JP2016505726A - 繊維製造機を制御する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、繊維製造機を制御する方法及びこの方法を実施する制御装置に関する。このような繊維製造機は、複数のアクチュエータ及び複数のセンサを備えた複数のプロセスユニットを有していて、アクチュエータ及びセンサは、情報を交換するために少なくとも１つの制御ユニットに接続されている。設置されたセンサと制御ユニット内に記憶された制御ソフトウエアとの間における適合を行うことができるようにするために、本発明によれば、センサは作動時に認識信号を形成して、前記制御ユニットに送信する。そのためにセンサは、認識信号を形成しかつ制御ユニットに伝達するマイクロコントローラを有している。

Description

本発明は、請求項１の前段部に記載の、繊維製造機を制御する方法、及び請求項８の前段部に記載の、繊維製造機を制御する方法を実施する装置に関する。

特に合成繊維及び合成糸の製造は、それぞれのプロセスに関連して種々様々な製造機によって実施される。繊維及び糸の製造は通常、いわゆる溶融紡糸装置を用いて行われ、このような溶融紡糸装置では、プロセスユニットは、押出し機、紡糸ポンプ、紡糸ノズル、ゴデット、延伸装置及び巻取り装置によって形成される。このとき、通常は複数の糸が同時に、紡糸され、延伸され、かつ巻き取られてパッケージを形成する。そのためにプロセスユニットは、複数の繊維又は糸を同時に案内しかつ処理することができる。これに対して、精密加工もしくは仕上げ加工（Veredelung）のために使用される製造機では、通常、個々の糸及び繊維束を案内するプロセスユニットが使用される。例えば、テクスチャード加工される糸を製造する繊維製造機は、通常、多数の加工箇所を有しており、これらの加工箇所に、糸を案内、処理及び延伸するそれぞれ複数のプロセスユニットが設けられている。

機械及びプロセスの型式とは無関係に、繊維製造機はそのプロセスユニットにおいてアクチュエータ及びセンサを、それぞれの製造プロセスを監視及び制御するために使用する。

このとき基本的には、各プロセスユニット又は各プロセス段階における実際状態を、繊維製品の所望の品質を保証する目標レベルに導くという要望がある。しかしながらそのためには、１つの制御チェーン又は調整内において共働する手段を常に同調させて、例えば実際値検出時において既に不都合な偏差が存在しないようにすることが、必要である。

多数の加工箇所を備えた繊維製造機を制御するために、例えば独国特許出願公開第１０２００７０３２２３７号明細書に基づいて、アクチュエータ及びセンサが機能ユニットを形成していて、これらの機能ユニットが互いに無関係なラインを介して制御信号又はセンサ信号を伝達するために制御装置に接続されているという構成が公知である。このときセンサと制御装置との間における情報交換は、プロセス又はプロセスユニットに関する情報を有するセンサ信号に制限されている。この公知の構成では、それぞれ該当するセンサから伝達された情報は、直接、評価及び制御のために使用可能であるということが、前提条件である。

実地においてはまず、次のような問題、すなわちセンサは基本的に、個々の信号偏差を惹起するおそれがある製造誤差の影響を受けるという問題がある。さらに、１つの繊維製造機において複数のプロセスユニットが存在する場合に、異なった測定領域を備えた同じ構造のセンサがしばしば使用されるという問題もある。従ってこのような場合には、センサの交換時に異なった測定領域を備えた同じ構造のセンサ型式の取り違えを回避するために、面倒もしくは高価な処置が必要である。

ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の、繊維製造機を制御する方法及びこの方法を実施する装置を改良して、プロセスを制御するのに必要なプロセスパラメータの検出を、確実にかつ最大可能なセンサ品質で実施できるようにすることである。

本発明の別の目的は、センサの誤った交換を回避する、繊維製造機を制御する方法及び制御装置を提供することである。

上記課題は、請求項１の特徴部に記載の方法、及び請求項８の特徴部に記載の制御装置によって解決される。

本発明の好適な態様は、それぞれの従属請求項の特徴及び特徴の組合せによって確定されている。

本発明は、プロセス開始のために、プロセスパラメータを検出するのに使用されるハードウエアと、測定値を評価するための記憶された制御ソフトウエアとの間における調整もしくは適合（Abgleich）が実施されることによって、傑出している。これによって、誤測定又は誤評価を好適に回避することができる。特に合成糸の製造のために、例えばゴデットの周速度又は処理温度のようなプロセスパラメータの維持及び監視は、製造される繊維製品の品質にとって重要である。センサハードウエアと記憶された制御ソフトウエアとの間における適合のために、センサは作動時に認識信号を発信し、この認識信号は制御ユニットに伝達される。これによって、それぞれのプロセスユニットにおいて使用されるセンサが同定もしくは識別可能である。センサの同定もしくは識別に関する情報は、センサユニットの内部において、例えばプロセスを開始するために利用することができる。識別不可能な認識信号が存在する場合に対しては、制御ユニットは例えば、識別不可能なセンサの交換を操作員に示すために、制御命令を出すことができる。これによって、繊維及び糸の製造時における高い製造確実性を実現することができる。

認識信号は、好ましくは２進コード又は２進コードのシーケンスを生ぜしめることができる。このようにすると、例えば、その製造データに関連して種々異なったソフトウエアアップデートを有するインテリジェントセンサを、好適に、２進コードのシーケンスに関して同定もしくは識別することができる。

繊維製造機の内部に多数のプロセスユニットが存在する場合に、可能な限り短い始動時間を得るために、本発明の別の好適な態様では、認識信号をセンサの作動時に、最大３０秒間、好ましくは２０秒間、送信する。センサの作動は、通常、供給電圧の印加によって行われるので、電圧供給のスイッチオン直後に、センサハードウエアと制御ソフトウエアとの間における適合が行われる。

しかしながらまた基本的には、センサは、制御ユニットによって生ぜしめられた解放時に初めて、認識信号を発信することも可能である。そのために制御ユニットを介して、認識信号を発信するために要請される解放信号がセンサに送信される。

プロセスガイドのために、本発明の別の態様では、特に好適には、制御ユニットの内部において認識信号に、センサに合わせられた固有の制御プログラムを対応させる。このようにすると、例えば、例えば補正のようなセンサ固有の特性を、個別に考慮することができる。

従ってセンサには、製造状態又は製品型式に関連して、固有の認識信号が対応させられ、これによって制御ユニットの内部においてそれぞれ固有の制御プログラムを呼び出すことができる。

本発明に係る制御装置は、方法を実施するために、センサのうちの１つのセンサにおいて、センサ固有の認識信号を形成する少なくとも１つのマイクロコントローラを有している。そして認識信号は、センサの作動時に発信され、制御ユニットに伝達される。

繊維製造プロセスを制御するために、制御ユニットは、認識信号に対応する制御プログラムを作動させることができる評価ユニットを有している。これにより、それぞれ固有のセンサに相応の制御プログラムが対応させられる。

プロセスユニットにおいて複数のセンサが、例えば回転数を監視するため及びゴデットの表面温度を監視するために使用される場合に、好適に使用される制御ユニットの態様では、センサの作動時に、対応するマイクロコントローラによって、製品固有の認識信号が形成可能であり、該認識信号に対して、制御装置の内部に、種々異なった制御プログラムが記憶されて設けられている。このように構成されていると、プロセス制御において関与するセンサそれぞれに対して、相応の制御プログラムを対応させることができる。

本発明に係る制御装置は、合成糸を製造する糸製造機において特に好適に使用することができる。このような糸製造機は、糸を巻き取るために、巻取り装置として複数の駆動されるスプールスピンドルを有するプロセスユニットを有している。このような態様では、好ましくは、センサは回転数センサとして形成され、アクチュエータはスピンドルモータとして形成されている。

同様に、好ましくは、延伸装置のゴデットを本発明に係る制御コンセプト内に組み込むことが可能であり、このような場合には、センサは回転数センサとして形成され、アクチュエータはゴデットモータとして形成されていてよい。

本発明に係る制御装置は、基本的には、特定のセンサ型式に制限されていない。例えば、センサが糸張力センサとして形成され、アクチュエータが、通常プロセスユニットにおいて糸をテクスチャード加工するために使用されるテクスチャード加工モータとして形成されているような態様も可能である。このとき重要なことは、プロセスガイドのために合わせられた実際値検出が保証されていることである。

次に、図面を参照しながら、繊維製造機の幾つかの実施の形態について、繊維製造機を制御する本発明に係る方法及びこの方法を実施する制御装置を詳説する。

合成糸を製造する繊維製造機を概略的に示す図である。 図１に示した延伸装置のゴデット駆動装置を概略的に示す図である。 合成糸をテクスチャード加工する繊維製造機を概略的に示す図である。

図１には、合成糸を製造する繊維製造機が概略的に示されている。このような溶融紡糸機は、通常、複数の紡糸ポジションを有しており、これらの紡糸ポジションは、それぞれ１つのグループの糸を製造するために互いに無関係に独立して制御可能である。溶融紡糸機は、紡糸ポジションに紡糸装置１、延伸装置２及び巻取り装置３を有しており、これらの装置１，２，３は、通常、糸走路に対して互いに鉛直方向で上下に配置されている。

紡糸装置１は、加熱された紡糸ビーム８を有していて、この紡糸ビーム８の下側には複数の紡糸ノズル９が保持されている。本実施の形態では、例えば４つの紡糸ノズル９が紡糸ビーム８の下側に示されている。紡糸ビーム８の上側には、紡糸ポンプ７が配置されており、この紡糸ポンプ７は、マルチプルポンプとして形成されていて、図示されていない分配システムを介して紡糸ノズル９に接続されている。従って各紡糸ノズル９には、ポリマ溶融物の個別の搬送流が供給される。そのために紡糸ポンプ７は、ポンプ駆動装置７.１とポンプ制御装置７.２を有している。

ポリマ溶融物は、本実施の形態では押出し機５によって生ぜしめられる。この押出し機５は、押出し機駆動装置５.１及び押出し機制御装置５.２を介して作動させられる。押出し機５の出口側には通常、測定ヘッドが配置されており、この測定ヘッドは少なくとも１つの圧力センサ及び温度センサを有する。本実施の形態では、圧力センサ５.３だけが例として示されている。

紡糸ビーム８の下側に配置された紡糸ノズル９は、その下側に、多数のノズル孔を備えた各１つのノズルプレート（図示せず）を有しており、これによってノズル孔から多数のフィラメントを押し出すことができる。これにより図示された紡糸ノズル９はそれぞれ、運転時に多数のフィラメントを生ぜしめ、これらのフィラメントは冷却後に１つのフィラメント束にまとめられる。フィラメントの冷却は、紡糸ビーム８の直ぐ下に形成された冷却装置１９によって行われる。冷却装置１９は、押し出されたばかりのフィラメントストランドを冷却空気によって冷却するために、図示されていない送風手段を有している。

紡糸装置１からの糸群の引出しを可能にするために、紡糸装置１と延伸装置２との間には、フィラメント束を湿潤させるために油剤供給装置１０が設けられている。

引出し及び延伸のために、延伸装置２は、２つの駆動されるゴデット１１，１２を有しており、これらのゴデット１１，１２は糸群によって複数回巻き掛けられている。そのために各ゴデット１１，１２には、各１つの変向ロール２０.１，２０.２が対応配置されている。ゴデット１１はゴデットモータ１１.１によって駆動され、ゴデット１２はゴデットモータ１２.１によって駆動される。各ゴデットモータ１１.１，１２.１には、ゴデット制御装置１１.２，１２.２が対応配置されている。駆動回転数を検出するために、ゴデット１１には回転数センサ１１.３が、ゴデット１２には回転数センサ１２.３が対応配置されている。

延伸された糸を収容するために、２つの巻取りスピンドル１３，１４を備えた巻取り装置３が設けられており、両巻取りスピンドル１３，１４は、回転可能な巻取りタレット（図示せず）に保持されている。巻取りスピンドル１３には、スピンドル駆動装置１３.１と回転数センサ１３.２とが対応配置されている。巻取りスピンドル１４には、別のスピンドル駆動装置１４.１と別の回転数センサ１４.２とが対応配置されている。

紡糸装置１、延伸装置２及び巻取り装置３のアクチュエータを制御しかつ監視するために、制御装置４が設けられている。そのために制御装置４は主制御ユニット１８を有している。この主制御ユニット１８は、好ましくはＰＣであるマイクロプロセッサによって形成されており、これにより、操作員による操作と可視化を可能にすることができる。主制御ユニット１８には、いわゆるマスタ・スレーブ配置形態でそれぞれ、紡糸制御ユニット１６、ゴデット制御ユニット２１及び巻取り制御ユニット１７が対応配置されている。紡糸制御ユニット１６は、紡糸装置１のアクチュエータ及びセンサの制御及び監視のために用いられる。相応に、延伸装置２のアクチュエータ及びセンサはゴデット制御ユニット２１によって制御及び監視され、かつ巻取り装置３のアクチュエータ及びセンサは巻取り制御ユニット１７によって制御及び監視される。

プロセス開始時に、プロセスパラメータを検出する適正なセンサが存在すること及びアクチュエータの相応に合わせられた制御が実施可能であることを保証するために、センサによって作動時に認識信号を生ぜしめ、それぞれの制御装置に供給することができる。この機能については、ゴデット１１及び対応配置されたゴデット制御ユニット２１を例として、図２に示されている。

図２における図示から分かるように、回転数センサ１１.３はマイクロコントローラ２２を有している。ゴデット１１の回転数センサ１１.３は、信号ライン２３を介してゴデット制御ユニット２１に接続されている。ゴデット制御ユニット２１は評価ユニット２４を有している。ゴデット制御ユニット２１は、制御ライン２５を介してゴデット制御装置１１.２及びゴデットモータ１１.１に接続されている。

本実施の形態では溶融紡糸機である繊維製造機の製造プロセスを開始したい場合、回転数センサ１１.３の作動時にマイクロコントローラ２２によって認識信号が生ぜしめられる。作動は例えば、回転数センサ１１.３への電圧供給によって開始することができる。通常は１つの２進コード又は複数の２進コードのシーケンスとして生ぜしめられる認識信号は、信号ライン２３を介してゴデット制御ユニット２１に供給される。ゴデット制御ユニット２１の内部には評価ユニット２４を介して認識信号が入力されて分析される。分析は、送られた認識信号とゴデット制御ユニット２１内に記憶された許容の認識信号との比較によって行うことができる。ゴデット制御ユニット２１の内部には、センサ固有の複数の制御プログラムが記憶されているので、回転数センサ１１.３の識別もしくは同定後に制御プログラムの相応の対応が行われる。制御プログラムは、その都度識別されたセンサに対する固有の特性パラメータ、例えば測定範囲、補正（Kalibrierung）等を有している。これにより製造プロセスを開始することができる。

ゴデット制御ユニット２１の内部において回転数センサ１１.３の識別が不可能な場合には、プロセスは開始されない。このような場合には、操作員に識別されていないセンサを報告するために、ゴデット制御ユニット２１は主制御ユニット１８に制御命令を送ることができる。

図１の図示から明らかなように、溶融紡糸機の内部において複数の回転数センサが、延伸装置２と巻取り装置３とに設けられている。これらの回転数センサ１１.３，１２.３，１３.２，１４.２は、それぞれマイクロコントローラを備えていて、最適化されたプロセス制御を可能にする。回転数センサとしては、好ましくは、認識信号を発信する各１つの高集積回路を内蔵するホールセンサが使用される。

図３には、本発明に係る制御装置を備えた繊維製造機の別の実施の形態が示されている。図３に示した実施の形態は、多数の加工箇所を有するテクスチャード加工機である。各加工箇所には、１つの機械フレーム内において、１つの糸走路に対して複数のプロセスユニットが配置されている。プロセスユニットの第１のグループは、クリール２８の供給スプール２７から糸２９を引き出す供給装置２６によって形成される。

糸２９の糸走路を用いて、以下において、加工箇所の別のプロセスユニットについて記載する。糸走行方向において第１の供給装置２６の下流側には、加熱装置３０及び冷却装置３１が位置している。加熱装置３０及び冷却装置３１は、糸走路平面において第１の供給装置２６の上に配置されていて、操作路３８を跨いで延在している。加熱装置３０及び冷却装置３１に続いて、さらに仮撚りアセンブリ３２及び糸張力センサ３４が設けられている。仮撚りアセンブリ３２は、テクスチャード加工モータ３３によって駆動され、このテクスチャード加工モータ３３にはテクスチャード加工制御装置４４が対応配置されている。糸２９は次いで第２の供給装置３５によって収容され、第３の供給装置３６を介して巻取りステーション３７に案内される。この巻取りステーション３７は、隣接した３つの加工箇所からの糸走路を包含する幅を有している。従って機械フレームには、３つの巻取りステーション３７が互いに上下に配置されている。

供給装置２６，３５は、本実施の形態では同一に構成されていて、それぞれゴデット３９と、該ゴデット３９に対応配置されたオーバフローロール４０とによって形成されている。ゴデット３９は、ゴデットモータ４１によって駆動される。オーバフローロール４０は自由回転可能に支持されているので、糸２９は複数回巻き掛けられて、ゴデット３９とオーバフローロール４０とを介して案内される。ゴデットモータ４１は、ゴデット制御装置４２.１，４２.２を介して機械制御ユニット４３に接続されている。同様に糸張力センサ３４もまた機械制御ユニット４３に接続されている。

糸製造機の、図３に示した実施の形態では、作動時に認識信号を生ぜしめるために、糸張力センサ３４はマイクロコントローラを備えて形成されている。認識信号は機械制御ユニット４３に送られるので、プロセス開始前にセンサハードウエアと制御ソフトウエアとの間の調整が可能である。例えば糸張力センサの型式に関連して、それに適合した制御プログラムを機械制御ユニット４３内において作動させることができ、これによりテクスチャード加工プロセスを適正に監視及び制御することができる。糸張力センサ３４及び機械制御ユニット４３は、図２に示した実施の形態と同様に形成されているので、ここでのさらなる説明は省く。運転時に糸張力センサ３４のセンサ信号は、テクスチャード加工制御装置４４を介してテクスチャード加工モータ３３における圧力媒体変化を調節するために使用することができる。

繊維製造機のための本発明に係る制御装置の、図１及び図３に示した実施の形態は、例に過ぎない。基本的には、プロセス制御のために重要なセンサを、認識サイクルに加えることができる。このとき、認識信号は、センサの作動時に短い時間送信される。通常、記憶された制御ソフトウエアを備えた、プロセスに関与するすべてのセンサを調整するためには、２０秒の時間で十分である。複雑な繊維製造機でも、調整は最大３０秒で実施することができる。

個別の調整を目的に合わせて行うことが必要な場合には、制御ユニットが、対応配置されたセンサに解放信号を送ることも可能である。解放信号を得た後で初めて、センサの内部において認識信号が生ぜしめられ、制御ユニットに伝えられる。これによって例えばプロセス中断後及びセンサの交換後における個別の適合を行うことができる。

１ 紡糸装置
２ 延伸装置
３ 巻取り装置
４ 制御装置
５ 押出し機
５.１ 押出し機駆動装置
５.２ 押出し機制御装置
５.３ 圧力センサ
６ 分配管路
７ 紡糸ポンプ
７.１ ポンプ駆動装置
７.２ ポンプ制御装置
８ 紡糸ビーム
９ 紡糸ノズル
１０ 油剤供給装置
１１ ゴデット
１１.１ ゴデットモータ
１１.２ ゴデット制御装置
１１.３ 回転数センサ
１２ ゴデット
１２.１ ゴデットモータ
１２.２ ゴデット制御装置
１２.３ 回転数センサ
１３ 巻取りスピンドル
１３.１ スピンドル駆動装置
１３.２ 回転数センサ
１４ 巻取りスピンドル
１４.１ スピンドル駆動装置
１４.２ 回転数センサ
１５ 巻取り制御装置
１６ 紡糸制御ユニット
１７ 巻取り制御ユニット
１８ 主制御ユニット
１９ 冷却装置
２０.１，２０.２ 変向ロール
２１ ゴデット制御ユニット
２２ マイクロコントローラ
２３ 信号ライン
２４ 評価ユニット
２５ 制御ライン
２６ 供給装置
２７ 供給スプール
２８ クリール
２９ 糸
３０ 加熱装置
３１ 冷却装置
３２ 仮撚りアセンブリ
３３ テクスチャード加工モータ
３４ 糸張力センサ
３５ 第２の供給装置
３６ 第３の供給装置
３７ 巻取りステーション
３８ 操作路
３９ ゴデット
４０ オーバフローロール
４１ ゴデットモータ
４２.１，４２.２ ゴデット制御装置
４３ 機械制御ユニット
４４ テクスチャード加工制御装置

Claims (13)

1. 複数のアクチュエータと複数のセンサとを備えた複数のプロセスユニットを有していて、前記アクチュエータ及び前記センサが情報を交換するために少なくとも１つの制御ユニットに接続されている、繊維製造機を制御する方法であって、
   前記センサは作動時に認識信号を形成して、前記制御ユニットに送信することを特徴とする、繊維製造機を制御する方法。
2. 認識信号として、２進コード又は２進コードのシーケンスを生ぜしめる、請求項１記載の方法。
3. 前記認識信号を前記センサの作動時に、最大３０秒間、好ましくは２０秒間、送信する、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記認識信号を前記センサの作動時に、解放信号が前記制御ユニットによって形成されて前記センサに送信された後で初めて、発信する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記制御ユニットの内部において前記認識信号に、前記センサに合わせられた固有の制御プログラムを対応させる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記センサは、製造状態又は製品型式に関連して、固有の認識信号を形成し、該認識信号に前記制御ユニットの内部においてそれぞれ固有の制御プログラムを対応させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記センサは、回転数センサとして、プロセスユニットの１つのゴデット又はスプールスピンドルの駆動速度を検出する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の繊維製造機を制御する方法を実施する制御装置であって、前記繊維製造機は、複数のアクチュエータ（１１.１，１２.１）及び複数のセンサ（１１.３，１２.３）を備えた複数のプロセスユニット（１，２，３）を有していて、前記アクチュエータ（１１.１，１２.１）及び前記センサ（１１.３，１２.３）は、情報を交換するために少なくとも１つの制御ユニット（２１）に接続されている制御装置において、
   前記センサのうちの少なくとも１つのセンサ（１１.３）は、認識信号を形成するマイクロコントローラ（２２）を有していて、該認識信号は、前記少なくとも１つのセンサ（１１.３）の作動時に前記制御ユニット（２１）に伝達可能であることを特徴とする、制御装置。
9. 前記制御ユニット（２１）は、前記認識信号に対応する制御プログラムを作動させることができる評価ユニット（２４）を有している、請求項８記載の制御装置。
10. 前記センサ（１１.３，１２.３）の作動時に、対応するマイクロコントローラ（２２）によって、製品固有の認識信号が形成可能であり、該認識信号に対して、前記制御装置（２１）の内部に、種々異なった制御プログラムが記憶されて設けられている、請求項８又は９記載の制御装置。
11. 前記プロセスユニットは、複数の駆動されるスプールスピンドル（１３，１４）を備えた巻取り装置（３）であり、前記センサは回転数センサ（１３.２，１４.２）として形成され、前記アクチュエータはスピンドルモータ（１３.１，１４.１）として形成されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載の制御装置。
12. 前記プロセスユニットは、複数の駆動されるゴデット（１１，１２）を備えた延伸装置（２）であり、前記センサは回転数センサ（１１.３，１２.３）として形成され、前記アクチュエータはゴデットモータ（１１.１，１２.１）として形成されている、請求項８から１１までのいずれか１項記載の制御装置。
13. 前記プロセスユニットは、駆動される仮撚りアセンブリ（３２）を備えたテクスチャード加工装置であり、前記センサは糸張力センサ（３４）として形成され、前記アクチュエータはテクスチャード加工モータ（３３）として形成されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載の制御装置。

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