高速经编机控制系统方案.docx

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1、高速经编机控制系统方案ronggang导语：B&R在机器设计领域积累了丰富的经历，这些经历被传递到客户的应用中去，控制器、网络和驱动器的功能和性能确实非常重要，但是，更重要的是B&R的工程师团队对于客户需求的把握和实现才能，这才是B&R真正的竞争力0、前言你知道吗?那些漂亮的鞋子、婚纱、旅行包的面料其实就是采用编织出来的，还有那些你天天看到的却没有仔细留意的，比方：玻璃纤维的高速公路隔离栅材料、游艇、冲浪板的材料、飞机的外壳、风力发电的叶片、集装箱、摩托车头盔、甚至到潜艇、航空飞机很多领域都使用由经编机编织的材料，经编机的种类非常多，针对不同的工艺有拉舍尔和特里科两种经编机，又按照衬纬与否分为

2、带衬纬的经编机等等，有双针床、单针床等，种类非常之多，这里主要介绍高速特里科经编机。1、特里科经编机系统概要1.1原理经编机是由送经、成圈机构、牵拉、卷取几个单元构成，经线通过盘头放卷为成圈机构提供稳定的送纱量，针床的成圈机构通过退圈、垫纱、带纱、闭口、套圈等一系列动作完成对材料的编织，牵引单元将织好的材料随着每个横列的完成向前牵引，而卷取单元那么将完成的材料卷成整卷。传统的经编机是通过机械的方式进展连接，即涡轮蜗杆进展传动的变化组合，而这些对于变化的需求来讲就非常不灵敏，而当代伺服技术提供了更灵敏的系统设计。经编机的送经量控制是关键，对于在每个周期里没有变化的送经而言，采用即可，这种送经单元

3、称为EBA。而对于每个周期送经量有最大64种变化的编织图案设计而言，那么送纱量要通过进展可靠的输送，在主轴的每个旋转周期里，按照经编工艺的要求，送经量的变化可能最大到达64种，伺服需要据此进展速度的调整以适应经编工艺对送纱量的准确需求。另一个控制维度在于随着送经的变化盘头的周长不断减小，需要不断的加快盘头角速度，以保证送经量的稳定输出，这就是所谓的EBC单元，对于仅仅是简单的变化而言，EBA即可实现，但是，对于变化复杂的把戏而言，那么EBC就非常的有必要了。2、系统性能要求客户对这个机器提出了3000RPM的设计目的针距E32，密度最小2C/cm，这是一台真正意义的高速经编机，目前国内经编机大

4、多为主机转速在8001200RPM的速度，效率较低，并且多设计为固定的EBA系统，而该客户设计的出发点较高，设计为3000RPM的高速经编机，这对机器的的响应才能提出了较高的要求，采用国际先进的EBC设计使得对于控制算法的设计也提出了要求，最大支持64横列Courses的送经量变化，考虑到极端情况，运行在3000RPM的机器对于64横列变化送经量的支持，需要控制系统和伺服系统拥有非常高速的运算和处理才能及通讯才能。ACOPOS配合EthernetPOWERLINK实时以太网提供了最快400uS的数据刷新周期，因此，B&R的ACOPOS和EPL在方案沟通阶段即得到了认可。3、系统功能要求及实现客

5、户除了对性能提出了严格的要求，对于功能设计也提出了很多要求，例如：EBC的设置算法设计、电子牵拉和电子卷取中心卷取方式、打印机功能、远程监控功能设计、掉电停车功能、人机操纵的科学和实用性设计等。这些设计具有一定的前瞻性，详细分为如下几个单元：3.1电子送经EBC单元设计ElectricBeamControlEBC原理，如上图测速罗拉roller可以实时测量到盘头的送经速度及周长变化，数据通过编码器模块反应到控制器PCC中处理，X20的编码器模块X20DC1196支持高速的采样。PCC综合主轴编码器位置变化、每横列设定的送经量和现时各送经轴盘头的周长变化不断地优化计算出送经轴的运动参数。对于花色

6、变化不大的编织而言，在主轴的一个循环周期里，送经的变化并不频繁，但是，当花色需要在一个循环周期里提供16段、32段或更多的横挪动作的话，那么，在一个循环周期中不同段的送经量的变化将会需要伺服电机不断地进展运动参数调整来实现，这对伺服响应才能提出了严格的要求。工艺员根据花盘设定循环周期内每段所需的送经量，系统将实时根据当前经轴架的盘头周长变化来计算下一个循环周期里每段送经量的运动参数。采用B&RACOPOS伺服驱动器内置的CyclicCom循环读写功能，PCC根据对主轴单圈绝对值编码器位置的变化，将下一个横列对应的送经量的运动参数写入，这样，伺服将会从一个横列的送经量平滑的切换到另一个横列的送经

7、量。在每一个循环周期里，我们的系统预留了最多64个横列送经量的变化，而由于以上的巧妙设计及我们高性能的PCC和伺服系统提供的硬件保障，其实每一个送经轴只使用了1个CAM状态就实现了任意多个横列作为一个循环周期的不同送经量的高速无缝切换。参考以上的表达，EBC考虑的并非仅仅是横列变化时所需的送经量变化带来的伺服运动参数的调整，还有一个维度即：盘头的直径是不断减小的，这要求不断的根据盘头周长的变化修正盘头的角速度来保证每个循环周期的相应横列的送经稳定不变。ACOPOS伺服驱动器提供了多个编码器接口的设计，因此，检测速度可由X20分布式IO来提供反应，也可以通过直接接入到伺服驱动器的编码器卡槽位上反

8、应，而且ACOPOS伺服驱动器可以设置为变频形式支持异步电机，它即保证了很好的调速特性也可以降低本钱，并且ACOPOS与其它轴之间的总线通讯保证了轴与轴之间的实时性。3.2电子卷取单元EWA卷取采用中心收卷方式，并非想象的那么简单，由于，要保证材料的收卷均匀可靠，必须依靠于与主轴的同步，以及在不同阶段的力矩变化控制。在启始、加速、减速时，由于横列的把戏变化带来的位置变化都将被考虑在其中，因此，卷取轴与牵拉轴同步并且在不断进展力矩输出控制计算。接近开关两次触发间的计时与电机的速度相乘得到已走过的间隔，与设定的最大间隔相除即得到百分比，再以最大扭矩与最小扭矩线性化成100%的区间，在每个区间里伺服

9、提供可靠的力矩输出来获得对卷取的稳定控制，事实上，它是用沟通伺服来模拟出直流伺服电机所需的良好线性机械特性曲线，要对卷取材料的在卷取经过中的缩放进展补偿设计，使得更加稳定而柔和的实现卷取。3.3HMI操纵设计工程师经过讨论，将整个屏设计为三个局部，最上面的日常状态显示，它可以显示客户公司的LOGO、批号、时间和画面的页面名称，在中间局部显示状态页、参数设置页内容，底部区域设计为页面切换的键，采用了Windows风格的操纵图标。3.4打印机功能通过驱动程序植入和对串口的通讯设计，PowerPanel提供了与小型打印机连接的功能，可以将消费批次、产量、故障、历史记录等进展打印输出。3.5远程监控R

10、MSRemoteMonitoringSystem采用在PowerPanel中添加VNCServer并为机器设置IP地址，可以实现不增加任何本钱的情况下，到达远程对机器的监控和操纵功能，提供两级访问控制，一级是监控机器状态的权限，一级是对机器参数的修改功能受权给高级工程师。另外，也可以在PowerPanel中添加WebServer，它使得PowerPanel可以提供基于B/S构造的远程访问才能，由远程端的IEBrowser通过Internet访问该机器，对于将来的维护而言，将会大大的提供便利。4、系统配置4.1驱动技术配置了6个B&R高性能的ACOPOS伺服驱动器，提供了送经和卷绕的高速响应才能

11、。其中主轴运行为异步伺服形式，ACOPOS驱动器采用模块化设计，在其插槽上插入外接编码器模块使得每个轴可以直接计算送经罗拉的编码器反应值，并高速运算。4.2控制显示500MHz的处理器，128MB的SDRAM。B&RPowerPanel400系列不仅仅是一个人机界面，同时它也是一款高性能的CPU，支持高达200uS的循环周期，EBC的复杂算法与科学的人机设计均由其独立完成。4.3现场总线EthernetPOWERLINK实时通讯技术提供的高达400uS的实时通讯刷新速率，100Mbps的传输速度，确保了整机控制的数据交换通畅。系统配置构造图如下：5、系统特点5.1PCC的强大算法设计功能我们从

12、下列图可以看到EBC参数设置画面，对于普通的系统而言，本来最多需要33幅画面每个循环周期横列总数最多可以设定64，假如细分为64段，每页显示6段，一组EBC参数需要11页才能完成的三组EBC参数设定，而对于B&R的PCC，这里只用了一幅画面来实现，完全归功于程序的编写技巧，表达了贝加莱软件强大编程功能，不仅节省了程序存储空间，也进步了运行效率，使得程序更加便于维护。5.2高性能的系统这个应用中，当到达3000RPM转速和64个Courses的应用时，系统必须在20mS内完成下一个横列送经量的计算、传输运动参数到驱动器和驱动器的执行动作整个经过，需要计算的任务周期、数据传输周期和伺服执行周期均高

13、速通畅，这依靠于PowerPanel的高速实时任务处理、EthernetPowerlink的高速实时数据传输和ACOPOS伺服驱动器的快速响应才能互相配合，才能实现，经测试软件检测，即使如此，CPU的使用率也只有30%多点，对于目前全世界最高的4200RPM的高速机应用而言，这个系统也是可以支撑其运行且稳定可靠，另外一个事实是：那台高速机上采用的正是B&R的系统。5.3科学实用的操纵界面B&R工程师花费很多的时间认真与客户讨论怎样让机器更加人性化和易于操纵、学习，原那么是不能让画面复杂、由于对于操纵机器的人来讲，复杂就会轻易出错，并且不易于把握，但是，这个机器又要设计的功能强大，涵盖各种可能的

14、消费应用变化，这似乎是一个矛盾，但是，B&R工程师和客户经过讨论，制定了一个标准的画面格式，如之前所描绘的，它使得看上去矛盾的事情变得简单，让其不仅美观大方而且易于理解，对于操纵人员来讲，每个界面都是采用固定的格式，他们很轻易从图标明白怎样切换到不同的页面。并且那些不必要的、会造成操纵人员迷惑的按钮都被消除了，系统显得非常的条理化和人性化。6、客户评价在与B&R的合作经过中，客户高度赞扬了B&R工程师对于工艺的快速把握和理解，并对合作中得到的良好技术支持和培训效劳表示满足。经历丰富的工程师良好的把握了客户的设计需求，并很好的发挥了B&R系统的强大算法设计功能、多轴同步关系模型和科学实用的HMI设计。B&R在机器设计领域积累了丰富的经历，这些经历被传递到客户的应用中去，控制器、网络和驱动器的功能和性能确实非常重要，但是，更重要的是B&R的工程师团队对于客户需求的把握和实现才能，这才是B&R真正的竞争力。