CN111764008A - 一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，通过纱线仿真模型将纱线设计与纺纱加工过程无缝融合，即可以基于时序变化的纱线结构参数对纺纱设备各机构电控装置进行时序化控制以获得目标成型纱，也可以通过对纺纱设备各机构电控装置进行时序化控制，使加工成型纱的结构参数满足时序变化的要求，实现柔性数字化纺纱；并通过传感感知系统，检测获得环锭纺纱系统运行参数、纺纱工艺参数及纱线的结构、形貌、色彩等参数，基于构建的数学模型进行可视化展示；同时构建基于纺纱方法的控制系统，实现监测与控制；本发明具有更高地数字化加工水平、更全面地监测体系与可视化展示功能、更便捷地人机协同控制功能，具有很强的实用性。

Description

一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法及控制系统

技术领域

本发明涉及一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法及控制系统，属于智能时序化纺纱技术领域。

背景技术

近几年智能纺纱技术进步发展较快，一是以纺纱设备的自动化和数字化，二是纺纱工序的连续化，三是基于传感技术、网络技术的在线监测、监控及纺纱车间的信息化管理。单机台纺纱设备方面，出现了由PLC协调控制的多电机驱动的电子牵伸、电子卷绕、电子成型的全电细纱机，大大提升了纺纱机械的电子化、自动化和数字化水平。

以实现无人化操作的智能纺纱为目标，如何使单机台数字化纺纱设备融入连续化纺纱生产流程，推进纺纱车间信息化管理的深度和包容度，提升纺纱智能化水平，是目前需要解决的关键问题。

目前已形成的全电式细纱机，有两个关注点，第一个关注点是将原有单电机驱动的机械式牵伸、机械式加捻和机械式卷绕的机械式纺纱系统，改进为由PLC控制和多电机协同驱动的电子牵伸、电子加捻和电子卷绕成型的电子式纺纱系统；第二个关注点是提升纺纱加工的柔性度，实现在线变化结构参数的纺纱加工及多品种纱线的一体化加工。

单机台环锭细纱机数字化水平的提升，为实现纺纱智能化奠定了较好基础。但目前存在以下问题：①数控细纱机的电子牵伸、电子加捻与电子卷绕分属相互独立的控制单元，由于未通过纱线仿真模型与纺纱加工过程实现无缝融合，需要人工干预或预置参数才能完成数字化纺纱加工过程，无法实现智能化的数字化纺纱加工过程；②缺少表达纱线结构、形貌和色彩的数字化仿真模型，无法为纺纱的数字化成型加工提供数据支撑，无法实现纺纱的柔性智能化生产；③纺纱加工过程采用PLC现场控制，纺纱过程的机构运动参数、纺纱工艺参数及成型纱线的结构参数没有进行可视化显示；④在监测方面，目前以监测纺纱机运动部件的速度为主，尚不能监测成型纱线的结构参数与纺纱工艺参数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，能够针对纺纱过程，实现精准时序化纺纱控制，有效提高目标成型纱的获得效率。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，基于至少两通道的环锭纺纱机构，实现各通道粗纱到目标成型纱的纺纱，包括如下步骤：

步骤A.定义预设长度的样本目标成型纱s的纺制时间为T，以及样本目标成型纱s上n段不同结构纱段分别所对应的纺制时长为ξ₁、…、ξ_i、…、ξ_n，1≤i≤n，且定义

然后进入步骤B；

步骤B.基于样本目标成型纱s的纺纱过程，检测获得样本目标成型纱s上按时间序列分布的各纱线密度离散值ρ_si、各纱线捻度离散值T_wi、以及各组纱线颜色离散值{C_si、M_si、Y_si、K_si、W_si}，并进一步通过数据拟合方式，获得样本目标成型纱s所对应的纱线密度分布函数ρ_s(t)、纱线捻度值分布函数T_w(t)、纱线颜色分布函数{C_s(t)、M_s(t)、Y_s(t)、K_s(t)、W_s(t)}，其中，t_i≤t≤t_i+1，然后进入步骤C；

步骤C.根据各通道粗纱的CMYKW颜色值，结合样本目标成型纱s上按时间序列分布的各组纱线颜色离散值{C_si、M_si、Y_si、K_si、W_si}，获得各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，f∈{1、…、F}，F表示通道总数，F≥2，λ_fi表示第f通道粗纱对应各t_i的混纺比离散值，并进一步通过数据拟合方式，获得各通道粗纱分别所对应的混纺比分布函数λ_f(t)，λ_f(t)表示第f通道粗纱所对应的混纺比分布函数，然后进入步骤D；

步骤D.根据各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，以及样本目标成型纱s上按时间序列分布的各纱线密度离散值ρ_si，获得各通道粗纱分别所对应的牵伸比分布函数E_f(t)，E_f(t)表示第f通道粗纱所对应的牵伸比分布函数，并获得各时刻下各通道之间粗纱最小牵伸比分布函数E_min(t)，然后进入步骤E；

步骤E.根据环锭转速n_d(t)，各通道粗纱的线密度ρ_f，ρ_f表示第f通道粗纱的线密度，常数C_k∈[1，1.38]，钢领板上升和下降螺距h_s(t)、h_x(t)，成型角γ，管纱总高度H，最大卷绕成型半径R，钢丝圈绕纲领环的旋转角θ(t)，钢领板上升短动程H_s和下降短动程H_x，级升Δ＝H_s-H_x，按如下各个公式：

前罗拉速度：V_q(t)＝n_d(t)/T_w(t)；

后罗拉速度：

其中，V_hf(t)表示第f通道中后罗拉速度；

中罗拉速度：V_z(t)＝V_q(t)/[E_min(t)/C_k]；

钢领板上升速度：

钢领板下降速度：

控制环锭纺纱机构中各工作机构分别按其所对应的时序函数进行工作，实现各通道粗纱到目标成型纱的纺纱。

作为本发明的一种优选技术方案：检测各后罗拉、中罗拉、前罗拉、以及环锭、钢领板分别所对应伺服电机输出的时序化运动参数为U_bhf(t)、U_bz(t)、U_bq(t)、U_bd(t)、U_bg(t)，其中，U_bhf(t)表示第f通道后罗拉所对应伺服电机输出的时序化运动参数；根据各伺服电机分别到被驱动机构的传动比为μ_hf、μ_z、μ_q、μ_d、μ_g，获得环锭纺纱机构中各工作机构运行参数、以及纺纱工艺参数用于反馈显示，其中，μ_hf表示第f通道后罗拉所对应伺服电机到被驱动机构的传动比，各工作机构反馈运行参数如下：

前罗拉反馈速度：V_bq(t)＝U_bq(t)×μ_q；

中罗拉反馈速度：V_bz(t)＝U_bz(t)×μ_z；

后罗拉反馈速度：V_bhf(t)＝U_bhf(t)×μ_hf；V_bhf(t)表示第f通道后罗拉反馈速度；

钢领板上升反馈速度：V_bgs(t)＝U_bgs(t)×μ_g；

钢领板下降反馈速度：V_bgx(t)＝U_bgx(t)×μ_g；

锭子反馈转速：n_bd(t)＝U_bd(t)×μ_d；

则纺纱工艺参数反馈如下：

目标成型纱的反馈纱线密度：

目标成型纱的反馈纱线混纺比：

目标成型纱的反馈纱线捻度：

反馈前区牵伸比：

反馈后区牵伸比：

反馈总牵伸比：

作为本发明的一种优选技术方案：所述通道总数F等于5，即f∈{α、β、γ、δ、ε}，五通道粗纱α、β、γ、δ、ε，则基于E_bhα(t)为主牵伸，则五通道环锭纺纱机构中各工作机构运行参数、以及纺纱工艺参数的反馈显示如下：

反馈前区牵伸比：

反馈后区牵伸比：

反馈各通道总牵伸比：

反馈前罗拉速度：

反馈中罗拉速度：

反馈后罗拉速度：

反馈纺纱产量：W_b(t)＝∫ρ_bs(t)dt。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤C包括如下步骤C1至步骤C2；

步骤C1.根据各通道粗纱的颜色值(C_f、M_f、Y_f、K_f、W_f)，以及样本目标成型纱s上按时间序列分布的各组纱线颜色离散值{C_si、M_si、Y_si、K_si、W_si}，按如下公式：

获得各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，然后进入步骤C2；

步骤C2.针对各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，通过数据拟合方式，获得各通道粗纱分别所对应的混纺比分布函数λ_f(t)。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤C中还包括步骤C3如下，执行完步骤C2之后进入步骤C3；

步骤C3.根据各通道粗纱分别所对应的混纺比分布函数λ_f(t)，分别针对各个时刻，选择时刻中粗纱最大混纺比所对应的通道作为主通道。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤D包括如下步骤D1至步骤D3；

步骤D1.根据各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，以及样本目标成型纱s上按时间序列分布的各纱线密度离散值ρ_si，按如下公式：

获得各通道粗纱分别对应各t_i的牵伸比离散值E_fi，然后进入步骤D2；

步骤D2.针对各通道粗纱分别对应各t_i的牵伸比离散值E_fi，通过数据拟合方式，获得各通道粗纱分别所对应的牵伸比分布函数E_f(t)，然后进入步骤D3；

步骤D3.根据各通道粗纱分别所对应的牵伸比分布函数E_f(t)，获得各时段中各通道之间粗纱最小牵伸比E_i-min，进而通过数据拟合方式，获得各时段下各通道之间粗纱最小牵伸比分布函数E_min(t)。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤D中还包括步骤D4至步骤D6如下，执行完步骤D3之后，进入步骤D4；

步骤D4.根据E_qi＝E_i-min/C_k，获得各时段中各通道前区牵伸比E_qi，然后进入步骤D5；

步骤D5.获得各时段中各通道后区牵伸比：

其中，E_hfi表示各时段中第f通道后区牵伸比，然后进入步骤D6；

步骤D6.根据如下公式：

某段纺纱时间：ξ_i＝l_i/V_qi；某段纺纱长度：l_i＝V_qi*ξ_i；

累计纺纱时间

某段纺纱前罗拉速度：V_qi＝n_di/T_wi；

累计纺纱长度

分别获得目标成型纱上单段所对应的纺纱时长ξ_i，该段纺纱长度l_i，前罗拉的速度V_qi，累计纺纱时间T_i，及所获目标成型纱的累计长度L_i。

与上述相对应，本发明还要解决的技术问题是提供一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法的控制系统，通过多个子系统的协同控制，实现侦测与控制的自动化，针对纺纱过程，实现精准时序化纺纱控制，有效提高目标成型纱的获得效率。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法的控制系统，包括感知子系统、纺纱机械执行子系统、本地控制模块，其中，感知子系统与本地控制模块相连接，本地控制模块对接纺纱机械执行子系统；感知子系统包括各位移传感器、各速度传感器、各力传感器、各光传感器、各电传感器、扫描仪、摄像仪、照相机，其中，通过光传感器或电传感器检测成型纱的密度值，通过扫描仪或摄像仪检测成型纱的捻度值、颜色值，通过各速度传感器检测各罗拉的转速，通过各位移传感器、各力传感器检测各通道的牵伸比；

纺纱机械执行子系统包括相互对接的伺服驱动系统硬件和纺纱机械执行系统硬件，伺服驱动系统硬件用于针对纺纱机械执行系统硬件进行电机转速调节，纺纱机械执行系统硬件即前罗拉、中罗拉、锭子、钢领板、各个后罗拉。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括与本地控制模块相连接的网络通讯模块，以及经网络通讯模块与本地控制模块相连接的各个终端与云服务器。

本发明所述一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法及控制系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明所设计多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，将纱线设计与加工相对分离的过程，通过数学模型集成为一体化的系统仿真与加工过程，获得针对纺纱机构中各电控装置的时序化控制，由此针对粗纱实现精准纺纱过程，获得目标成型纱；同时基于所设计纺纱方法，构建了环锭细纱机的集成化智能控制系统，该智能控制系统将纺纱牵伸机构、加捻机构、卷绕成型机构的分散控制，集成为一体化系统进行控制；通过控制系统基于纱线时序化结构参数，实现数字化控制纺纱成型机构运动规律、以及纺纱工艺参数的纺纱智能技术，将传感器检测到的时序化数字信号转换成环锭纺纱系统运行参数、纺纱工艺参数、以及纱线结构参数并进行可视化展示的纺纱智能化技术；同时可以实现将现场控制器的输入输出信号上传到云平台，并基于移动设备和远程控制平台实现对细纱机的远程监测与控制的纺纱智能化技术；控制系统相对现有数控细纱机，具有更高地数字化加工水平、更全面地监测体系与可视化展示功能、更便捷地人机协同控制功能，并且实际应用测试表明，本发明方案操作简单，能达到预期要求，具有很强的实用性。

附图说明

图1是本发明所设计多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法中的时序化纱线仿真模型；

图2是本发明所设计多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法中基于反馈信号构建的时序化纱线仿真模型；

图3是本发明所设计多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法的控制系统的模块示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明所设计一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，基于至少两通道的环锭纺纱机构，实现各通道粗纱到目标成型纱的纺纱，实际应用当中，具体执行如下步骤A至步骤E。

步骤A.定义预设长度的样本目标成型纱s的纺制时间为T，以及样本目标成型纱s上n段不同结构纱段分别所对应的纺制时长为ξ₁、…、ξ_i、…、ξ_n，1≤i≤n，且定义

然后进入步骤B。

步骤B.如图1所示，基于样本目标成型纱s的纺纱过程，检测获得样本目标成型纱s上按时间序列分布的各纱线密度离散值ρ_si、各纱线捻度离散值T_wi、以及各组纱线颜色离散值{C_si、M_si、Y_si、K_si、W_si}，并进一步通过数据拟合方式，获得样本目标成型纱s所对应的纱线密度分布函数ρ_s(t)、纱线捻度值分布函数T_w(t)、纱线颜色分布函数{C_s(t)、M_s(t)、Y_s(t)、K_s(t)、W_s(t)}，其中，t_i≤t≤t_i+1，然后进入步骤C。

实际应用当中，对于纱线密度分布函数，如图2所示，通过光或电传感器的纱线细度仪检测一段样本目标成型纱，经数字信号处理将光信号转换为电信号或直接使用电信号，再通过A/D和D/A转换，即可得到检测获得样本目标成型纱s上按时间序列分布的各纱线密度离散值ρ_si，并进一步通过数据拟合方式，获得样本目标成型纱s所对应的纱线密度分布函数ρ_s(t)。

对于纱线捻度值分布函数，如图2所示，使用高清晰扫描仪或摄像仪扫描一段样本目标成型纱，经数字信号处理将光信号转换为电信号，再通过A/D和D/A转换，即可获得样本目标成型纱s上按时间序列分布的各组纱线颜色离散值{C_si、M_si、Y_si、K_si、W_si}，并进一步通过数据拟合方式，获得样本目标成型纱s所对应的纱线颜色分布函数{C_s(t)、M_s(t)、Y_s(t)、K_s(t)、W_s(t)}。

对于纱线捻度值分布函数，如图2所示，使用高清晰扫描仪或摄像仪扫描一段样本目标成型纱，经过图像处理器处理将光信号转换为电信号，再通过A/D和D/A转换，即可得到样本目标成型纱s上按时间序列分布的各纱线捻度离散值T_wi，并进一步通过数据拟合方式，获得样本目标成型纱s所对应的纱线捻度值分布函数T_w(t)。

步骤C.根据各通道粗纱的CMYKW颜色值，结合样本目标成型纱s上按时间序列分布的各组纱线颜色离散值{C_si、M_si、Y_si、K_si、W_si}，获得各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，f∈{1、…、F}，F表示通道总数，F≥2，λ_fi表示第f通道粗纱对应各t_i的混纺比离散值，并进一步通过数据拟合方式，获得各通道粗纱分别所对应的混纺比分布函数λ_f(t)，λ_f(t)表示第f通道粗纱所对应的混纺比分布函数，然后进入步骤D。

实际应用当中，上述步骤C具体执行如下步骤C1至步骤C3。

步骤C1.根据各通道粗纱的颜色值(C_f、M_f、Y_f、K_f、W_f)，以及样本目标成型纱s上按时间序列分布的各组纱线颜色离散值{C_si、M_si、Y_si、K_si、W_si}，按如下公式：

获得各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，然后进入步骤C2。

步骤C2.针对各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，通过数据拟合方式，获得各通道粗纱分别所对应的混纺比分布函数λ_f(t)，然后进入步骤C3。

步骤C3.根据各通道粗纱分别所对应的混纺比分布函数λ_f(t)，分别针对各个时刻，选择时刻中粗纱最大混纺比所对应的通道作为主通道。

步骤D.根据各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，以及样本目标成型纱s上按时间序列分布的各纱线密度离散值ρ_si，获得各通道粗纱分别所对应的牵伸比分布函数E_f(t)，E_f(t)表示第f通道粗纱所对应的牵伸比分布函数，并获得各时刻下各通道之间粗纱最小牵伸比分布函数E_min(t)，然后进入步骤E。

上述步骤D在实际应用当中，具体执行如下步骤D1至步骤D6。

步骤D1.根据各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，以及样本目标成型纱s上按时间序列分布的各纱线密度离散值ρ_si，按如下公式：

获得各通道粗纱分别对应各t_i的牵伸比离散值E_fi，然后进入步骤D2。

步骤D2.针对各通道粗纱分别对应各t_i的牵伸比离散值E_fi，通过数据拟合方式，获得各通道粗纱分别所对应的牵伸比分布函数E_f(t)，然后进入步骤D3。

步骤D3.根据各通道粗纱分别所对应的牵伸比分布函数E_f(t)，获得各时段中各通道之间粗纱最小牵伸比E_i-min，进而通过数据拟合方式，获得各时段下各通道之间粗纱最小牵伸比分布函数E_min(t)，然后进入步骤D4。

步骤D4.根据E_qi＝E_i-min/C_k，获得各时段中各通道前区牵伸比E_qi，然后进入步骤D5。

步骤D5.获得各时段中各通道后区牵伸比：

其中，E_hfi表示各时段中第f通道后区牵伸比，然后进入步骤D6。

步骤D6.根据如下公式：

某段纺纱时间：ξ_i＝l_i/V_qi；某段纺纱长度：l_i＝V_qi*ξ_i；

累计纺纱时间

某段纺纱前罗拉速度：V_qi＝n_di/T_wi；

累计纺纱长度

分别获得目标成型纱上单段所对应的纺纱时长ξ_i，该段纺纱长度l_i，前罗拉的速度V_qi，累计纺纱时间T_i，及所获目标成型纱的累计长度L_i。

步骤E.根据环锭转速n_d(t)，各通道粗纱的线密度ρ_f，ρ_f表示第f通道粗纱的线密度，常数C_k∈[1，1.38]，钢领板上升和下降螺距h_s(t)、h_x(t)，成型角γ，管纱总高度H，最大卷绕成型半径R，钢丝圈绕纲领环的旋转角θ(t)，钢领板上升短动程H_s和下降短动程H_x，级升Δ＝H_s-H_x，按如下各个公式：

前罗拉速度：V_q(t)＝n_d(t)/T_w(t)；

后罗拉速度：

其中，V_hf(t)表示第f通道中后罗拉速度；

中罗拉速度：V_z(t)＝V_q(t)/[E_min(t)/C_k]；

钢领板上升速度：

钢领板下降速度：

控制环锭纺纱机构中各工作机构分别按其所对应的时序函数进行工作，实现各通道粗纱到目标成型纱的纺纱。

在环锭纺纱机构中各工作机构进行工作的过程中，进一步设计检测各后罗拉、中罗拉、前罗拉、以及环锭、钢领板分别所对应伺服电机输出的时序化运动参数为U_bhf(t)、U_bz(t)、U_bq(t)、U_bd(t)、U_bg(t)，其中，U_bhf(t)表示第f通道后罗拉所对应伺服电机输出的时序化运动参数；根据各伺服电机分别到被驱动机构的传动比为μ_hf、μ_z、μ_q、μ_d、μ_g，获得环锭纺纱机构中各工作机构运行参数、以及纺纱工艺参数用于反馈显示，其中，μ_hf表示第f通道后罗拉所对应伺服电机到被驱动机构的传动比，环锭纺纱机构中工作机构反馈运行参数如下：

前罗拉反馈速度：V_bq(t)＝U_bq(t)×μ_q；

中罗拉反馈速度：V_bz(t)＝U_bz(t)×μ_z；

后罗拉反馈速度：V_bhf(t)＝U_bhf(t)×μ_hf；V_bhf(t)表示第f通道后罗拉反馈速度；

钢领板上升反馈速度：V_bgs(t)＝U_bgs(t)×μ_g；

钢领板下降反馈速度：V_bgx(t)＝U_bgx(t)×μ_g；

锭子反馈转速：n_bd(t)＝U_bd(t)×μ_d；

则纺纱工艺参数反馈如下：

目标成型纱的反馈纱线密度：

目标成型纱的反馈纱线混纺比：

目标成型纱的反馈纱线捻度：

反馈前区牵伸比：

反馈后区牵伸比：

反馈总牵伸比：

对于至少两通道的环锭纺纱机构，实际应用当中，若通道总数F等于5，即五通道环锭纺纱机构，f∈{α、β、γ、δ、ε}，五通道粗纱α、β、γ、δ、ε，则基于E_bhα(t)为主牵伸，则五通道环锭纺纱机构中各工作机构运行参数、以及纺纱工艺参数的反馈显示如下：

反馈前区牵伸比：

反馈后区牵伸比：

反馈各通道总牵伸比：

反馈前罗拉速度：

反馈中罗拉速度：

反馈后罗拉速度：

反馈纺纱产量：W_b(t)＝∫ρ_bs(t)dt。

对应上述所设计的一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，本发明进一步设计了对此的控制系统，包括感知子系统、纺纱机械执行子系统、本地控制模块、网络通讯模块、各个终端与云服务器，其中，感知子系统与本地控制模块相连接，本地控制模块对接纺纱机械执行子系统；感知子系统包括各位移传感器、各速度传感器、各力传感器、各光传感器、各电传感器、扫描仪、摄像仪、照相机，其中，通过光传感器或电传感器检测成型纱的密度值，通过扫描仪或摄像仪检测成型纱的捻度值、颜色值，通过各速度传感器检测各罗拉的转速，通过各位移传感器、各力传感器检测各通道的牵伸比。

纺纱机械执行子系统包括相互对接的伺服驱动系统硬件和纺纱机械执行系统硬件，伺服驱动系统硬件用于针对纺纱机械执行系统硬件进行电机转速调节，纺纱机械执行系统硬件即前罗拉、中罗拉、锭子、钢领板、各个后罗拉。

本地控制模块经网络通讯模块与各个终端与云服务器进行连接通信，实际应用当中，本地控制模块诸如为现场PLC或工控机、本地客户端、中央控制室、远程客户端、移动客户端等对纺纱过程进行控制与监测。

实际应用当中，如图3所示，网络与通讯模块硬件主要由远程服务器的存储硬件(即存储硬盘)和路由器(即PLC-500T PRO工业用联网宝)构成，其中存储硬件负责存储纺纱工艺的详细参数资料，供用户在线查看、下载和调用；路由器支持TCP/IP通讯协议，负责将云服务器、客户端、可编程控制器连接起来，起的是桥梁作用。

管理与控制模块硬件主要由管理部分如手机、平板电脑、PC主机、TPC-1061Hi触摸屏和控制部分如可编程控制器(PLC)组成。其中可编程控制器(PLC)主要由AC50₀CPU、AC500-ETH CPU主板、CD522高速计数模块、TU516模块底板、数字量IO模块组成。管理部分主要负责处理来自控制部分的实时数据，并以图表的形式可视化显示。控制部分负责管理部分下发的工艺参数转换成可供机器识别的数据，以便执行模块执行。

执行模块硬件主要由伺服驱动系统硬件和纺纱机械执行系统硬件组成。伺服驱动系统硬件包括HDR开关、DZ47-60微型断路器、B2-220V脉冲型伺服驱动器、A2-220V以太型伺服驱动器、ECMA伺服电机和减速器，主要起的是调整电机转速作用。纺纱机械执行系统硬件包括前罗拉、中罗拉、后罗拉、锭子、钢领板等。

感知模块硬件主要由各位移传感器、各速度传感器、各力传感器、扫描仪、视频摄像仪、照相机组成。该模块的硬件负责将纺纱机构的运动速度和纱线结构外观参数反馈给可编程控制器，用于后续调控。

基于上述各模块的构建，在实际应用当中，还需配合控制系统软件，其中，网络与通讯模块软件主要由远程服务器系统软件和路由器驱动软件构成，其中远程服务器系统软件集成在客户端软件内，该软件主要负责检索存储在网络硬盘内的数据并加以调用，方便管理与控制模块的进一步管理。

管理与控制模块软件主要由管理部分软件和控制部分软件组成。其中管理部分软件包括手机客户端软件、远程客户端软件(如网页)、客户端软件、触摸屏程序等；控制部分包括可编程控制器(PLC)程序。有了以上程序，才能精准和高效的控制机器运动规律。

执行模块软件作用是将系统传递的电信号转化为纺纱机器的运动参数，以便后续化的生产与加工；感知模块软件主要由扫描仪驱动软件、视频摄像仪驱动软件、照相机驱动软件组成。该模块的硬件和驱动软件的作用下，可以更好的调控纺纱运动规律。

上述技术方案所设计多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，将纱线设计与加工相对分离的过程，通过数学模型集成为一体化的系统仿真与加工过程，获得针对纺纱机构中各电控装置的时序化控制，由此针对粗纱实现精准纺纱过程，获得目标成型纱；同时基于所设计纺纱方法，构建了环锭细纱机的集成化智能控制系统，该智能控制系统将纺纱牵伸机构、加捻机构、卷绕成型机构的分散控制，集成为一体化系统进行控制；通过控制系统基于纱线时序化结构参数，实现数字化控制纺纱成型机构运动规律、以及纺纱工艺参数的纺纱智能技术，将传感器检测到的时序化数字信号转换成环锭纺纱系统运行参数、纺纱工艺参数、以及纱线结构参数并进行可视化展示的纺纱智能化技术；同时可以实现将现场控制器的输入输出信号上传到云平台，并基于移动设备和远程控制平台实现对细纱机的远程监测与控制的纺纱智能化技术；控制系统相对现有数控细纱机，具有更高地数字化加工水平、更全面地监测体系与可视化展示功能、更便捷地人机协同控制功能，并且实际应用测试表明，本发明方案操作简单，能达到预期要求，具有很强的实用性。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，基于至少两通道的环锭纺纱机构，实现各通道粗纱到目标成型纱的纺纱，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A.定义预设长度的样本目标成型纱s的纺制时间为T，以及样本目标成型纱s上n段不同结构纱段分别所对应的纺制时长为ξ₁、…、ξ_i、…、ξ_n，1≤i≤n，且定义

然后进入步骤B；

步骤B.基于样本目标成型纱s的纺纱过程，检测获得样本目标成型纱s上按时间序列分布的各纱线密度离散值ρ_si、各纱线捻度离散值T_wi、以及各组纱线颜色离散值{C_si、M_si、Y_si、K_si、W_si}，并进一步通过数据拟合方式，获得样本目标成型纱s所对应的纱线密度分布函数ρ_s(t)、纱线捻度值分布函数T_w(t)、纱线颜色分布函数{C_s(t)、M_s(t)、Y_s(t)、K_s(t)、W_s(t)}，其中，t_i≤t≤t_i+1，然后进入步骤C；

步骤C.根据各通道粗纱的CMYKW颜色值，结合样本目标成型纱s上按时间序列分布的各组纱线颜色离散值{C_si、M_si、Y_si、K_si、W_si}，获得各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，f∈{1、…、F}，F表示通道总数，F≥2，λ_fi表示第f通道粗纱对应各t_i的混纺比离散值，并进一步通过数据拟合方式，获得各通道粗纱分别所对应的混纺比分布函数λ_f(t)，λ_f(t)表示第f通道粗纱所对应的混纺比分布函数，然后进入步骤D；

步骤D.根据各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，以及样本目标成型纱s上按时间序列分布的各纱线密度离散值ρ_si，获得各通道粗纱分别所对应的牵伸比分布函数E_f(t)，E_f(t)表示第f通道粗纱所对应的牵伸比分布函数，并获得各时刻下各通道之间粗纱最小牵伸比分布函数E_min(t)，然后进入步骤E；

步骤E.根据环锭转速n_d(t)，各通道粗纱的线密度ρ_f，ρ_f表示第f通道粗纱的线密度，常数C_k∈[1，1.38]，钢领板上升和下降螺距h_s(t)、h_x(t)，成型角γ，管纱总高度H，最大卷绕成型半径R，钢丝圈绕纲领环的旋转角θ(t)，钢领板上升短动程H_s和下降短动程H_x，级升Δ＝H_s-H_x，按如下各个公式：

前罗拉速度：V_q(t)＝n_d(t)/T_w(t)；

后罗拉速度：

其中，V_hf(t)表示第f通道的后罗拉速度；

中罗拉速度：V_z(t)＝V_q(t)/[E_min(t)/C_k]；

钢领板上升速度：

钢领板下降速度：

控制环锭纺纱机构中各工作机构分别按其所对应的时序函数进行工作，实现各通道粗纱到目标成型纱的纺纱。

2.根据权利要求1所述一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，其特征在于：检测各后罗拉、中罗拉、前罗拉、以及环锭、钢领板分别所对应伺服电机输出的时序化运动参数为U_bhf(t)、U_bz(t)、U_bq(t)、U_bd(t)、U_bg(t)，其中，U_bhf(t)表示第f通道后罗拉所对应伺服电机输出的时序化运动参数；根据各伺服电机分别到被驱动机构的传动比为μ_hf、μ_z、μ_q、μ_d、μ_g，获得环锭纺纱机构中各工作机构运行参数、以及纺纱工艺参数用于反馈显示，其中，μ_hf表示第f通道后罗拉所对应伺服电机到被驱动机构的传动比，各工作机构反馈运行参数如下：

前罗拉反馈速度：V_bq(t)＝U_bq(t)×μ_q；

中罗拉反馈速度：V_bz(t)＝U_bz(t)×μ_z；

后罗拉反馈速度：V_bhf(t)＝U_bhf(t)×μ_hf；V_bhf(t)表示第f通道后罗拉反馈速度；

钢领板上升反馈速度：V_bgs(t)＝U_bgs(t)×μ_g；

钢领板下降反馈速度：V_bgx(t)＝U_bgx(t)×μ_g；

锭子反馈转速：n_bd(t)＝U_bd(t)×μ_d；

则纺纱工艺参数反馈如下：

目标成型纱的反馈纱线密度：

目标成型纱的反馈纱线混纺比：

目标成型纱的反馈纱线捻度：

反馈前区牵伸比：

反馈后区牵伸比：

反馈总牵伸比：

3.根据权利要求2所述一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，其特征在于：所述通道总数F等于5，即f∈{α、β、γ、δ、ε}，五通道粗纱α、β、γ、δ、ε，则基于E_bhα(t)为主牵伸，则五通道环锭纺纱机构中各工作机构运行参数、以及纺纱工艺参数的反馈显示如下：

反馈前区牵伸比：

反馈后区牵伸比：

反馈各通道总牵伸比：

反馈前罗拉速度：

反馈中罗拉速度：

反馈后罗拉速度：

反馈纺纱产量：W_b(t)＝∫ρ_bs(t)dt。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，其特征在于：所述步骤C包括如下步骤C1至步骤C2；

步骤C1.根据各通道粗纱的颜色值(C_f、M_f、Y_f、K_f、W_f)，以及样本目标成型纱s上按时间序列分布的各组纱线颜色离散值{C_si、M_si、Y_si、K_si、W_si}，按如下公式：

获得各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，然后进入步骤C2；

步骤C2.针对各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，通过数据拟合方式，获得各通道粗纱分别所对应的混纺比分布函数λ_f(t)。

5.根据权利要求4所述一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，其特征在于：所述步骤C中还包括步骤C3如下，执行完步骤C2之后进入步骤C3；

步骤C3.根据各通道粗纱分别所对应的混纺比分布函数λ_f(t)，分别针对各个时刻，选择时刻中粗纱最大混纺比所对应的通道作为主通道。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，其特征在于：所述步骤D包括如下步骤D1至步骤D3；

步骤D1.根据各通道粗纱分别对应各t_i的混纺比离散值λ_fi，以及样本目标成型纱s上按时间序列分布的各纱线密度离散值ρ_si，按如下公式：

获得各通道粗纱分别对应各t_i的牵伸比离散值E_fi，然后进入步骤D2；

步骤D2.针对各通道粗纱分别对应各t_i的牵伸比离散值E_fi，通过数据拟合方式，获得各通道粗纱分别所对应的牵伸比分布函数E_f(t)，然后进入步骤D3；

步骤D3.根据各通道粗纱分别所对应的牵伸比分布函数E_f(t)，获得各时段中各通道之间粗纱最小牵伸比E_i-min，进而通过数据拟合方式，获得各时段下各通道之间粗纱最小牵伸比分布函数E_min(t)。

7.根据权利要求6所述一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法，其特征在于：所述步骤D中还包括步骤D4至步骤D6如下，执行完步骤D3之后，进入步骤D4；

步骤D4.根据E_qi＝E_i-min/C_k，获得各时段中各通道前区牵伸比E_qi，然后进入步骤D5；

步骤D5.获得各时段中各通道后区牵伸比：

其中，E_hfi表示各时段中第f通道后区牵伸比，然后进入步骤D6；

步骤D6.根据如下公式：

某段纺纱时间：ξ_i＝l_i/V_qi；某段纺纱长度：l_i＝V_qi*ξ_i；

累计纺纱时间

某段纺纱前罗拉速度：V_qi＝n_di/T_wi；

累计纺纱长度

分别获得目标成型纱上单段所对应的纺纱时长ξ_i，该段纺纱长度l_i，前罗拉的速度V_qi，累计纺纱时间T_i，及所获目标成型纱的累计长度L_i。

8.一种应用权利要求3至7中任意一项所述一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法的控制系统，其特征在于：包括感知子系统、纺纱机械执行子系统、本地控制模块，其中，感知子系统与本地控制模块相连接，本地控制模块对接纺纱机械执行子系统；感知子系统包括各位移传感器、各速度传感器、各力传感器、各光传感器、各电传感器、扫描仪、摄像仪、照相机，其中，通过光传感器或电传感器检测成型纱的密度值，通过扫描仪或摄像仪检测成型纱的捻度值、颜色值，通过各速度传感器检测各罗拉的转速，通过各位移传感器、各力传感器检测各通道的牵伸比；

纺纱机械执行子系统包括相互对接的伺服驱动系统硬件和纺纱机械执行系统硬件，伺服驱动系统硬件用于针对纺纱机械执行系统硬件进行电机转速调节，纺纱机械执行系统硬件即前罗拉、中罗拉、锭子、钢领板、各个后罗拉。

9.根据权利要求8所述一种多通道环锭纺细纱机时序化控制纺纱方法的控制系统，其特征在于：还包括与本地控制模块相连接的网络通讯模块，以及经网络通讯模块与本地控制模块相连接的各个终端与云服务器。

Images