09：判断是否退出，若不退出，则返回步骤S04；若退出，则进入步骤S10；

S10：退出。

9.根据权利要求8所述的纱线超喂张力控制装置的测试方法，其特征在于：所述步骤S01与步骤S02之间还包括以下步骤，

S11：输入进入密码，判断密码是否正确，若正确，则进入步骤S02；若不正确，则重新出入密码。

10.一种纱线超喂张力控制系统，其特征在于：它包括至少一组张力控制装置、一无线协调器以及一远程控制中心；同一组所述张力控制装置配备以相同的张力参数；每一组所述张力控制装置设置有一无线通信模块，所述无线通讯模块信号连接于所述无线协调器，每一组所述张力控制装置通过所述无线通讯模块与无线协调器连接于所述远程控制中心；所述远程控制中心通过所述无线通讯模块与无线协调器对每一组所述张力控制装置进行集体控制。