匯川技術(shù)噴水織機(jī)電控系統(tǒng)

蘇州匯川技術(shù)有限公司 閆曉輝/文

匯川技術(shù)噴水織機(jī)電控系統(tǒng)

蘇州匯川技術(shù)有限公司 閆曉輝/文

本文介紹了匯川技術(shù)以匯川領(lǐng)先的驅(qū)動(dòng)技術(shù)與控制技術(shù)為基礎(chǔ)，以紡織行業(yè)工藝創(chuàng)新為核心，為噴水織機(jī)行業(yè)客戶提供的個(gè)性化、專業(yè)化的電控系統(tǒng)。

1 噴水織機(jī)行業(yè)背景

自20世紀(jì)90年代起，合纖仿真絲織物就備受消費(fèi)者青睞，噴水織機(jī)特別適合疏水性織物的織造，在平均入緯率和效率上，較其它新型織機(jī)有明顯優(yōu)勢(shì)，因此發(fā)展迅速，目前年需求量保守估計(jì)在3萬(wàn)臺(tái)左右，市場(chǎng)需求量巨大。

隨著噴水織機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，織造品種已從早期的錦綸、滌綸纖維向仿真絲綢、仿毛織物發(fā)展，對(duì)電控系統(tǒng)也提出了更高的需求：三合一集成控制系統(tǒng)（主控+花樣板+電送電卷）、永磁同步儲(chǔ)緯器、超啟動(dòng)變頻器等，可有效提高織物品質(zhì)的電控配置逐漸成為市場(chǎng)主流。

噴水織機(jī)由開(kāi)口、引緯、打緯、送經(jīng)和卷取五大運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及相關(guān)監(jiān)測(cè)控制等輔助裝置組成。各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)必須相互配合良好并輔助各項(xiàng)電氣控制技術(shù)以適應(yīng)織機(jī)的高轉(zhuǎn)速。同時(shí)噴水織機(jī)的所有動(dòng)作均與織機(jī)的角度密切相關(guān)，它對(duì)系統(tǒng)I／O信號(hào)的響應(yīng)速度、處理時(shí)間、定位停車的位置、指棒等開(kāi)關(guān)角度以及送經(jīng)、卷取系統(tǒng)的控制性能都有非常高的要求。

噴水織機(jī)是由噴射具有一定壓力的水流進(jìn)行引緯的，引緯方式不同于有梭織機(jī)及其他無(wú)梭織機(jī)的機(jī)械引緯，機(jī)械引緯速度受機(jī)械運(yùn)動(dòng)的限制，速度無(wú)法提得很高，如劍桿織機(jī)引緯率最快約1500～1700米/分，引緯頻率只有300～600次/分，噴水織機(jī)的噴嘴噴射水流的動(dòng)作是通過(guò)水泵運(yùn)動(dòng)完成的，水壓與水量可調(diào)，最快引緯率可達(dá)2500m/min，車速可達(dá)1400轉(zhuǎn)/分鐘，這就意味著使用360度/圈的編碼器其旋轉(zhuǎn)角度是8.4度/ms，織機(jī)角度的控制精度要求達(dá)到±2度。為了實(shí)現(xiàn)±2度的控制誤差，系統(tǒng)就必須在165微秒內(nèi)完成對(duì)儲(chǔ)緯器、轉(zhuǎn)向閥、夾紗器、探緯傳感器等信號(hào)的處理，以及主機(jī)和伺服電機(jī)的高頻編碼器信號(hào)、張力傳感器模擬量信號(hào)、等諸多開(kāi)關(guān)量和模擬量信號(hào)的處理。

因此，噴水織機(jī)的電控系統(tǒng)需要采用高性能處理器，且對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求也較高。目前國(guó)內(nèi)的噴水織機(jī)生產(chǎn)廠家多采用單CPU或單PLC的主從式多級(jí)控制系統(tǒng)，或者是基于RS-485的，由16位單片機(jī)組成的集散控制系統(tǒng)，它們存在功能簡(jiǎn)單、自動(dòng)化水平較低、控制精度較低、故障率較高的缺點(diǎn)，難以滿足高速織機(jī)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求。

2 電控系統(tǒng)整體方案

噴水織機(jī)的電子控制系統(tǒng)是織機(jī)的核心技術(shù)，猶如人體的大腦中樞?？棛C(jī)所有的動(dòng)作都與主軸的角度密切相關(guān)。通常情況下，織機(jī)會(huì)采用編碼器來(lái)測(cè)量角度。編碼器信號(hào)直接進(jìn)入PLC或者單片機(jī)，通過(guò)引緯，電送電卷，電子多臂及探緯的工藝算法來(lái)實(shí)現(xiàn)電子卷取、電子送經(jīng)（單經(jīng)軸、雙經(jīng)軸和多經(jīng)軸）、電子多臂、選緯、儲(chǔ)緯控制、轉(zhuǎn)向閥、夾紗器等控制。整個(gè)織造周期中，卷取是將形成的每一織物單元引離織口并卷在布輥上，送經(jīng)是將經(jīng)紗均勻地送出以與緯紗進(jìn)行交織而形成織物。開(kāi)口是按照織物規(guī)律將經(jīng)紗分成上下兩層形成供緯紗通過(guò)的通道引緯是將緯紗引入梭口，依靠打緯機(jī)構(gòu)的前后往復(fù)擺動(dòng)，將緯紗推向織口與經(jīng)紗交織，形成織物。這一過(guò)程中織機(jī)的開(kāi)口、 卷取、 送經(jīng)、 引緯和打緯運(yùn)動(dòng)相互配合完成一個(gè)織造周期。

普通的電控系統(tǒng)包含斷經(jīng)、短緯、長(zhǎng)緯、手停自動(dòng)定位停車、斷緯自動(dòng)找斷緯、點(diǎn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)、快車等功能，可顯示織機(jī)角度，織機(jī)轉(zhuǎn)速，四班產(chǎn)量，四班斷經(jīng)、斷緯、其它停車時(shí)間，四班效率等參數(shù)。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

如圖1所示，匯川的系統(tǒng)以工藝集成化為思路，二合一伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置噴水主控、電送電卷、花樣板控制工藝，通過(guò)CAN通訊與外部I/O進(jìn)行交互，提供三合一綜合解決方案。

系統(tǒng)由二合一伺服驅(qū)動(dòng)器、I/O板、電源板基本配置組成，可選配超啟動(dòng)變頻器、花樣板、電子多臂控制器、數(shù)字探緯板（試機(jī)中）以及物聯(lián)網(wǎng)等模塊。適用于絕大多數(shù)國(guó)內(nèi)外噴水織機(jī)，支持電子送經(jīng)、電子卷取、伺服機(jī)外卷、電子提花、電子多臂、變頻超啟動(dòng)等定制化需求。

控制原理上，I/O板采集外部信號(hào)，通過(guò)CAN通訊發(fā)給伺服主控，伺服主控處理完成后，通過(guò)CAN通訊發(fā)給I/O板，I/O板控制變頻器、多臂板、花樣板等模塊。

3 方案特色

1)二合一伺服專機(jī)

內(nèi)置噴水主控、電送電卷、花樣板控制工藝的伺服驅(qū)動(dòng)一體機(jī)，顛覆了傳統(tǒng)的控制器+標(biāo)準(zhǔn)伺服的控制方案，實(shí)現(xiàn)了噴水工藝與驅(qū)動(dòng)工藝的高度結(jié)合。使用伺服內(nèi)置的32位高性能工業(yè)級(jí)微處理器，可直接利用伺服驅(qū)動(dòng)器的PWM驅(qū)動(dòng)模塊以及PID控制算法，提高了響應(yīng)速度。

圖2 系統(tǒng)3D圖

傳統(tǒng)的噴水電控控制方式一般是主控板+花樣板+標(biāo)準(zhǔn)伺服的控制方式，由于涉及到信號(hào)交互及不同廠家的產(chǎn)品匹配，在產(chǎn)品穩(wěn)定性及可二次開(kāi)發(fā)性方面均存在一定局限。匯川技術(shù)通過(guò)對(duì)噴水行業(yè)工藝的耕耘，將噴水主控、電送電卷、花樣板工藝高度融合，內(nèi)置于自主研發(fā)的高性能二合一伺服中，在控制實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性方面均有明顯優(yōu)勢(shì)。

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)于織物的品種、質(zhì)量和織造效率的要求也越來(lái)越高，同時(shí)由于織機(jī)自動(dòng)化水平的不斷提高，織機(jī)對(duì)于主控有穩(wěn)定性和易用性需求，對(duì)花樣板有多噴控制需求，對(duì)電子送經(jīng)要求更高效、更平穩(wěn)以及更多緯密選擇；專用二合一伺服控制器正是基于這些需求發(fā)展形成的。

噴水主控工藝流程：伺服通過(guò)CAN通訊方式采集外部輸入信號(hào)，處理完成后，通過(guò)CAN通訊輸出信號(hào)，控制精度毫秒級(jí)。

電子送經(jīng)工藝流程：伺服通過(guò)CAN通訊接收主軸編碼器角度信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部函數(shù)與噴水主控交互，根據(jù)當(dāng)前的張力傳感器反饋的模擬量張力信號(hào)來(lái)控制送經(jīng)伺服電機(jī)使經(jīng)軸放出或收卷經(jīng)線，達(dá)到調(diào)節(jié)張力的目的。

電子卷取工藝流程：伺服通過(guò)CAN通訊接收主軸編碼器角度信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部函數(shù)與噴水主控交互，根據(jù)織機(jī)轉(zhuǎn)速、卷布輥直徑、緯密等設(shè)定參數(shù)來(lái)控制卷取電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速。

電子送經(jīng)張力控制策略和流程如圖3所示：首先通過(guò)張力傳感器反饋張力模擬量信號(hào)，由于該信號(hào)含有大量干擾信號(hào)，需根據(jù)張力濾波算法得出反饋張力，根據(jù)設(shè)定張力和反饋張力的差值，得出偏差張力，根據(jù)偏差張力的大小等特征，通過(guò)比例、積分系數(shù)自整定算法得出比例、積分系數(shù)，通過(guò)PID計(jì)算出送經(jīng)速度，繼而控制送經(jīng)電機(jī)按此速度運(yùn)動(dòng)。

圖3 電子送經(jīng)張力控制流程圖

2)超啟動(dòng)變頻器

變頻慢點(diǎn)動(dòng)有兩種方式實(shí)現(xiàn)：

①外置變頻器集中變頻，多臺(tái)織機(jī)共用一臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)慢點(diǎn)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是成本較低，缺點(diǎn)是無(wú)法對(duì)快車進(jìn)行調(diào)速，

且同時(shí)對(duì)點(diǎn)動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)量有限制；

②內(nèi)置變頻器單獨(dú)變頻，單機(jī)臺(tái)配獨(dú)立變頻器，優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)變車速、多段速、超啟動(dòng)等功能，缺點(diǎn)是目前成本較高；

目前市場(chǎng)解決方案一般是電控廠家與變頻器廠家分別采購(gòu)，匯川技術(shù)基于公司高端MD500系列變頻器平臺(tái)技術(shù)，針對(duì)紡織行業(yè)，開(kāi)發(fā)出ITD500系列紡織專用變頻器。

主要特點(diǎn)：

①超啟動(dòng)，超啟動(dòng)電壓與保持時(shí)間可調(diào)節(jié)，提高啟動(dòng)時(shí)打緯力矩，有效應(yīng)對(duì)停機(jī)檔；

②變轉(zhuǎn)速，無(wú)需更換皮帶輪，通過(guò)簡(jiǎn)單參數(shù)設(shè)置，即可更改織機(jī)轉(zhuǎn)速；

③多段速，對(duì)復(fù)雜織物，可設(shè)置不同緯色或緯密時(shí)，織機(jī)不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行，使織機(jī)效率提升；

④穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，可降低電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)織機(jī)轉(zhuǎn)速的影響；

⑤節(jié)能，降低電網(wǎng)無(wú)功損耗。

3)高性能剎車系統(tǒng)

織機(jī)的剎車控制系統(tǒng)對(duì)定位停車至關(guān)重要，剎車系統(tǒng)工作不良會(huì)導(dǎo)致剎車過(guò)圈、錯(cuò)花色、停機(jī)檔等各種問(wèn)題；

傳統(tǒng)的解決方案是變壓器經(jīng)過(guò)整流橋整流，得到固定的高低壓電平，電壓不可調(diào)，僅可調(diào)節(jié)剎車時(shí)間，隨著使用時(shí)間的推移，剎車盤磁化后，剎車定位便會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

匯川采用自適應(yīng)與PMW結(jié)合的方案：

①高低壓剎車PMW控制方式，可靈活配置剎車電壓與保持時(shí)間，定位剎車準(zhǔn)確可靠；

②反向消磁電路，有效避免剎車盤磁化問(wèn)題，噴氣電控技術(shù)移植；

③雙線圈剎車控制。

4)ZigBee無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，噴水織機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。在物聯(lián)網(wǎng)方案中，大部分廠家使用以太網(wǎng)的方案。以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用存在價(jià)格高、需要使用性能好的路由器、以及布線組網(wǎng)成本高等劣勢(shì)，同樣用戶需要增加新機(jī)器時(shí)也存在擴(kuò)展性差的問(wèn)題。

本系統(tǒng)可靈活配置無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)模塊，運(yùn)用ZigBee的協(xié)議進(jìn)行模塊組網(wǎng)。Zigbee網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)是低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、快速、可靠、安全。組網(wǎng)過(guò)程中無(wú)需布線，無(wú)論是新機(jī)器還是舊機(jī)器，可在企業(yè)不同的發(fā)展階段進(jìn)行選擇配置，增加企業(yè)管理的靈活性。

整體方案如圖4所示：

圖4 整體方案

4 結(jié)束語(yǔ)

從目前的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)看，噴水織機(jī)朝著高度集成、高速、節(jié)能、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、品種適應(yīng)性擴(kuò)大幾個(gè)大方向發(fā)展。在這個(gè)過(guò)程中，噴水電控的進(jìn)步十分關(guān)鍵，匯川在采用工藝結(jié)合工業(yè)自動(dòng)化的產(chǎn)品理念，在系統(tǒng)和產(chǎn)品上會(huì)進(jìn)行持續(xù)的升級(jí)，為用戶提供更加專業(yè)，更加高效，更加個(gè)性化的解決方案。