TW201326494A - 紡紗機之監控系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種紡紗機的監控系統，其包含可程式邏輯控制器以及變頻器。紡紗機所需操作電流的電流波動值是在一取樣期間經取樣而得。當紡紗機的電流波動值小於預設容許電流波動值時，可程式邏輯控制器控制變頻器驅使紡紗機停止運轉。

Description

紡紗機之監控系統及方法

本發明內容是有關於一種監控系統及方法，且特別是有關於一種用於監控紡紗機之監控系統及方法。

在今日業界均為節省人力的目的下，紡紗的動作均已由工作人員操作紡紗機（或細紗機）來進行，當紡紗的動作進行至一定程度時，工作人員便需要執行落紗(doffing)工作，對紡紗機上的筒管繞滿紗線，以利後續紡紗的動作。
然而，在紡紗進行的過程中，由於人工操作的因素，紗線的使用情況無法受到即時監測，造成紡紗機處於空載的情形，導致生產效率降低，更使得對紗線用量或長度進行計量的儀器所顯示的數值，與實際生產出來的紡紗數量落差相當大，造成產品數量與計數值無法匹配，致使管控不易。
另一方面，上述問題雖然可藉由在機台上設置監視裝置（例如：在每個紗錠上配置一個傳感器），以避免機台處於空載的情形，然而，此種作法所需要耗費的成本過高（例如：單一機台上可能需要配置1000個傳感器），不符經濟效益，在現實考量下不易達成。
因此，為了解決上述問題，需要一種更簡單且成本更低的方式。

本發明內容是關於一種用於監控紡紗機之監控系統及方法，藉以解決對紡紗機監控不易的問題。
本發明內容之一實施方式係關於一種紡紗機之監控系統，其包含可程式邏輯控制器以及變頻器。可程式邏輯控制器用以依據設定信號產生控制信號。變頻器電性連接可程式邏輯控制器，並用以依據控制信號驅動紡紗機，其中紡紗機所需操作電流的電流波動值是在一取樣期間經取樣而得。當紡紗機的該電流波動值小於預設容許電流波動值時，可程式邏輯控制器控制變頻器驅使紡紗機停止運轉。
在本發明一實施例中，監控系統更包含主機，主機與可程式邏輯控制器相互通信而用以產生設定信號。
在本發明另一實施例中，主機是透過第一傳輸介面與可程式邏輯控制器通信，可程式邏輯控制器是透過第二傳輸介面與變頻器通信，第一傳輸介面與第二傳輸介面不相同。
在本發明次一實施例中，上述第一傳輸介面是傳輸控制協定/網際網路協定(TCP/IP)或RS232串列埠傳輸介面，上述第二傳輸介面是RS485串列埠傳輸介面。
在本發明又一實施例中，監控系統更包含網路閘道器，主機透過網路閘道器存取可程式邏輯控制器中的資料。
本發明內容之另一實施方式係關於一種紡紗機之監控方法，其包含：在一取樣期間對一紡紗機所需操作電流的電流波動值進行取樣；比較電流波動值和一預設容許電流波動值；以及當電流波動值小於該預設容許電流波動值時，產生一警示信號。
在本發明一實施例中，監控方法更包含藉由一可程式邏輯控制器依據警示信號控制紡紗機停止運轉。
在本發明另一實施例中，監控方法更包含藉由一可程式邏輯控制器依據警示信號控制一變頻器，以透過變頻器驅使紡紗機停止運轉。
在本發明次一實施例中，對紡紗機所需操作電流的電流波動值進行取樣的步驟更包含：在取樣期間偵測紡紗機操作時所需的最大操作電流以及最小操作電流；以及依據所偵測之最大操作電流與最小操作電流間的差值取得電流波動值。
在本發明又一實施例中，監控方法更包含當電流波動值大於預設容許電流波動值時，持續在下一取樣期間對紡紗機所需操作電流的電流波動值進行取樣。
根據本發明之技術內容，應用前述紡紗機的監控系統及方法，可以避免紡紗機處於空載的情形導致生產效率降低，更可以促使對紗線用量或長度進行計量的儀器所顯示的數值，與實際生產出來的紡紗數量接近，讓產品數量與計數值能夠互相匹配，進一步方便管控。此外，更可省去大量監視裝置的設置，節省成本，符合經濟效益。
本發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。
關於本文中所使用之『約』、『大約』或『大致』一般通常係指數值之誤差或範圍於百分之二十以內，較好地是於百分之十以內，而更佳地則是於百分之五以內。文中若無明確說明，其所提及的數值皆視作為近似值，即如『約』、『大約』或『大致』所表示的誤差或範圍。
另外，關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，而『耦接』還可指二或多個元件相互操作或動作。
第1圖是依照本發明實施例繪示一種紡紗機的監控系統的示意圖。此監控系統100包含可程式邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）110以及變頻器（Variable-frequency Drive，或稱Inverter）120。可程式邏輯控制器110是用以依據設定信號產生控制信號。變頻器120電性連接可程式邏輯控制器110，並用以依據可程式邏輯控制器110產生的控制信號來驅動紡紗機130（或細紗機），主要控制紡紗機130的傳動及其電氣特性，使得紡紗機130得以順利進行紡紗操作。
舉例來說，可程式邏輯控制器110可依據設定信號（如：設定參數）產生相對應的控制信號（如：控制電流），使得變頻器120於相對應的頻率下操作，以驅動紡紗機130中的馬達135，致使馬達135透過機械機構帶動紡紗機130中的錠子（spindle）以及位於前、中、後等不同位置的各個羅拉（roller），其中錠子可以是紡紗機上加拈捲繞的主要部件之一，其是以兩點支承的細長回轉軸為主體的組合件。
實作上，上述可程式邏輯控制器110可以是具有暫時儲存操作端所送出命令的佇列功能的可程式邏輯控制器，以供控制指令隨時載入於可程式邏輯控制器110中，由可程式邏輯控制器110根據輸入的控制指令來控制機器的運作。
其次，當紡紗機130受變頻器120驅動時，紡紗機130所需的操作電流會有明顯的電流波動，而紡紗機130所需操作電流的電流波動值可在一取樣期間經取樣而得。具體如下所述。
第2圖是依照本發明實施例繪示一種紗線張力變化的示意圖，第3圖是依照本發明實施例繪示一種紡紗機中電流變化曲線的示意圖。同時參照第2圖和第3圖，具體來說，小紗的張力大，中紗的張力小且穩定，而大紗的張力相較於中紗又更為增加，因此在紡紗進行的過程中，可依照小紗、中紗、大紗的張力變化來調控變頻器，進而調節錠子的速度，並使得鋼領板（ring）在不同時段作上升或下降，以定位於不同的高度（如：動程上部或動程下部）以利進行紡紗，或者可根據紡紗進行的過程中，鋼領板在相對應小紗、中紗、大紗等主要位置區段調控變頻器設置相應的速度，藉此調節紡紗機進行紡紗的速度（或稱車速）。
其次，由於紡紗機在運轉過程中，紗線會拖動鋼絲圈（ring traveler）進行迴轉，如此便需要克服鋼絲圈與鋼領間的摩擦阻力、導紗鉤與與鋼絲圈間的阻力及氣圈高速旋轉時的阻力等，並且隨著鋼領板的上下運動過程，氣圈的大小會出現週期性的變化，紗線的張力也會產生週期性的變化，因此紡紗機在帶載或負載運轉的情形，相較於紡紗機在空載運轉的情形，機台中會有明顯的電流波動產生，由第3圖即可明顯看出帶載正常運轉與空載異常運轉的情形下電流波動的不同。
再參照第1圖，依據上述紡紗機的操作，可在一取樣期間偵測紡紗機130操作時所需的最大操作電流以及最小操作電流，以最大操作電流與最小操作電流間的差值作為電流波動值，並對此電流波動值和一預設容許電流波動值作比較，當紡紗機130所需操作電流的電流波動值小於預設容許電流波動值時，可程式邏輯控制器110便控制變頻器120驅使紡紗機130停止運轉，以避免紡紗機130處於空載異常運轉的情形。
在另一實施例中，當紡紗機130所需操作電流的電流波動值小於預設容許電流波動值時，可依此產生警示信號以通知管理者或操作人員知悉，或者可程式邏輯控制器110可依據警示信號自動控制變頻器120，以透過變頻器120驅使紡紗機130停止運轉。
另一方面，當紡紗機130所需操作電流的電流波動值大於預設容許電流波動值時，表示紡紗機130處於帶載正常運轉的情形，可程式邏輯控制器110則控制變頻器120驅使紡紗機130繼續運轉。
如此一來，便可以避免紡紗機處於空載的情形，同時提高生產效率，方便管控，更可省去大量監視裝置的設置，節省成本，符合經濟效益。
如第1圖所示，在一實施例中，監控系統100更可包含主機140，其中主機140與可程式邏輯控制器110相互通信，並用以產生設定信號，藉此下達指令給可程式邏輯控制器110。實作上，主機140可以是主控端的伺服器（server），或是以人機介面（Man–Machine Interface，MMI）型式呈現的控制裝置，以供管理者或操作人員下達指令進行機械或設備的操作。
在另一實施例中，上述主機140可透過第一傳輸介面與可程式邏輯控制器110進行通信，可程式邏輯控制器110可透過第二傳輸介面與變頻器120進行通信，且第一傳輸介面與第二傳輸介面兩者不相同。
實作上，主機140可以透過傳輸控制協定/網際網路協定（TCP/IP）或是具RS232標準的串列埠傳輸介面與可程式邏輯控制器110進行通信，而可程式邏輯控制器110可以透過具RS485標準的串列埠傳輸介面與變頻器120進行通信。
較佳地，可程式邏輯控制器110與變頻器120更可以採用Modbus傳輸模式來進行資料的傳輸，其中Modbus資料傳輸協定是一種串列通信協議，其允許多個設備連接在同一個網路上進行通信，通常用來連接監控計算機和遠程終端控制單元（remote terminal unit，RTU）。
第4圖是依照本發明另一實施例繪示一種監控系統的示意圖。如第4圖所示，此監控系統400包含主機410、網路閘道器420、數個可程式邏輯控制器430以及如第1圖所示之變頻器。主機410透過網路閘道器420存取各個可程式邏輯控制器430中的資料，與各個可程式邏輯控制器430相互通信，並用以產生設定信號，藉此下達指令給各個可程式邏輯控制器430。然後，各個可程式邏輯控制器430依據設定信號產生控制信號，變頻器依據可程式邏輯控制器430產生的控制信號來驅動紡紗機（或細紗機），控制紡紗機的傳動及其電氣特性，使得紡紗機得以順利進行紡紗操作。
實作上，主機410可以透過傳輸控制協定/網際網路協定（TCP/IP）連接到網路閘道器420，且各個可程式邏輯控制器430也可以透過傳輸控制協定/網際網路協定（TCP/IP）連接到網路閘道器420，藉此使得主機410能透過網路閘道器420對多台可程式邏輯控制器430進行存取的動作。
第5圖是依照本發明實施例繪示一種紡紗機的監控方法的流程圖。如第5圖所示，首先在一取樣期間對紡紗機所需操作電流的電流波動值進行取樣（步驟S502）。接著，比較電流波動值和一預設容許電流波動值（步驟S504），其中預設容許電流波動值可以是紡紗機在空車運轉時其操作電流的電流波動值。然後，判斷電流波動值是否小於預設容許電流波動值（步驟S506），且當電流波動值小於預設容許電流波動值時，產生一警示信號（步驟S508），而當電流波動值不小於或大於預設容許電流波動值時，回到步驟S502持續在下一取樣期間對紡紗機所需操作電流的電流波動值進行取樣。
在一實施例中，上述監控方法更可包含藉由可程式邏輯控制器依據前述警示信號控制紡紗機停止運轉，使得紡紗機可於空載異常操作時停止運轉，避免生產效率降低。
在另一實施例中，上述監控方法更可包含藉由可程式邏輯控制器依據前述警示信號控制變頻器，以透過變頻器驅使紡紗機停止運轉，使得紡紗機可於空載異常操作時停止運轉，避免生產效率降低。
第6圖是依照本發明另一實施例繪示一種紡紗機的監控方法的流程圖。如第6圖所示，首先設定一取樣期間以及一預設容許電流波動值（如：△I）（步驟S602），其中預設容許電流波動值可以是紡紗機在空車運轉時其操作電流的電流波動值。接著，對取樣時間進行計數（步驟S604），然後在取樣期間內對紡紗機所需操作電流的電流波動值進行取樣，其中此取樣步驟更可包含在取樣期間內偵測紡紗機操作時所需的最大操作電流（如：Imax）以及最小操作電流（如：Imin）（步驟S606）。
其次，判斷取樣時間是否結束而達到所設定的取樣期間（步驟S608），當取樣時間尚未結束而達到所設定的取樣期間時，則回到步驟S606，繼續偵測紡紗機操作時所需的最大操作電流以及最小操作電流；另一方面，當取樣時間已結束而達到所設定的取樣期間時，則依據上述所偵測之最大操作電流與最小操作電流間的差值取得電流波動值（如：△Iact= Imax - Imin）（步驟S610）。
然後，比較電流波動值和預設容許電流波動值，並判斷比較電流波動值是否小於預設容許電流波動值（步驟S612），當電流波動值小於預設容許電流波動值時，產生警示信號（步驟S614），以供管理者或操作人員知悉；另一方面，當電流波動值不小於或大於預設容許電流波動值時，則回到步驟S604，持續計數取樣時間，並在下一取樣期間內對紡紗機所需操作電流的電流波動值進行取樣。
此外，上述監控方法更可包含藉由可程式邏輯控制器依據前述警示信號自動控制紡紗機停止運轉，使得紡紗機可於空載異常操作時停止運轉，避免生產效率降低。
在另一實施例中，上述監控方法更可包含藉由可程式邏輯控制器依據前述警示信號自動控制變頻器，以透過變頻器驅使紡紗機停止運轉，使得紡紗機可於空載異常操作時停止運轉，避免生產效率降低。
在本實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行，第5圖和第6圖所示之流程圖僅為實施例而已，並非用以限定本發明。
由上述本發明之實施例可知，應用前述紡紗機的監控系統及方法，可以避免紡紗機處於空載的情形導致生產效率降低，更可以促使對紗線用量或長度進行計量的儀器所顯示的數值，與實際生產出來的紡紗數量接近，讓產品數量與計數值能夠互相匹配，進一步方便管控。此外，更可省去大量監視裝置的設置，節省成本，符合經濟效益。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域具通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、400．．．監控系統

110、430．．．可程式邏輯控制器

120．．．變頻器

130．．．紡紗機

135．．．馬達

140、410．．．主機

420．．．網路閘道器

S502~S508、S602~S614．．．步驟

第1圖是依照本發明實施例繪示一種紡紗機的監控系統的示意圖。
第2圖是依照本發明實施例繪示一種紗線張力變化的示意圖。
第3圖是依照本發明實施例繪示一種紡紗機中電流變化曲線的示意圖。
第4圖是依照本發明另一實施例繪示一種監控系統的示意圖。
第5圖是依照本發明實施例繪示一種紡紗機的監控方法的流程圖。
第6圖是依照本發明另一實施例繪示一種紡紗機的監控方法的流程圖。

100．．．監控系統

110．．．可程式邏輯控制器

120．．．變頻器

130．．．紡紗機

135．．．馬達

140．．．主機

Claims (10)

1.  一種紡紗機之監控系統，包含：
   一可程式邏輯控制器，用以依據一設定信號產生一控制信號；以及
   一變頻器，電性連接該可程式邏輯控制器，並用以依據該控制信號驅動一紡紗機，其中該紡紗機所需操作電流的電流波動值是在一取樣期間經取樣而得；
   其中當該紡紗機的該電流波動值小於一預設容許電流波動值時，該可程式邏輯控制器控制該變頻器驅使該紡紗機停止運轉。
2. 如請求項1所述之紡紗機之監控系統，更包含：
   一主機，與該可程式邏輯控制器相互通信，用以產生該設定信號。
3. 如請求項2所述之紡紗機之監控系統，其中該主機是透過一第一傳輸介面與該可程式邏輯控制器通信，該可程式邏輯控制器是透過一第二傳輸介面與該變頻器通信，該第一傳輸介面與該第二傳輸介面不相同。
4. 如請求項3所述之紡紗機之監控系統，其中該第一傳輸介面是一傳輸控制協定/網際網路協定(TCP/IP)或一RS232串列埠傳輸介面，該第二傳輸介面是一RS485串列埠傳輸介面。
5. 如請求項2所述之紡紗機之監控系統，更包含：
   一網路閘道器，該主機透過該網路閘道器存取該可程式邏輯控制器中的資料。
6. 一種紡紗機之監控方法，包含：
   在一取樣期間對一紡紗機所需操作電流的電流波動值進行取樣；
   比較該電流波動值和一預設容許電流波動值；以及
   當該電流波動值小於該預設容許電流波動值時，產生一警示信號。
7. 如請求項6所述之監控方法，更包含：
   藉由一可程式邏輯控制器依據該警示信號控制該紡紗機停止運轉。
8. 如請求項6所述之監控方法，更包含：
   藉由一可程式邏輯控制器依據該警示信號控制一變頻器，以透過該變頻器驅使該紡紗機停止運轉。
9. 如請求項6所述之監控方法，其中對該紡紗機所需操作電流的電流波動值進行取樣的步驟更包含：
   在該取樣期間偵測該紡紗機操作時所需的最大操作電流以及最小操作電流；以及
   依據所偵測之該最大操作電流與該最小操作電流間的差值取得該電流波動值。
10. 如請求項6所述之監控方法，更包含：
    當該電流波動值大於該預設容許電流波動值時，持續在下一取樣期間對該紡紗機所需操作電流的電流波動值進行取樣。