CN112204177B - 控制熔纺过程的方法和熔纺设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制用于生产纱线的熔纺过程的方法和用于生产合成纱线的纺纱设备。在此情况中，对包括熔体产生、长丝挤出、纱线处理和纱线卷绕的多个过程步骤的多个过程参数进行监视。并且，针对每根所述纱线来监视多个状况参数中的至少一个状况参数。共同分析所述状况参数的相应实际值和所述过程参数的相应实际值。为了便于过程中的有针对性的介入，通过所述状况参数的实际值和所述过程参数的实际值来确定其中一个所述过程参数的至少一个目标值，并且相关的所述过程步骤以自动化方式被转换至设定所述过程参数。为了执行所述过程步骤，所述熔纺设备具有熔体产生装置、熔纺装置、处理装置和卷绕装置。为了控制所述设备而设有机器控制装置，所述机器控制装置被连接到所述监视装置以接收状况参数并被连接到所述装置来执行所述过程步骤以接收过程参数。在此，所述机器控制装置具有转换模块，以便通过所述状况参数的实际值和所述过程参数的实际值生成至少一个控制指令，用于将所述装置中的其中一个装置的其中一个过程步骤自动转换为其中一个所述过程参数的目标值。

Description

控制熔纺过程的方法和熔纺设备
技术领域
本发明涉及用于控制熔纺过程的方法以及用于生产纱线的熔纺设备。
背景技术
在熔纺生产合成纱线中，纱线质量受到大量单独过程步骤例如熔体产生、长丝挤出、纱线处理和纱线卷绕的影响。每个单独的过程步骤又会受到工艺参数的影响。在这方面，使用了具有致动器和传感器的大量机器部件，以便以期望方式影响过程步骤还有待生产的纱线的质量。每个过程步骤都可以由相关的控制部件来控制，它们在机器控制装置中被连接在一起。因此，可以彼此独立地控制单独过程步骤。例如从DE102004052669A1、US2008315446A1和US7526463B2中知道了这种用于控制熔纺过程的方法还有这种熔纺设备。
在用于控制熔纺过程的已知方法以及已知熔纺设备中，通过监视纱线状态参数来确保纱线质量。纱线断裂作为状况参数被检测。为此，在纱线上测量的相应实际状况参数与过程步骤的工艺参数一起被记录和分析。因此，在条件值改变的情况下可以迅速识别出工艺过程质量的可能恶化，并且可选地做出关于可能原因的结论。
在用于控制熔纺过程的已知方法以及已知熔纺设备中，这样的分析促进了可操作性，使得操作者可根据他自己的经验作出快速而有针对性的干预以改变一个或多个过程步骤。但是，工艺过程的改进由此基本上取决于机器操作者在控制熔纺过程中所具备的经验。
发明内容
本发明的目的是提供用于控制熔纺过程的这种类型的方法以及这种类型的熔纺设备，在此如果可能，可以在无操作员干预的情况下将纱线质量还有纱线生产的生产率保持在高水平。
根据本发明，该目的通过该方法来实现，其中根据状况参数的实际值和过程参数的实际值来确定其中一个过程参数的至少一个目标值，并且相关的过程步骤将被自动转换以设定过程参数的目标值。
在根据本发明的熔纺设备情况下如此实现该目的，即，与机器控制装置相关地设有转换模块，借助转换模块可以从状况参数的实际值和工艺参数的实际值中生成至少一个控制指令用于其中一个装置的过程步骤之一自动转换为过程参数之一的目标值。
本发明的特征在于，用于控制过程步骤的工艺参数之一的至少一个目标值直接由熔纺工艺的实际条件和纱线质量的实际条件确定。为此可采用特殊的分析算法以便能够在过程参数和状况参数之间进行全面数据关联。相关过程步骤的自动转换允许快速反应时间以补偿纱线生产过程的不期望的偏差。
状况参数的实际值和过程参数的实际值的分析优选在与机器控制装置相关联的转换模块中进行，因此直接生成的用于自动转换过程步骤之一的控制指令可被直接实现。过程参数的目标值和进而由机器控制装置以自动化方式传送至熔纺设备的众多装置的各控制部件的控制指令由转换模块产生。可以相应执行熔纺工艺和熔纺设备的自动化控制。
由于熔纺工艺的复杂性，优选进行如下方法变型，在此，连续监视过程参数和状况参数，其中从过程参数的相应实际值和状况参数的相应实际值确定过程参数的其它目标值，并且相关的过程步骤以自动化方式被转换以设定过程参数。因此，多个过程步骤可以直接与所生成的过程参数目标值并行地执行。
已经证明如下方法变型是特别成功的，即，通过机器学习程序从过程参数实际值和状况参数实际值中确定过程参数的目标值。这样的机器学习程序具有特别适合于过程自动化的人工智能。可通过机器学习程序相应模拟类人决策结构，以便从过程参数实际值和状况参数实际值的分析中确定过程参数的合适目标值。由于这种机器学习程序的自学习作用，还获得对过程参数目标值的确定的持续改进。
为了特别是在过程开始时确保一定的过程稳定性，优选执行如下方法变型，在此，为自动控制被释放的过程步骤和/或过程参数被指定给机器学习程序。因此，例如因为通常由此同时影响多个纺丝位置，故可阻断熔体生成的过程参数以进行自动转换。可以相应限定为自动控制所释放的过程步骤或过程参数，以便仅在一个纺丝位置内获得过程更改。
由于非常有效并且同时易检测，故发现在其中一根纱线上出现纱线断裂特别适合作为状况参数。众所周知，过去将单位纱线质量的纱线断裂数用作质量参数。因此，该质量参数可被有利地用于评估熔纺工艺过程。
关于机器智能的使用，一种特别有利的方法变型如下，在熔纺工艺的启动阶段，允许导致质量参数恶化的过程步骤的转换。当需要用于持续改进机器学习程序的学习过程时，过程步骤的这种自动转换是不可避免的。因此，可由此产生随过程进行而导致稳定性或改善的经验值。
为了尽可能保持低的在学习阶段中产生的废品率而进一步规定，在熔纺工艺的启动阶段完成后允许导致质量参数的维持或改进的过程步骤的转换。
根据本发明的用于控制熔纺过程的方法和根据本发明的熔纺设备基于对纱线的至少一个状况参数的连续监视。作为状况参数采用纱线断裂是因为其特别简单且非常有意义。但原则上，也可以作为状况参数例如采用纱线润湿度、纱线粗节数或纱线张力。在这方面，监视装置可以具有各种传感器装置用于检测纱线上的状态参数的各实际值。然而特别有利的是该监视装置具有许多直接与转换模块连接的断纱传感器。因此，在生产过程中发生的断纱可作为实际值被直接提供给转换模块。
为了分析和为了产生控制指令，转换模块优选具有机器学习程序，从而可以借助人工智能从状况参数实际值和过程参数实际值中产生过程参数的目标值。
附图说明
以下，借助本发明熔纺设备的实施例并参照附图来更详细描述根据本发明的用于控制熔纺工艺的方法，其中：
图1示意性示出用于生产合成纱线的熔纺设备的第一实施例，
图2示意性示出图1的实施例的其中一个纺丝位置。
具体实施方式
图1和图2以不同的视图示出了根据本发明的用于生产合成纱线的熔纺设备的第一实施例。图1示意性示出熔纺设备的整体视图，图2示意性示出熔纺设备的局部视图。除非明确提到其中一幅图，否则以下描述适用于两幅图。
该熔纺设备具有多个装置以便能够执行用于生产合成纱线的熔纺工艺。第一熔体产生装置1.1由挤出机6形成，其通过熔体管道系统15被连接到大量纺丝位置3.1至3.4。在图1中仅以示例方式示出四个纺丝位置3.1至3.4。实际上，这种熔纺设备可具有大量的这种纺丝位置。
纺丝位置3.1至3.4具有相同的结构并且在图2中被示意性示出。在纺丝位置3.1至3.4中分别设有用于在纺丝位置3.1至3.4之一中执行纱线阵列的熔纺的熔纺装置1.2、处理装置1.3和卷绕装置1.4。在这方面，在图1所示的每个纺丝位置3.1至3.4中产生例如12、16或32根纱线的纱线阵列。为简单起见，分别在图1和图2中仅示出其中一根纱线的纱线路径。
在此实施例中，机器部件被称为装置，该机器部件通过驱动机构、致动器和传感器在熔纺过程中起到重要作用。除了驱动机构和致动器外，与所述装置相关联的还有传感器(此处未详细示出)，该传感器是控制熔纺过程所必需的。因此，纺丝位置3.1作为熔纺装置1.2具有纺丝泵8和喷丝头9，它们被连接到熔体管道系统15。过去，压力传感器和可选的温度传感器与这种熔纺装置1.2相关联以便能进行长丝挤出的过程步骤。在喷丝头9下方布置有冷却井10，它被连接至用于产生冷却空气来冷却刚挤出的长丝的风扇单元11。
纱线处理的下一个过程步骤由处理装置1.3进行，其包括一个润湿装置12和一个导丝辊单元13。在熔纺过程结束时，纱线被卷绕成线圈。为此目的，卷绕的最后过程步骤通过卷绕装置1.4来执行，卷绕装置由络筒机14形成。
在纺丝位置3.1至3.4中，独立的控制单元2.2至2.6与熔纺装置1.2、处理装置1.3和卷绕装置1.4这样的机器部件相关联。因此，控制单元2.2与熔纺装置1.2相关联以便控制纺丝泵8。熔纺装置1.2的在此未被详细示出的传感器同样被连接至控制单元2.2。另一个控制单元2.3与风扇单元11相关联，通过该控制单元来控制冷却空气的供应。
与随后的处理装置1.3相关联的是控制单元2.4和2.5，其中，控制单元2.4控制润湿装置12，控制单元2.5控制导丝辊单元13。卷绕装置1.4的络筒机14由控制单元2.6控制。
为了通信和数据传输，控制单元2.2至2.6通过BUS线路系统16被连接至机器控制装置4的控制模块4.1。机器控制装置4除了控制模块4.1外还具有一个转换模块4.2，其通过数据线17连接到监视装置5。
从图1的视图中明显看出，监视装置5具有多个断纱传感器装置5.1至5.4，它们被分布至单独的纺丝位置3.1至3.4。断纱传感器装置5.1至5.4分别在纺丝位置3.1至3.4内具有单独的纱线断裂传感器以检测在纺丝位置中产生的每根纱线。由此，通过断纱传感器装置5.1至5.4作为相应纱线的状况参数检测纱线断裂，并经由数据线17将其提供给机器控制装置4的转换模块4.2。
如可以在图1中进一步看到地，纺丝位置3.1至3.4的控制单元2.2至2.6共同通过BUS线路系统16被连接至机器控制装置4的控制模块4.1。相应地，设定过程参数的实际值可被提供给控制模块4.1。此外，过程参数的目标值可通过控制模块4.1被传送到控制单元2.2至2.6。
除了纺丝位置3.1至3.4的控制单元2.2至2.6之外，另一控制单元2.1与熔体产生装置1.1相关联并且同样被连接至机器控制装置4的控制模块4.1。就此而言，在装置1.1、1.2、1.3和1.4处设定的用于执行当前过程步骤的过程参数的所有实际值可通过控制单元2.1至2.6被提供给机器控制装置4。
此外，控制单元2.1被连接至压力传感器7，该压力传感器监视在挤出机6的出口侧的熔体压力。
从图1和图2中的视图中可明显看出，转换模块4.2被连接到控制模块4.1以进行数据采集和数据传输。因此，过程参数的所有实际值都从控制模块4.1被提供给转换模块4.2。另外，由监控装置5连续获取的所有状况参数实际值通过数据线17被传送到转换模块4.2。在转换模块4.2中集成有机器学习程序，机器学习程序通过分析算法从过程参数实际值和状况参数实际值中确定过程参数之一的至少一个目标值。用于执行具体过程步骤的过程参数的目标值被提供给控制模块4.1，借助该控制模块可以自动进行相关的过程步骤的转换。因此，由转换模块4.2确定的过程参数目标值经由控制模块4.1被直接提供给相关的控制单元2.1至2.6，其直接执行用于过程步骤转换的控制指令。通过控制单元2.2到2.6连续地将随后更改的过程参数作为实际值直接提供给控制模块4.1，进而提供给转换模块4.2。机器学习程序相应执行连续分析，其导致过程参数的相应目标值，进而导致整个熔纺过程的自动化控制。
由于这样的机器学习程序在新近开始熔纺工艺时需要学习阶段以产生稳定过程控制，故与过程参数和状况参数有关的一些基本数据被预先提供给转换模块。另外，优选限定了启动阶段，在启动阶段中，由转换模块发起的过程控制可能导致过程恶化并且将被允许。由此，有利地基于由状况参数确定的质量参数、在这种情况下是由单元纱线质量所产生的纱线断裂数来监控该过程。因此，通常希望纱线断头率尽可能地低，以便获得长的工作时间而不会中断。因此在所谓的启动阶段中允许超过规定的质量值，该质量值由断头率给出。仅在熔纺过程的启动阶段完成之后才可能有由转换模块和控制指令确定的过程参数的目标值，随后是就可能的断头率而言的恒定的或改善的质量值。
关于过程稳定性还有利的是，在开始工作之前，将在自动机器控制装置中可改变的过程参数和过程步骤指定给转换模块4.2。例如与熔体产生装置1.1有关的工艺过程变化可以相应地与其它条件联系在一起，因为熔体产生装置1.1的过程参数的变化影响所有纺丝位置3.1至3.4。因此，根据本发明的用于控制熔纺工艺的方法和根据本发明的熔纺设备具有特殊优点，即，用于控制工艺的人工费用被减至最低。因此，只有在启动阶段完成后仍无法得到过程稳定性的情况下才需要操作员干预。

Claims (7)

1.一种控制用于生产纱线的熔纺过程的方法，其中，对包括熔体产生、长丝挤出、纱线处理和纱线卷绕的多个过程步骤的多个过程参数进行监视，其中，针对每根所述纱线来监视多个状况参数中的至少一个状况参数，并且共同分析所述状况参数的相应实际值和所述过程参数的相应实际值，
其特征在于，
通过所述状况参数的实际值和所述过程参数的实际值来确定其中一个所述过程参数的至少一个目标值，相关的所述过程步骤以自动化方式被转换至设定所述过程参数，
其中，作为所述状况参数来监视在其中一根纱线处出现纱线断裂，并且质量参数由每单位纱线质量的纱线断裂数量来确定，并且至少在所述熔纺过程的启动阶段完成之后，仅允许导致维持或改善所述质量参数的过程步骤的转换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连续监视所述过程参数和所述状况参数，其中，通过所述过程参数的相应实际值和所述状况参数的相应实际值来确定所述过程参数的其它目标值，并且相关的过程步骤以自动化方式被转换至设定所述过程参数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过机器学习程序由所述过程参数的实际值和所述状况参数的实际值来确定所述过程参数的目标值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为了自动控制而被释放的所述过程步骤和/或所述过程参数被指定给所述机器学习程序。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述熔纺过程的所述启动阶段允许导致所述质量参数恶化的过程步骤的转换。
6.一种用于生产纱线的熔纺设备，所述熔纺设备具有用于执行多个过程步骤的熔体产生装置(1.1)、熔纺装置(1.2)、处理装置(1.3)和卷绕装置(1.4)，所述熔纺设备具有监视装置(5)和机器控制装置(4)，所述机器控制装置被连接到所述监视装置(5)以接收状况参数并被连接到所述熔体产生装置(1.1)、所述熔纺装置(1.2)、所述处理装置(1.3)和所述卷绕装置(1.4)来执行所述过程步骤以接收过程参数，
其特征在于，
所述机器控制装置(4)具有转换模块(4.2)，通过所述转换模块(4.2)能由所述状况参数的实际值和所述过程参数的实际值生成至少一个控制指令，用于将所述熔体产生装置(1.1)、所述熔纺装置(1.2)、所述处理装置(1.3)和所述卷绕装置(1.4)中的其中一个装置的其中一个过程步骤自动转换为其中一个所述过程参数的目标值，
其中，所述监视装置(5)具有多个连接至所述转换模块(4.2)的断纱传感器装置(5.1)，
并且其中，至少在所述熔纺过程的启动阶段完成之后，仅允许导致维持或改善所述质量参数的过程步骤的转换。
7.根据权利要求6所述的熔纺设备，其特征在于，所述转换模块(4.2)具有机器学习程序，借助所述机器学习程序能够通过所述状况参数的实际值和所述过程参数的实际值生成所述过程参数的所述目标值。
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