EP3230501B1

EP3230501B1 - Verfahren und vorrichtung zum beschicken einer anlage mit fasern

Info

Publication number: EP3230501B1
Application number: EP15783955.6A
Authority: EP
Inventors: Frank WACKERZAPP; Reinhard Hartung; Christian Freitag
Original assignee: Truetzschler Group SE
Current assignee: Truetzschler Group SE
Priority date: 2014-12-13
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2035-10-09
Also published as: WO2016091340A1; DE102015106415A1; CN107002309B; BR112017011396A2; CN107002309A; US20170342603A1; EP3230501A1; BR112017011396B8; BR112017011396B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschicken einer Anlage mit Fasern, der Faserflocken zugeführt, diese zumindest teilweise aufgelöst und mittels einer Zuführvorrichtung einer pneumatischen Beschickungsanlage zugeführt werden, die die Fasern in den Speicher mindestens einer faserverarbeitenden Maschine, insbesondere einer Karde, Krempel, Öffner oder Reiniger, leitet.
Der Materialfluss innerhalb von Putzereianlagen oder Spinnereivorbereitungsanlagen wird über mechanische, elektrische und pneumatische Einrichtungen gewährleistet. Bei einer pneumatischen Befüllung einer Maschine kann über einen gewählten Zieldruck die Dichte und Höhe der Befüllung bestimmt werden. Die Gleichmäßigkeit der Befüllung, d.h. die Einhaltung des Zieldrucks, bestimmt die Gleichmäßigkeit der Materialvorlage. Daraus resultierend wird die Einhaltung der Produktion und Qualität des Produktes beeinflusst.
Die klassische Lösung basiert auf einer manuellen Einrichtung einer Steuerung oder eines Reglers der Material fördernden Maschine zur Erreichung einer ausreichenden und konstanten Befüllung der Folgemaschine. Kenntnisse der gewünschten Produktion, der grundlegenden Materialeigenschaften und der erwartenden Antriebswerte sind Voraussetzung für den Einrichtbetrieb. Diese Schritte und Kenntnisse sind bei jedem Wechsel der Produktion oder des Ausgangsmaterials notwendig. Darüber hinaus kann es auf Grund von Schwankungen in den Materialeigenschaften notwendig sein, fortwährende Korrekturen zur Produktionszeit auszuführen. Die Gleichmäßigkeit der Befüllung wird wesentlich durch die geeignete, manuelle Wahl des Arbeitspunktes, d.h. der Steuerungs- und Regelparameter bestimmt.
Variationen des Materials und/oder der Materialeigenschaften (Auflösung, Dichte, Feuchte, Temperatur), nicht-deterministische Schwankungen in der Austragung von Putzereimaschinen, sowie Wechsel in der Produktion selbst führen zu Schwankungen im Arbeitspunkt der Material fördernden Maschine und somit zu Schwankungen in der Befüllung der folgenden Maschine. Schwankungen in der Befüllung können zu Qualitäts-schwankungen des Produktes oder Ausfällen in der Produktion führen. Auf Basis bestehender Lösungen können diese Schwankungen im Arbeitspunkt einer Maschine oder Maschinenfolge nur durch fortwährende manuelle Eingriffe in den Einstellwerten korrigiert werden.
In der DE 10064655 B4 ist in einer der Karde vorgeschalteten pneumatischen Zuführ- und Verteilerleitung ein Druckmessgerät eingebaut, das den Differenzdruck als elektrisches Signal an einen Regler leitet. Über eine Steuereinrichtung wird der Differenzdruck über die Zeit verwendet, um einen korrigierten Druck-Istwert zu erzeugen, mit dem ein Antrieb eines Flockenförderers geregelt wird. Dadurch kann anhand der Steigung der Kurve des Druckes gegenüber der Zeit zeitlich zunehmende, gleich bleibende oder abnehmende Druckwerte vorweggenommen und dadurch die Zuspeisung der Flocken entsprechend eingestellt werden.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Einstellung der Steuerung oder Regelung der materialfördernden Maschine zur Erreichung einer ausreichenden und konstanten Befüllung der Folgemaschine, beispielsweise einer Karde, manuell erfolgen muss.
Gemäß der EP 0 894 878 A2 erfolgt in einer Anlage zur Verarbeitung von Textilfasern die Feinreinigung an einer Stelle, wo der Fasermaterialstrom schon (z. B. für das anschließende Kardieren) aufgeteilt worden ist, beispielsweise in einem Kardenfüllschacht. Das Reinigungsaggregat umfasst mindestens ein Ausscheideelement oberhalb einer Transportwalze. Eine Schmutzabfuhr umfasst Mittel, um ausgeschiedenes Material vom Bereich der Walze zu entfernen.
Die WO 2014/001867 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung der Faserzufuhr zu einer Karde mit einem Füllschacht. Der Füllschacht ist in einen Oberschacht und einen Unterschacht unterteilt, wobei in den Oberschacht Faserflocken eingespeist und mit einer Speisevorrichtung (19) in den Unterschacht transportiert werden. Die Faserflocken werden im Unterschacht unter einem bestimmten Druck zu einer Watte mit einem bestimmten Wattegewicht verdichtet. Es wird ein Sollwert für das Wattegewicht vorgegeben, welchem ein Druck für den Unterschacht zugeordnet wird. Anschliessend werden ein Istwert des Wattegewichts ermittelt und eine Korrektur des Sollwertes für den Drucks aufgrund eines Soll-Ist-Wert-Vergleichs des Wattegewichtes vorgenommen.
Aus der WO 98/32903 A1 ist eine Karde mit einem regulierten Streckwerk am Auslauf bekannt. Messwerte zum Regulieren des Streckwerks werden am verzogenen Faserband gewonnen. Die Bandablage kann gegenüber dem Streckwerk vorgesteuert werden, um die Beanspruchung des Faserbandes zwischen dem Streckwerk und der Bandablage in Grenzen zu halten. Um auf einfache und kostengünstige Art den dem Regulierstreckwerk vorgeschalteten Faserbandspeicher in kleinen Dimensionen ausbilden zu können, und ein rechtzeitiges Agieren auf langwellige Abweichungen in der gelieferten Faserbandmasse zu ermöglichen, können ein Sensor zwischen der Karde und dem Regulierstreckwerk angeordnet und die Basisdrehzahl des Antriebs für das Regulierstreckwerk anhand des Signals des Sensors verändert werden.
Die DE 2 352 37 4 A offenbart ein Verfahren zum Verarbeiten lockerer Fasern zu einer Faserbahn von im wesentlichen gleichmäßiger Dichte. Eine lockere Fasermasse wird von einer Seite gegen eine sich bewegende gelochte bzw. durchlässige Fläche geführt. Gleichzeitig wird ein Saugluftstrom von der vorgenannten einen Seite zur anderen Seite der durchlässigen Fläche durch diese Fläche hindurch geleitet, um Teile der Fasermasse zur Anlage an der Fläche zu bringen, damit sie durch die sich bewegende Fläche transportiert werden. Die sich je Zeiteinheit durch die sich bewegende Fläche hindurchgesaugte Luftmenge wird in Abhängigkeit von gefühlten Änderungen des auf der anderen Seite der Fläche herrschenden Unterdrucks, die durch Änderungen der Dichte der zur Anlage an der Fläche gebrachten Fasermasse hervorgerufen werden, zum Ausgleich dieser Änderungen variiert, sodass die sich bewegende Fläche in ihrer Bewegungrichtung gleich mäßige Fasermengen mitführt, aus denen eine Faserbahn von im wesentlichen gleichmäßiger Dichte gebildet wird.
Die EP 0 253 471 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zum Regeln eines Gewichts eines Vlieses. Dabei wird das aktuelle Gewicht von einer Kardiermaschine zugeführten Fasern in einem Ruhezustand in einer Wiegeschale gemessen. Eine Lieferwalze wird von einem Computer gesteuert, um der Wiegeschale ein voreingestelltes Fasergewicht zuzuführen. Die gewogenen Fasern werden einer Bandzuführung und einem pneumatischen Beschickungssystem zugeführt. Die Zuführung gewogener Fasern mittels eines Bands kann mithilfe des Einstellens der Geschwindigkeit einer Band-Lieferwalze eingestellt werden. Dadurch wird eine vorbestimmte Menge oder ein vorbestimmter Pegel an Fasern in einem Flockenspeiser aufrechterhalten. Von einem Druckfühler erfasster Druck wird genutzt, um die Fasermenge im Flockenspeiser kenntlich zu machen. Ein Drucksignal wird einem Computer zugeführt, um eine Lieferwalze anzusteuern. Eine Kardeneinzugswalze, die Fasern in Form einer Watte vom Flockenspeiser der Kardiermaschine zuführt, wird von dem Computer synchron mit der Geschwindigkeit der Kardiermaschine geregelt, wie von einer Abnehmerwalze erfasst. Ein voreingestelltes Wattegewichts-Signal wird mit einem tatsächlichen Gewichts-Signal verglichen, das das aktuelle Gewicht von der Wiegeschale zugeführten Fasern repräsentiert. Jedweder Unterschied zwischen dem voreingestellten Wattegewicht und dem aktuellen Fasergewicht wird mittels Einstellung des Betriebs der Karden-Lieferwalze kompensiert. Zugleich wird die Einstellung der Faser-Lieferwalze durchgeführt, um das Gewicht der der Schale zugeführten Fasern einzustellen und die Zufuhr des voreingestellten Gewichts an Fasern aufrechtzuerhalten. Zudem kann die Einstellung der Faser-Lieferwalze getätigt werden, um die Menge an Fasern im Flockenspeiser aufrechtzuerhalten, da die Zuführwalze variieren kann. Die Faser-Zuführwalze, die Faser-Lieferwalze und die Karden-Zuführwalze werden in vorbestimmten Verhältnissen in Synchronisation mit der Geschwindigkeit der Kardiermaschine betrieben.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die zuvor genannten Nachteile zu beheben und den Materialfluss automatisiert und präziser zu regeln.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Lehre nach den unabhängigen Ansprüchen; weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.
Gemäß der technischen Lehre nach Anspruch 1 umfasst das Verfahren zum Beschicken einer Anlage mit Fasern, der Faserflocken zugeführt, diese zumindest teilweise aufgelöst und mittels einer Zuführvorrichtung einer pneumatischen Beschickungsanlage zugeführt werden, die die Fasern in den Speicher mindestens einer faserverarbeitenden Maschine, insbesondere einer Karde, Krempel, Öffner oder Reiniger, leitet, einen Regelkreis, in den die Druck-Istwerte, die in der pneumatischen Beschickungsanlage gemessen und weiterverarbeitet einfließen, und in den der Massenstrom der weiterverarbeiteten Fasern, der an mindestens einer faserverarbeitenden Maschine gemessen und weiterverarbeitet einfließt, wobei der Regelkreis den optimalen Arbeitspunkt der Spinnereivorbereitungsanlage mittels eines Regelalgorithmus ermittelt und ein Signal an ein Stellglied der Zuführvorrichtung zur Regelung der Menge an Faserflocken geleitet wird. Dabei werden die Druck-Istwerte durch eine Differenzierung über die Zeit in einen korrigierten Druck-Istwert umgewandelt. Eine daraus entstehende Differenz fließt mit einem vorbestimmten Druck-Sollwert in den Regelkreis ein.
Mit diesen Werten bzw. zugehörigen Signale ermittelt der Regelkreis kontinuierlich die Austragungsmenge der flockenspeisenden Maschine in Abhängigkeit der Soll- und Ist-Produktion der faserverarbeitenden Maschine. Variationen des Materials oder der Materialeigenschaften, Produktionsschwankungen, sowie die weiteren Störfaktoren (z.B. Abschaltvorgänge einzelner Maschinen) werden automatisch durch den Regelkreis ausgeglichen.
In vorteilhafter Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Signal zur Regelung der Zuführvorrichtung in den Regelkreis zurückgeführt und dort erneut den Regelalgorithmus durchläuft. Der Regelkreis passt sich hierbei aufgrund der Rückführung mindestens eines Signals für eine Stellgröße kontinuierlich dem optimalen Arbeitspunkt an und "erlernt" die Produktion sowie die Auswirkungen der Änderungen auf Grund von Variationen in den Materialeigenschaften. Darüber hinaus werden die nicht-deterministischen Linearitätsabweichungen der materialfördernden Maschine im Regelkreis verarbeitet und ausgeglichen. Dies erfolgt hierbei immer ohne manuelle Eingriffe und führt selbstständig zu einer Einhaltung der Zielvorgaben und einer konstanten Befüllung der Folgemaschine.
In einer bevorzugten Ausführungsform geht der hinterlegte Regelalgorithmus zum Anfahren der Spinnereivorbereitungsanlage von einem konstanten Massenstrom an zugeführten Faserflocken aus. Damit ergibt sich eine geeignete, automatisierte Startwertschätzung, die die initiale Lernphase zusätzlich auf ein Minimum reduziert.
Der Arbeitspunkt einer Maschine oder Anlage zur Faserverarbeitung wird durch den sich an die Arbeitsbedingungen anpassenden Regelalgorithmus kontinuierlich und automatisch bestimmt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beschicken einer Anlage mit Fasern nach dem zweiten unabhängigen Anspruch, der Faserflocken zugeführt, diese zumindest teilweise aufgelöst und mittels einer Zuführvorrichtung einer pneumatischen Beschickungsanlage zugeführt werden, die die Fasern in den Speicher mindestens einer faserverarbeitenden Maschine, insbesondere einer Karde, Krempel, Öffner oder Reiniger, leitet. Die Erfindung ist so, dass mittels mindestens eines Reglers, der Teil eines Regelkreises ist, in den die Druck-Istwerte, die in der pneumatischen Beschickungsanlage gemessen und weiterverarbeitet einfließen, und in den der Massenstrom der weiterverarbeiteten Fasern, der an mindestens einer faserverarbeitenden Maschine gemessen und weiterverarbeitet einfließt, der optimale Arbeitspunkt der Anlage mittels eines Regelalgorithmus ermittelt und ein Signal an ein Stellglied der Zuführvorrichtung zur Regelung der Menge an Faserflocken geleitet wird. Die Druck-Istwerte, die in der pneumatischen Beschickungsanlage gemessen werden, werden durch eine Differenzierung über die Zeit in einen korrigierten Druck-Istwert umgewandelt und in einem weiteren Regler mit einem Druck-Sollwert verglichen. Die daraus entstehende Differenz fließt als Signal in den Regelkreis ein.
Nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Regelkreis durch mindestens zwei Regler X1 und X2, aber auch gegebenenfalls durch insgesamt drei Regler X1, X2 und X3 gebildet, die unterschiedliche Funktionen haben. Die Regler X1 und X3 sind funktional vom Regler X2 getrennt, da keine Rückkopplung vom Regler X2 zu den Reglern X1 und X3 stattfindet.
Der Regler X2 ermittelt aus den Signalen zum Massenstrom der weiterverarbeiteten Fasern und aus dem aufbereiteten Drucksignal aus der pneumatischen Beschickungsanlage kontinuierlich die Austragungsmenge der flockenspeisenden Maschine und regelt über das Signal z das zugehörige Stellglied, mit dem der Antrieb für die Faserzuführung und damit für den zugeführten Massenstrom geregelt wird. Dadurch, dass das Signal z wieder in den Regler X2 zurück geführt wird und dort den Regelalgorithmus noch einmal durchläuft, optimiert sich der Regelkreis selbst ohne manuelle Eingriffe.
Die Annahme geringer Schwankungen mit einem bekannten und konstanten Massenstrom an zugeführten Fasern ermöglicht ein schnelles Hochfahren der Anlage an den optimalen Arbeitspunkt der faserverarbeitenden Maschinen.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft näher erläutert;
In diesen zeigt

Fig. 1: eine schematische Ansicht einer Spinnereivorbereitungsanlage mit einem Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2: ein Funktionsdiagramm einer Spinnereivorbereitungsanlage nach dem Stand der Technik;
Fig. 3: ein Funktionsdiagramm einer erfindungsgemäßen Anlage beim Hochfahren der Anlage;
Fig. 4: ein Funktionsdiagramm der erfindungsgemäßen Anlage im Betrieb.

In der Spinnereivorbereitungsanlage nach Figur 1 wird das Fasermaterial F von einem nicht dargestellten Ballenöffner über einen nicht dargestellten Mischer einem Reiniger 1 zugeführt. Von der letzten Walze des Reinigers 1 werden die geöffneten und gereinigten Fasern bzw. Faserflocken pneumatisch über eine Rohrleitung 2, eine Entstaubungsmaschine 3, einem Ventilator 4 in eine pneumatische Zuführ- und Verteilerleitung 5 gefördert, an die ein Flockenspeiser 6 mit mindestens einer Karde 7 angeschlossen sind.
Der Flockenspeiser 6 weist einen oberen Reserveschacht 6a und einen unteren Speiseschacht 6b auf, zwischen denen eine Flockenfördereinrichtung in Form einer langsam laufenden Einzugswalze 6c und einer schnell laufenden Öffnungswalze 6d angeordnet sein kann. Die Einzugswalze 6c kann beispielsweise mit einer über die Breite des Flockenspeisers 6 nicht dargestellten Einzugsmulde zusammenarbeiten. Der Einzugsmulde kann ein induktiver Wegaufnehmer zugeordnet sein, der über einen Rechner an einen Regler angeschlossen sind. Dadurch werden Änderungen der Masse des geförderten Fasermaterials erfasst und in elektrische Signale umgewandelt.
Um die produzierte Fasermenge bestimmen zu können, kann am Ausgang jeder Karde 7 ein nicht dargestellter Bandtrichter oder eine alternative Vorrichtung angeordnet sein, der beispielsweise zwei Abzugswalzen nachgeordnet sind. Der Bandtrichter oder die alternative Vorrichtung weisen einen Sensor 14 auf, mit der die produzierte Fasermenge bestimmbar ist und die entsprechenden Signale für den Massenstrom ṁ1 an die Regler X1 und X2 weiterleitet.
Dies kann beispielweise durch eine Feder belastete Tastzunge erfolgen, die um ein Drehgelenk drehbar ist. Die Tastzunge arbeitet mit einem induktiven Wegaufnehmer zusammen, der mit einem Regler X1 und X2 in Verbindung steht. Auf diese Weise kann über die Banddicke in Abhängigkeit der Bandgeschwindigkeit die produzierte Fasermenge, also der Massenstrom ṁ1 bestimmt werden.
In praktischer Umsetzung geht das Signal für den Massenstrom ṁ1 in die Kardensteuerung ein, die diesen Wert bzw. ein zugehöriges Signal an den Regler X1 und X2 weiterleitet.
In einer Wand der Zuführ- und Verteilerleitung 5 ist ein Drucksensor 8 angebracht, der mit einem Messwertwandler 9 in Verbindung steht. Dabei werden die gemessenen Druck-Istwerte p1 in elektrische Signale x umgewandelt und in eine Steuerung 10, zum Beispiel einen Rechner, eingegeben. In der Steuerung 10 wird durch Differenzierung des Differenzdruckes über die Zeit ein elektrisches Signal y für einen korrigierten Druck-Istwert erzeugt. Dieses Signal y mit dem korrigierten Druck-Istwert wird wieder einem elektronischen Regler X3 zugeführt. Über eine Eingabevorrichtung 12 kann ein Druck-Sollwert als Führungsgröße in die Steuerung 10 und in den Regler X3 eingegeben werden. Die Differenz zwischen Führungsgröße und Regelgröße wird als Signal v in den Regler X2 gegeben.
Über die Messung der Druck-Istwerte p1 in der Zuführ- und Verteilerleitung 5 und dem Massenstrom ṁ1 des abgeführten Faserbandes an der Karde 7 und dem Vergleich mit den Führungsgrößen bestimmt der Regelkreis die Zuführgeschwindigkeit und damit den zugeführten Massenstrom ṁ2 an Fasern in den Reiniger.
Damit der Regelkreis ohne manuelle Nachjustierung von Faserqualitäten oder Materialschwankungen beim Abtrag der Faserballen immer den optimalen Arbeitspunkt für die Spinnereivorbereitungsanlage findet, sieht die Erfindung mindestens zwei Regler X1 und X2 vor, wobei der Regler X1 funktional von Regler X2 getrennt ist, da keine Rückkopplung von Regler X2 zu X1 stattfindet. Der Regler X1 fragt über die Kardensteuerung die angestrebte Sollproduktion an und vergleicht diese mit der aktuellen Istproduktion. Die Regelabweichung zwischen der Sollproduktion und der Istproduktion geht als Signal u in den Regler X2 ein.
Der Regler X2 kann als PI-Regler ausgeführt sein, der unter der Annahme geringer Schwankungen von einem bekannten Massenstrom ṁ2 an Fasern F ausgeht, und über einen Rechner anhand der aktuellen Kardenproduktion ṁ1 den optimalen Wert für die Kardenproduktion bestimmt. Der Regler X2 geht also von einer konstanten Faserzuführung ṁ2 aus (Startwertschätzung), die tatsächlich breiten Schwankungen unterliegen kann, um den optimalen Arbeitspunkt für die aktuelle Kardenproduktion mit einem Massenstrom ṁ1 zu ermitteln. Mit dieser Startwertschätzung durch den Regler X2 kann das Anfahren der Anlage an den tatsächlichen optimalen Arbeitspunkt beschleunigt werden. Als Ausgangswert für die konstante Faserzuführung dient der optimale (abgespeicherte) Arbeitspunkt aus dem letzten Betrieb der Anlage. Durch die Annahme einer konstanten Faserzuführung ṁ2 des Reglers X2, erreicht der Regelkreis in kürzester Zeit eine Annäherung an den optimalen Arbeitspunkt der Karden 7
Neben dem Wert aus dem Signal u verarbeitet der Regler X2 weiterhin das Signal v für die Differenz aus Führungsgröße und Regelgröße vom Regler X3. Als weiterer Wert wird die aktuelle Kardenproduktion ṁ1 abzüglich der Störgröße S1 für den variablen Ausreinigungsgrad im Regler X2 verarbeitet.
Aus diesen drei Signalen u, v und ṁ1 ermittelt der Regler X2 kontinuierlich die Austragungsmenge der flockenspeisenden Maschine mit dem Massenstrom ṁ2. Das dazugehörige Signal z regelt das Stellglied Antrieb 20 für das Förderband und die Einzugswalzen 1a, 1b, wodurch die Menge der Fasern F zu- oder abnehmen kann. Über die Eingabeeinrichtung 13 kann die Drehzahl für das Stellglied Antrieb 20 begrenzt werden, um die maximale Stoßproduktion aus technologischen Gründen zu begrenzen. Gleichzeitig wird das Signal z zur Regelung des Stellgliedes Antrieb 20 in den Regler X2 zurückgeführt und dort indirekt mit dem Signal u verglichen und unter Berücksichtigung der weiteren Signale v und ṁ1 optimiert. Innerhalb des Reglers X2 wird das Signal z mit dem Signal aus dem aktuellen Faser- bzw. Massenstrom ṁ1 miteinander verarbeitet und das daraus entstehende Ergebnis mit dem Ergebnis aus den miteinander verarbeiteten Signalen ṁ1, u und v zu einem neuen Wert bzw. Signal z verarbeitet. Die Reihenfolge der im Regler X2 miteinander verarbeiteten Signale ist eine wesentliche Grundlage für den Regelalgorithmus. Die Rückführung des schon bewerteten Signals z sorgt für einen erneuten Durchlauf durch den Regelalgorithmus mit einem neuen Wert für das Signal z, wodurch ein differenzierendes Verhalten entsteht.
Durch die Rückführung des Signales z und dem indirekten Abgleich mit dem Signal u kann die Spinnereivorbereitungsanlage sehr kontinuierlich ohne Schwankungen arbeiten. Die Rückführung des Signals z sorgt für ein schnelles Angleichen an den aktuellen optimalen Arbeitspunkt, wodurch der Regelkreis sich selbst optimiert und daher als "selbstlernend" bezeichnet werden kann.
Eine weitere Verbesserung kann dadurch erreicht werden, indem aus der oder den Steuerungen der Karden ein kommender Kannenwechsel oder ein Kardenstopp bzw. ein erneutes Hochfahren der Karde als Signal w in den Regler X2 eingespeist wird, um eine kommende Produktionsschwankung zu berücksichtigen, die sich durch mehr oder weniger Fasern mit ggf. einer Druckänderung in der Zuführ- und Verteilerleitung 5 bemerkbar macht.
Mit der Anzahl der Karden 7 wird die Zuführ- und Verteilerleitung 5 länger, wodurch die Materiallaufzeiten sich vergrößern, und damit der Druck in der Zuführ- und Verteilerleitung 5 größeren Schwankungen unterliegt. Um dies zu berücksichtigen, kann in der Steuerung 10 als Signal t die Materiallaufzeit ermittelt und in den Regler X2 eingegeben werden. Damit ist es möglich, Druckschwankungen aufgrund der Steigung der Druckkurve über die Materiallaufzeit vorher zusehen, und über den oder die Ventilatoren 4 und/oder das Stellglied Antrieb 20 zu kompensieren.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde nur eine Karde 7 in Figur 1 dargestellt. Üblicherweise sind an der Verteilerleitung 5 mehrere Karden angeschlossen, die alle von der Faseraufbereitungsanlage (Mischer, Reiniger 1, Entstaubungsmaschine 3) gespeist werden, wobei jede Karde 7 einen eigenen Flockenspeiser 6 aufweist. Statt für Karden kann der Regelkreis auch für jede andere faserverarbeitende Maschine oder Anlage verwendet werden, wie vliesbildende Maschinen oder für Spinnereivorbereitungsanlagen zur Befüllung von Faserspeichern.
Der Algorithmus für den Regelkreis ist so beschaffen, dass Variationen des Materials oder der Materialeigenschaften, sowie Produktionsschwankungen und die weiteren Störfaktoren wie zum Beispiel das Abschalten einzelner Maschinen durch eine Rückkopplung mindestens eines Signals (Regler X2) automatisch durch den Regelkreis ausgeglichen werden. Der Regelkreis passt sich hierbei kontinuierlich dem optimalen Arbeitspunkt an und "erlernt" die Produktion sowie die Auswirkungen der Änderungen aufgrund von Variationen in den Materialeigenschaften. Darüber hinaus werden die nicht-deterministischen Linearitätsabweichungen der materialfördernden Maschine erlernt und ausgeglichen. Der "Lernprozess" des Regelkreises erfolgt hierbei immer ohne manuelle Eingriffe und führt selbstständig zu einer Einhaltung des optimalen Arbeitspunktes für die Karden und einer konstanten Befüllung der Speiseschächte. Durch eine geeignete, automatisierte Startwertschätzung (Regler X2) wird die Hochlaufphase auf ein Minimum reduziert. Es ist nicht mehr notwendig, den Regelkreis mit Faserdaten zu programmieren. Lediglich die Dämpfung des Regelkreises aufgrund der Totzeit bei größerer Rohrlänge, beispielsweise bei Vergrößerung der Zuführ- und Verteilerleitung 5 aufgrund weiterer Karden, muss eingestellt werden. Als Eingabewerte werden nur noch der Druck-Sollwert in der Eingabevorrichtung 12 und die maximale Drehzahl in der Eingabevorrichtung 13 verlangt. Materialspezifische Daten werden nicht mehr benötigt, da der Regelkreis sich automatisch den optimalen Arbeitspunkt sucht und sich diesem anpasst.
Auch wenn dies in dem Ausführungsbeispiel nicht explizit offenbart ist, kann der Regelkreis auch weitere Störgrößen wie beispielsweise den Verschmutzungsgrad der Faserflocken, Bandbruch an den Karden oder schwankende Feuchtigkeit der Faserflocken verarbeiten.
Die Regler X1, X2 und X3 sind bevorzugt in einer gemeinsamen Baugruppe untergebracht und brauchen nicht als separate Bauteile ausgeführt zu werden.
Die Grafiken in den Figuren 2 bis 4 zeigen auf der Abszisse die Zeit in Sekunden. Die linke Ordinate zeigt den Druck in Pascal in der Zuführ- und Verteilerleitung 5, gleichzeitig die Drehzahl in % und die Produktion in kg/h an. Die rechte Ordinate zeigt einen abstrakten dimensionslosen Regelwert an.
Figur 2 zeigt eine klassische Lösung nach dem Stand der Technik, bei der ein Regler mit manuellem Arbeitspunkt und fester Regelberechnung verwendet wird. Die Solldrehzahl des Förderbandes und der Einzugswalzen 1a, 1b, die Sollproduktion und die Regelwertberechnung werden manuell vorgegeben. Schwankungen der Materialeigenschaften bei konstanter Produktion können nur durch manuelle Anpassung des Arbeitspunktes ausgeglichen werden.
Kurzzeitige Schwankungen der aktuellen Produktion (X-Achse: bei 50 - 79 Sekunden und bei 90 - 115 Sekunden) können ebenso nicht sicher ausgeglichen werden. Das führt zu erheblichen Schwankungen im Druckverlauf (1100 Pa bis 1450 Pa), der stark vom Soll-Druck von 1250 Pa abweicht. Dies führt wiederum zu vollständigen Stopps in der Lieferung (Regelwert 0) der Speisemaschine (die Antriebe für das Zuführband und die Einzugswalzen 1a, 1b stehen still) und somit zu Störungen in der Dichte der Befüllung der Folgemaschinen, beispielsweise der Karden.
Die erstmalige Lernphase wird in Figur 3 gezeigt, in der sich die Soll-Produktion selbstständig optimiert und in Stufen hochfährt, da die Karden nach und nach zugeschaltet werden. Gleichzeitig sinkt der Ist-Druck in der Zuführ- und Verteilerleitung 5 und nähert sich dem Soll-Druck nach ca. 220 Sekunden an. Die Ist-Produktion wird mit der Soll-Produktion nach ca. 300 Sekunden deckungsgleich. Mit dem Hochfahren bzw. Einschalten der Karden steigt auch nach und nach die Ist-Drehzahl des Antriebes für das Förderband bzw. für die Einzugswalzen 1a, 1b. Ein nachfolgendes Anfahren der Anlage erfolgt noch kürzer, da der letzte optimale Arbeitspunkt im Regler X2 abgespeichert wird und als Startlevel für das Anfahren dient.
Figur 4 zeigt die fortwährende Anpassung des optimalen Arbeitspunktes. Schwankungen in den Materialeigenschaften bei konstanter Produktion (siehe linker Teil des Diagramms) werden mit Hilfe der "Lernfunktion" (Rücckopplung mindestens eines Signals) ausgeglichen. In der Mitte und im rechten Teil des Diagramms zeigen sich Produktionsschwankungen die gleichartig ausgeglichen werden, wobei die Ist-Produktion kurz unterhalb der Soll-Produktion liegt. Aufgrund der Rückkopplung mindestens eines Signals in den Regelkreis können alle Anpassungen automatisch, ohne manuelle Eingriffe und ohne Schwankungen in der Befüllung oder Produktionsausfälle, ausgeglichen werden. Der optimale Arbeitspunkt geht leicht zurück und findet sein Optimum, wenn sich nach kurzen Schwankungen der Ist-Druck dem Soll-Druck angenähert hat. Ein Stopp in der Lieferung der Speisemaschine und somit eine erhebliche Schwankung in der Befüllung der Folgemaschine kann vollständig verhindert werden und damit kann eine gleichmäßige Dichte und Höhe in der Befüllung, beispielsweise der Kardenschächte, erreicht werden.

Bezugszeichen

1: Reiniger
1a, 1b: Einzugswalzen
2: Rohrleitung
3: Entstaubungsmaschine
4: Ventilator
5: Zuführ- und Verteilerleitung
6: Flockenspeiser
6a: Reserveschacht
6b: Speiseschacht
6c: Einzugswalze
6d: Öffnerwalze
7: Karde
8: Drucksensor
9: Messwertwandler
10: Steuerung
12: Eingabeeinrichtung
13: Eingabeeinrichtung
14: Sensor
20: Stellglied Antrieb

F: Fasermaterial
p1: Druck-Istwert
t: Signal
u: Signal
v: Signal
w: Signal
x: Signal
y: Signal
z: Signal
ṁ1: Massenstrom Karde
ṁ2: Massenstrom Faserflocken
S1: Störgröße

X1: Regler
X2: Regler
X3: Regler

Claims

Verfahren zum Beschicken einer Anlage mit Fasern, der Faserflocken zugeführt, diese zumindest teilweise aufgelöst und mittels einer Zuführvorrichtung (1a, 1b) einer pneumatischen Beschickungsanlage (5) zugeführt werden, die die Fasern in den Speicher mindestens einer faserverarbeitenden Maschine (1, 6, 7), insbesondere einer Karde (7), Krempel, Öffner oder Reiniger (1), leitet, wobei
• mittels eines Regelkreises,
- in den
• Druck-Istwerte (p1), die in der pneumatischen Beschickungsanlage (5) gemessen und weiterverarbeitet einfließen und

• ein Massenstrom (m1) der weiterverarbeiteten Fasern, der an mindestens einer faserverarbeitenden Maschine (1, 6, 7) gemessen und weiterverarbeitet einfließt,

- der optimale Arbeitspunkt der Anlage mittels eines Regelalgorithmus ermittelt wird und

- ein Signal (z) an ein Stellglied der Zuführvorrichtung zur Regelung der Menge (m2) an Faserflocken geleitet wird,

dadurch gekennzeichnet, dass
• die Druck-Istwerte (p1) durch eine Differenzierung über die Zeit in einen korrigierten Druck-Istwert (y) umgewandelt werden und

• eine daraus entstehende Differenz mit einem vorbestimmten Druck-Sollwert in den Regelkreis einfließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Regelkreis einfließen
• der Massenstrom (m1) der weiterverarbeiteten Fasern,

• eine Druckdifferenz (v) zwischen Führungs- und Regelgröße und

• eine Regelabweichung zwischen Soll- und Ist-Produktion des Massenstromes (m1) der weiterverarbeiteten Fasern.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (z) zur Regelung der Menge an Faserflocken
• in den Regelkreis zurückgeführt wird und

• dort erneut den Regelalgorithmus durchläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelalgorithmus zum Anfahren der Anlage von einem konstanten Massenstrom (m2) an zugeführten Faserflocken ausgeht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Regelkreis geplante oder ungeplante schwankende Produktionsmengen mindestens einer faserverarbeitenden Maschine (6, 7) verarbeitet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schwankungen in der pneumatischen Beschickungsanlage (5) durch eine ermittelte Faserlaufzeit in den Regelkreis einfließen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine manuelle Einstellbarkeit
• einer maximalen Menge der zugeführten Faserflocken und/oder

• eines Solldrucks in der pneumatischen Beschickungsanlage (5).
Vorrichtung mit einem Regelkreis, einer Zuführvorrichtung (1a, 1b) und einer pneumatischen Beschickungsanlage (5), zum Beschicken einer Anlage mit Fasern, der Faserflocken zugeführt, diese zumindest teilweise aufgelöst und mittels der Zuführvorrichtung (1a, 1b) der pneumatischen Beschickungsanlage (5) zugeführt werden, die die Fasern in den Speicher (6) mindestens einer faserverarbeitenden Maschine (6, 7), insbesondere einer Karde (7), Krempel, Öffner oder Reiniger (1), leitet, wobei mittels eines Reglers (X2), der Teil des Regelkreises ist, in den die Druck-Istwerte (p1), die in der pneumatischen Beschickungsanlage (5) gemessen und weiterverarbeitet einfließen, und in den der Massenstrom (ṁ1) der weiterverarbeiteten Fasern, der an mindestens einer faserverarbeitenden Maschine (1, 6, 7) gemessen und weiterverarbeitet einfließt, der optimale Arbeitspunkt der Anlage mittels eines Regelalgorithmus ermittelt und ein Signal (z) an ein Stellglied der Zuführvorrichtung zur Regelung der Menge (m2) an Faserflocken geleitet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
• die Druck-Istwerte (p1), die in der pneumatischen Beschickungsanlage gemessen werden, durch eine Differenzierung über die Zeit in einen korrigierten Druck-Istwert (y) umgewandelt, in einem weiteren Regler (X3) mit einem Druck-Sollwert verglichen werden und

• die daraus entstehende Differenz als Signal (v) in den Regelkreis einfließt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Regler (X2) ein Signal zum Massenstrom (ṁ1) der weiterverarbeiteten Fasern, ein Signal (v) zur Druckdifferenz zwischen Führungs- und Regelgröße, und ein Signal (u) zur Regelabweichung zwischen Soll- und Istproduktion des Massenstromes (ṁ1) der weiterverarbeiteten Fasern einfließen.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (z) zur Regelung der Menge an Faserflocken an der Zuführvorrichtung in den Regler (X2) zurückgeführt und dort erneut den Regelalgorithmus durchläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass geplante oder ungeplante schwankende Produktionsmengen mindestens einer faserverarbeitenden Maschine als Signal (w) in den Regler (X2) einfließen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserlaufzeit in der pneumatischen Beschickungsanlage gemessen und als Signal (t) in den Regler (X2) einfließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung (1a, 1b) als Förderband und/oder Einzugswalze (1a, 1b) ausgebildet ist, die über einen regelbaren Antrieb angetrieben werden, wobei die maximale Drehzahl des Antriebes (20) manuell einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die pneumatische Beschickungsanlage (5) mindestens als Zuführ- und Verteilerleitung (5) ausgebildet ist, deren Solldruck manuell einstellbar ist.