DE19618900A1 - Verfahren zur Steuerung sowie zur Regelung der Wärmebehandlung von bahnförmigem Gut, insbesondere einer textilen Warenbahn - Google Patents

Verfahren zur Steuerung sowie zur Regelung der Wärmebehandlung von bahnförmigem Gut, insbesondere einer textilen Warenbahn

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DE19618900A1
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Dirk Zschenderlein
Holger Klein
Hartmut Hellwich
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Textilforschungsinstitut Thueringen Vogtland TITV eV
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Textilforschungsinstitut Thueringen Vogtland TITV eV
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    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06C—FINISHING, DRESSING, TENTERING OR STRETCHING TEXTILE FABRICS
    • D06C7/00—Heating or cooling textile fabrics
    • D06C7/02—Setting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B13/00—Machines and apparatus for drying fabrics, fibres, yarns, or other materials in long lengths, with progressive movement
    • F26B13/10—Arrangements for feeding, heating or supporting materials; Controlling movement, tension or position of materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B25/00—Details of general application not covered by group F26B21/00 or F26B23/00
    • F26B25/22—Controlling the drying process in dependence on liquid content of solid materials or objects
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0265—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion
    • G05B13/0275—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion using fuzzy logic only
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung sowie zur Regelung der Wärmebehandlung von bahnförmigem Gut, insbesondere einer textilen Warenbahn, die mit einem Strom eines gasförmigen Behandlungsmediums beaufschlagt wird, wobei durch On-Line-Messung für wichtige Prozeß­ parameter ein gesamtheitliches Abbild des Prozeßzustandes ermittelt wird. Insbesondere handelt es sich um eine Trocken- und Fixierbehandlung einer durch Spannrahmen geführten Warenbahn.
Nach DE OS 37 41 876 A ist es bekannt, Trocken- und Fixier-Prozesse auf Spannrahmen durch klassische Steue­ rungen und Regelungen zu beeinflussen. Derzeit sind verschiedene Regelsysteme im Einsatz. Diese beruhen nach DE OS 37 10 202 und DE OS 33 28 557 in der Nutzung meist nur einer Meßgröße zur vermeintlichen Steuerung des Gesamtprozesses. Dadurch kann der Entwässerungs-, Trocken- und Fixierprozeß nur unzureichend beschrieben werden. Die hohe Anzahl von Einflußgrößen für den Gesamtprozeß sowie analytisch nicht bestimmbare Zusammen­ hänge zwischen den Prozeßparametern erschweren den Zugang über eine klassische Regelung erheblich. Eine exakte und umfassende Erfassung und Verarbeitung aller Meß­ größen ist derzeit auf Grund unzureichender Meßmittel und Rechentechnik nicht realisierbar.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Steuerung sowie zur Regelung der Wärmebehandlung von bahnförmigem Gut, insbesondere des Trocknens einer textilen Warenbahn, innerhalb einer Trockenmaschine, die mit einem Strom eines gasförmigen Behandlungsmediums beaufschlagt wird, unter besonderer Beachtung des Prozeßgesamtzustandes zu entwickeln.
Dies wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruches gelöst.
Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Trocknen von Baumwolle
Es wird eine funktionsfähige Implementation für Trocken­ prozesse auf Spannrahmen aufgezeigt.
Ein speziell mit diesem Maschinentyp vertrauter Veredlungs­ technologe gibt die Regelstrategie dem Programmierer vor. Aufgabe ist es, das Entscheidungsverhalten des Veredlungs­ technologen nachzubilden und gegebenenfalls zu verfeinern, um eine Prozeßoptimierung zu erreichen.
Die charakteristische Größe dieses Verfahrens ist die Restfeuchte der getrockneten Warenbahn. Nach ihr wird das Prozeßergebnis vom Veredlungstechnologen bewertet. Dabei kann eine Einteilung in drei Hauptbereiche gefunden werden:
  • - naß: < 8,5%
  • - trocken: 5-7%
  • - übertrocknet: < 3%
Die Bewertung von Zwischengrößen stellt sich in der her­ kömmlichen Regelungstechnik aufgrund fehlender analyti­ scher Prozeßkenntnisse problemhaft dar. Durch erfindungs­ gemäßen Einsatz des bekannten Fuzzy-Reglers werden diese Zwischengrößen für die Steuerung und Regelung zugänglich. Z. B. kann somit der Restfeuchtewert von 4% bewertet werden.
Gleiches gilt für den größten Teil der Eingangswerte. In Betracht zu ziehen sind dabei Größen, wie Umlufttempe­ raturen an Ein- und Auslauf der Maschine sowie im Düsen­ kasten. Als scharfe Beschreibung ist lediglich der Sach­ verhalt bekannt, daß die Verdampfung von Flüssigkeiten bei einer Temperatur oberhalb 100°C erfolgt. Fällt die Umlufttemperatur unterhalb dieses Wertes, ist ein Trocknen nicht mehr möglich.
Aufgrund dieses Sachverhaltes und vieler Erfahrungswerte gibt der Veredler folgende Unterteilungen an:
Temperatur im Ablaufkanal Eingang Außen:
  • - kalt: < 30°C
  • - warm: 70-81°C
  • - heiß: < 97°C
Temperatur im Abluftkanal Eingang Innen:
  • - kalt: < 50°C
  • - warm: 76-91°C
  • - heiß: < 97°C
Temperatur im Düsenkasten Unten:
  • - kalt: < 102°C
  • - warm: 105-118°C
  • - heiß: < 128°C
Temperatur im Düsenkasten Oben:
  • - kalt: < 68°C
  • - warm: 74-108°C
  • - heiß: < 128°C
Temperatur im Abluftkanal Ausgang Innen:
  • - kalt: < 50°C
  • - warm: 76-91°C
  • - heiß: < 97°C
Temperatur im Abluftkanal Ausgang Außen:
  • - kalt: < 25°C
  • - warm: 58-65°C
  • - heiß: < 80°C
Ebenso ist die Warentemperatur selbst eine sehr entschei­ dende Größe. Hier wird angenommen, daß eine Warenbahn mit über 100°C getrocknet ist. Die Warenbahn muß also während des Durchlaufes mindestens einmal über diese Temperatur erwärmt worden sein. Eine zu hohe Erwärmung ist jedoch auch nicht wünschenswert, da hierbei unnötig Energie aufgewendet und die Warenbahn sinnlos beansprucht und übertrocknet wird. Damit lassen sich folgende Einstellungen formulieren:
Temperatur des Strahlungspyrometers am Ausgang:
  • - kalt. < 99°C
  • - warm: 105-130°C
  • - heiß: < 150°C
Nicht zu vergessen ist aber auch die Feuchte der einlau­ fenden Warenbahn. Durch diese Größe können Veränderungen bereits vorzeitig erkannt und korrigiert werden.
Einlauffeuchte:
  • - trocken: < 15%
  • - feucht: 41-58%
  • - naß: < 73%
Für die Durchlaufgeschwindigkeit als die vom Regler beein­ flußte Eingangsgröße der Maschinensystems entstehen die aufgeführten Terme:
  • - langsam: < 0,45 m* min-1
  • - normal: 1,07 m* min-1
  • - schnell: < 1,5 m* min-1
Angemerkt sei hier, daß die Unterteilungen und konkreten Zahlenwerte in Abhängigkeit vom verwendeten Maschinentyp und den individuellen Erfahrungen des befragten Experten stark abweichen können. Die Verwendung von mehreren Zustandsgrößen bzw. deren Weglassen oder die Zuordnung bestimmter Größen in eine niedrigere oder höhere Anzahl von Bereichen sind mögliche Variationen dieses Prinzips. Die folgende Abbildung soll die Anwendung des Fuzzy-Zustands­ reglers für den Trockenprozeß noch einmal verdeutlichen.
An der Maschine angebaute Meßtechnik liefert dem zur Regelung verwendeten Rechner Zahlenwerte die den oben angeführten Prozeßgrößen entsprechen. Nach der Anwendung der entsprechenden Umrechnungsfunktionen ergeben sich für den Fuzzy-Regler folgende Zugehörigkeitsfunktionen.
Die Regelstrategie des befragten Veredlers beinhaltet im wesentlichen folgende Aussagen:
  • 1. Die Restfeuchte soll im angegebenen Normalbereich (trocken) gehalten werden. Ist die Ware naß, muß die Geschwindigkeit abgesenkt werden.
  • 2. Bei übertrockener Ware kann die Geschwindigkeit gesteigert werden.
  • 3. Droht ein Absinken der Warentemperatur am Ausgangs-Strahlungspyrometer, ist die Geschwindigkeit sofort zu reduzieren, um das Unterschreiten der 100°C-Marke zu verhindern.
  • 4. Unnötige hohe Warentemperaturen (heiß) sollen zur Geschwindigkeitssteigerung führen.
  • 5. Zu niedrige Umlufttemperaturen bewirken eine Verringerung der Durchlaufgeschwindigkeit.
  • 6. Hohe Umlufttemperaturen führen zur Beschleunigung der Ware.
  • 7. Auf hohe Feuchten am Einlauf soll mit einem Herabsetzen der Geschwindigkeit reagiert werden.
  • 8. Bei geringer Einlauffeuchte kann die Geschwindigkeit erhöht werden.
Auf der Basis der oben aufgeführten Zuordnung wird die Strategie in ein Regelwerk umgesetzt. Dabei sind Ergänzungen notwendig, um eine vollständige Regelmenge zu erhalten. Das Ergebnis wird im folgenden wiedergegeben:
IF (EINLAUF=TROCKEN) THEN MOTOR: = SCHNELL;
IF (EINLAUF=FEUCHT) THEN MOTOR: = NORMAL;
IF (EINLAUF=NASS) THEN MOTOR: = LANGSAM;
IF (AK_E_A=KALT) THEN MOTOR: = LANGSAM;
IF (AK_E_A=WARM) THEN MOTOR: = NORMAL;
IF (AK_E_A=HEISS) THEN MOTOR: = SCHNELL;
IF (AK_E_I=KALT) THEN MOTOR: = LANGSAM;
IF (AK_E_I=WARM) THEN MOTOR: = NORMAL;
IF (AK_E_I=HEISS) THEN MOTOR: = SCHNELL;
IF (AK_A_A=KALT) THEN MOTOR: = LANGSAM;
IF (AK_A_A=WARM) THEN MOTOR: = NORMAL;
IF (AK_A_A=HEISS) THEN MOTOR: = SCHNELL;
IF (AK_E_I=KALT) THEN MOTOR: = LANGSAM;
IF (AK_E_I=WARM) THEN MOTOR: = NORMAL;
IF (AK_E_I=HEISS) THEN MOTOR: = SCHNELL;
IF (DKU=KALT) THEN MOTOR: = LANGSAM;
IF (DKU=WARM) THEN MOTOR: = NORMAL;
IF (DKU=HEISS) THEN MOTOR: = SCHNELL;
IF (DKO=KALT) THEN MOTOR: = LANGSAM;
IF (DKO=WARM) THEN MOTOR: = NORMAL;
IF (DKO=HEISS) THEN MOTOR: = SCHNELL;
IF (SPYTREIN=KALT) THEN MOTOR: = LANGSAM;
IF (SPYTREIN=WARM) THEN MOTOR: = NORMAL;
IF (SPYTREIN=HEISS) THEN MOTOR: = SCHNELL;
IF (SPYTRAUS=KALT) THEN MOTOR: = LANGSAM;
IF (SPYTRAUS=WARM) THEN MOTOR: = NORMAL;
IF (SPYTRAUS=HEISS) THEN MOTOR: = SCHNELL;
IF (RESTF=AUS) THEN MOTOR: = NORMAL;
IF (RESTF=TROCKEN) THEN MOTOR: = SCHNELL;
IF (RESTF=FEUCHT) THEN MOTOR: = NORMAL;
IF (RESTF=NASS) THEN MOTOR: = LANGSAM;
IF (RESTF=KEIN_MAT) THEN MOTOR: = NORMAL.
Zu erkennen ist eine Erweiterung im Sinne oben aufgeführter Variationen. Bei der Größe RESTF (Restfeuchte) werden mit den Zuordnungen KEIN_MAT und AUS Ausnahmebetriebszustände des Feuchtesensors registriert. Durch praktische Erprobung, sowie zusätzliche Erfahrungen kann ein solcher Regler, insbesondere dessen Zugehörigkeitsfunktionen, weiter angepaßt und verfeinert werden.
Fixieren von Polyester
Den Expertenaussagen zufolge, wird beim Fixieren im Gegensatz zum Trocknen die Erwärmung des Gewebes auf eine definierte Temperatur für eine bestimmte Mindestzeit angestrebt. Dies führt zu Veränderungen in der Reglerimplementation. Zunächst werden zwei Meßpunkte für die Warentemperatur benötigt, um eine definierte Fixierstrecke, zwischen den beiden Sensoren zu erhalten. Über die Länge dieser Strecke und die Durchlaufgeschwindigkeit kann auf die Fixierzeit geschlossen werden. Hier kann das Pyrometer am Trocknereingang eingesetzt werden, welches beim Trockenprozeß nur eine untergeordnete Rolle spielte. Das Gewebe soll an dieser Stelle die gewünschte Fixiertemperatur besitzen und diese bis zum Erreichen des Pyrometers am Ausgang in einem engen Toleranzbereich halten.
Entsprechend der vorgegebenen Fixierzeit und des Abstandes zwischen den Pyrometern wird die Geschwindigkeit geregelt. Zusätzlich gelten bezüglich der Umluft und der Warenfeuchten die selben Regeln, wie beim Trocknen nur, daß die 100°C Marke durch die Fixiertemperatur ersetzt wird.
Es läßt sich nun ähnlich, wie im vorhergehenden Beispiel ein Satz von Zugehörigkeitsfunktionen für die Prozeßzustandsgrößen bilden und ein entsprechendes Regelwerk implementieren. Das Funktionsprinzip geht aus nachfolgender Abbildung hervor:
In Abwandlung des ersten Reglers sind nun die Führungsgrößen nicht mehr als feste Parameter im Regler eingebunden, sondern können von außen (z. B. durch den Maschinenführer) bestimmt werden.
Weitere Veränderungen bezüglich der Soll-, Zustands- oder Stellgrößen sind möglich.
Durch Einsatz eines Fuzzy-Reglers werden die aufgeführten Probleme klassischer Regelungsverfahren bei der Steuerung von Maschinen zur kontinuierlichen Wärmebehandlung, ins­ besondere an Spann- Trocknen- und Fixiermaschinen, gelöst.
Der mit dem Verfahren erreichte Vorteil liegt insbesondere darin, daß die Regelung von kontinuierlichen Trocken- und Fixierprozessen auch ohne analytische Kenntnisse der Zusammenhänge zwischen Maschinen- und Warenparametern vor­ genommen werden kann.
Der Hauptvorteil einer Regelung des vorgestellten Prinzips ist eine Warenbahn mit nahezu homogenen Eigenschaften bezüglich der durch das jeweilige Behandlungsverfahren beeinflußten Größen. Da der Stabilisierungseffekt auch bei extremen Prozeßschwankungen erhalten bleibt, entsteht durch das Verfahren ein erhebliches Maß an Sicherheit für Havariefälle oder bei unsachgemäßer Bedienung. Durch die bessere Umsetzung der Prozeßkenntnisse können Sicherheits­ reserven bezüglich der Temperatur und damit unnötiges Obertrocknen reduziert werden. Dies bewirkt eine deutliche Energieeinsparung gegenüber herkömmlichen Systemen. Ein positiver Nebeneffekt ist die geringere thermische Beanspruchung des Textilgutes. Erhöhte Temperaturen oder bereits vorgetrocknete Materialstellen werden direkt in eine höhere Kettengeschwindigkeit umgesetzt. Dies führt zu einer Beschleunigung des Verfahrens. Besonders bei langen Warenbahnen mit schwankenden Eigenschaften entstehen hier meßbare Vorteile. Auch wirkt sich dieser Umstand positiv auf die Gesamtenergiebilanz des Verfahrens aus.
Das erfindungsgemäße Verfahren unter Anwendung eines Fuzzy-Reglers ist analog anwendbar für andere Maschinen der Textil- und Papierindustrie, die Trocken-, Fixier-, Kondensier- und Applikationsprozesse durchführen, wie Schlichtmaschinen, Druckereimansarden, Druckereidämpfern u. dgl.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Steuerung sowie zur Regelung der Wärme­ behandlung von bahnförmigem Gut, insbesondere einer textilen Warenbahn, die mit einem Strom eines gasförmigen Behandlungsmediums beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Fachmann individuell vorgegebene Regelstrategie mittels Einsatz eines bekannten Fuzzy-Reglers hinsichtlich Heizleistung, Umluftverteilung, Abluftmenge und Maschinengeschwindigkeit optimiert wird und dabei die idealen Werte der Warenbahn­ feuchte des Restschrumpfes und des Fixiergrades der Warenbahn vorliegen.
DE1996118900 1996-05-10 1996-05-10 Verfahren zur Steuerung sowie zur Regelung der Wärmebehandlung von bahnförmigem Gut, insbesondere einer textilen Warenbahn Withdrawn DE19618900A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000066963A1 (de) * 1999-04-28 2000-11-09 Bühler AG Verfahren und vorrichtung zur optimierung der prozessführung sowie prozessüberwachung in einer anlage zur herstellung von teigwaren
CN118582944A (zh) * 2024-08-05 2024-09-03 绍兴恒元机械制造有限公司 一种纺织品的烘干控制方法及系统

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DE3328557A1 (de) * 1983-08-08 1985-02-28 H. Krantz Gmbh & Co, 5100 Aachen Verfahren zur waermebehandlung von textilgut und spannrahmen zur durchfuehrung des verfahrens
DE3710202A1 (de) * 1987-03-27 1988-10-06 Brueckner Trockentechnik Gmbh Regelverfahren zum betrieb einer spannmaschine fuer eine waermebehandlung von textilen warenbahnen
DE3741876A1 (de) * 1987-12-10 1989-06-22 Brueckner Trockentechnik Gmbh Vorrichtung zur waermebehandlung einer breitgefuehrten textilen warenbahn

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