0、 前言

　　你知道嗎？那些漂亮的鞋子、婚紗、旅行包的面料其實(shí)就是采用經(jīng)編機編織出來(lái)的，還有那些你每天看到的卻沒(méi)有仔細注意的，比如：玻璃纖維的高速公路隔離柵材料、游艇、沖浪板的材料、飛機的外殼、風(fēng)力發(fā)電的葉片、集裝箱、摩托車(chē)頭盔、甚至到潛艇、航空飛機很多領(lǐng)域都使用由經(jīng)編機編織的材料，經(jīng)編機的種類(lèi)非常多，針對不同的工藝有拉舍爾和特里科兩種經(jīng)編機，又按照襯緯與否分為帶襯緯的經(jīng)編機等等，有雙針床、單針床等，種類(lèi)非常之多，這里主要介紹高速特里科經(jīng)編機。

    一、特里科經(jīng)編機系統概要

    1.1原理

　　經(jīng)編機是由送經(jīng)、成圈機構、牽拉、卷取幾個(gè)單元構成，經(jīng)線(xiàn)通過(guò)盤(pán)頭放卷為成圈機構提供穩定的送紗量，針床的成圈機構通過(guò)退圈、墊紗、帶紗、閉口、套圈等一系列動(dòng)作完成對材料的編織，牽引單元將織好的材料隨著(zhù)每個(gè)橫列的完成向前牽引，而卷取單元則將完成的材料卷成整卷。

　　傳統的經(jīng)編機是通過(guò)機械的方式進(jìn)行連接，即渦輪蝸桿進(jìn)行傳動(dòng)的變化組合，而這些對于變化的需求來(lái)說(shuō)就非常不靈活，而現代伺服技術(shù)提供了更靈活的系統設計。經(jīng)編機的送經(jīng)量控制是關(guān)鍵，對于在每個(gè)周期里沒(méi)　有變化的送經(jīng)而言，采用變頻器即可，這種送經(jīng)單元稱(chēng)為EBA。

　　而對于每個(gè)周期送經(jīng)量有最大64種變化的編織圖案設計而言，則送紗量要通過(guò)伺服進(jìn)行可靠的輸送，在主軸的每個(gè)旋轉周期里，按照經(jīng)編工藝的要求，送經(jīng)量的變化可能最大達到64種，伺服需要據此進(jìn)行速度的調整以適應經(jīng)編工藝對送紗量的精確需求。另一個(gè)控制維度在于隨著(zhù)送經(jīng)的變化盤(pán)頭的周長(cháng)不斷減小，需要不斷的加快盤(pán)頭角速度，以保證送經(jīng)量的穩定輸出，這就是所謂的EBC單元，對于僅僅是簡(jiǎn)單的變化而言，EBA即可實(shí)現，但是，對于變化復雜的花樣而言，則EBC就非常的有必要了。

    二、系統性能要求

　　客戶(hù)對這個(gè)機器提出了3000RPM的設計目標（針距E32，密度最小2C/cm），這是一臺真正意義的高速經(jīng)編機，目前國內經(jīng)編機大多為主機轉速在800～1200RPM的速度，效率較低，并且多設計為固定的EBA系統，而該客戶(hù)設計的起點(diǎn)較高，設計為3000RPM的高速經(jīng)編機，這對機器的伺服系統的響應能力提出了較高的要求，采用國際先進(jìn)的EBC設計使得對于控制算法的設計也提出了要求，最大支持64橫列（Courses）的送經(jīng)量變化，考慮到極端情況，運行在3000RPM的機器對于64橫列變化送經(jīng)量的支持，需要控制系統和伺服系統擁有非常高速的運算和處理能力及通訊能力。

　　ACOPOS伺服驅動(dòng)器配合Ethernet POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)提供了最快400uS的數據刷新周期，因此，B&R的ACOPOS和EPL在方案交流階段即得到了認可。

    三、系統功能要求及實(shí)現

　　客戶(hù)除了對性能提出了嚴格的要求，對于功能設計也提出了很多要求，例如：EBC的設置算法設計、電子牽拉和電子卷?。ㄖ行木砣》绞剑?、打印機功能、遠程監控功能設計、掉電停車(chē)功能、人機操作的科學(xué)和實(shí)用性設計等。這些設計具有一定的前瞻性，具體分為如下幾個(gè)單元：

    3.1電子送經(jīng)EBC單元設計(Electric Beam Control)

　　EBC原理，如上圖測速羅拉（roller）能夠實(shí)時(shí)測量到盤(pán)頭的送經(jīng)速度及周長(cháng)變化，編碼器數據通過(guò)編碼器模塊反饋到控制器（PCC）中處理，X20的編碼器模塊X20DC1196支持高速的采樣。PCC綜合主軸編碼器位置變化、每橫列設定的送經(jīng)量和現時(shí)各送經(jīng)軸盤(pán)頭的周長(cháng)變化不斷地優(yōu)化計算出送經(jīng)軸的運動(dòng)參數。對于花色變化不大的編織而言，在主軸的一個(gè)循環(huán)周期里，送經(jīng)的變化并不頻繁，但是，當花色需要在一個(gè)循環(huán)周期里提供16段、32段或者更多的橫移動(dòng)作的話(huà)，那么，在一個(gè)循環(huán)周期中不同段的送經(jīng)量的變化將會(huì )需要伺服電機不斷地進(jìn)行運動(dòng)參數調整來(lái)實(shí)現，這對伺服響應能力提出了嚴格的要求。

　　工藝員根據花盤(pán)設定循環(huán)周期內每段所需的送經(jīng)量，系統將實(shí)時(shí)根據當前經(jīng)軸架的盤(pán)頭周長(cháng)變化來(lái)計算下一個(gè)循環(huán)周期里每段送經(jīng)量的運動(dòng)參數。采用B&R ACOPOS伺服驅動(dòng)器內置的CyclicCom（循環(huán)讀寫(xiě)）功能，PCC依據對主軸單圈絕對值編碼器位置的變化，將下一個(gè)橫列對應的送經(jīng)量的運動(dòng)參數寫(xiě)入伺服控制器，這樣，伺服將會(huì )從一個(gè)橫列的送經(jīng)量平滑的切換到另一個(gè)橫列的送經(jīng)量。在每一個(gè)循環(huán)周期里，我們的系統預留了最多64個(gè)橫列送經(jīng)量的變化，而由于以上的巧妙設計及我們高性能的PCC和伺服系統提供的硬件保障，其實(shí)每一個(gè)送經(jīng)軸只使用了1個(gè)CAM狀態(tài)就實(shí)現了任意多個(gè)橫列作為一個(gè)循環(huán)周期的不同送經(jīng)量的高速無(wú)縫切換。

　　參考以上的敘述，EBC考慮的并非僅僅是橫列變化時(shí)所需的送經(jīng)量變化帶來(lái)的伺服運動(dòng)參數的調整，還有一個(gè)維度即：盤(pán)頭的直徑是不斷減小的，這要求不斷的根據盤(pán)頭周長(cháng)的變化修正盤(pán)頭的角速度來(lái)保證每個(gè)循環(huán)周期的相應橫列的送經(jīng)穩定不變。

　　ACOPOS伺服驅動(dòng)器提供了多個(gè)編碼器接口的設計，因此，檢測速度可由X20分布式IO來(lái)提供反饋，也可以通過(guò)直接接入到伺服驅動(dòng)器的編碼器卡槽位上反饋，而且ACOPOS伺服驅動(dòng)器可以設置為變頻模式支持異步電機，它即保證了很好的調速特性也能夠降低成本，并且ACOPOS與其它軸之間的總線(xiàn)通信保證了軸與軸之間的實(shí)時(shí)性。

    3.2電子卷取單元（EWA）

    卷取采用中心收卷方式，并非想象的那么簡(jiǎn)單，因為，要保證材料的收卷均勻可靠，必須依賴(lài)于與主軸的同步，以及在不同階段的力矩變化控制。在啟始、加速、減速時(shí)，由于橫列的花樣變化帶來(lái)的位置變化都將被考慮在其中，因此，卷取軸與牽拉軸同步并且在不斷進(jìn)行力矩輸出控制計算。

    接近開(kāi)關(guān)兩次觸發(fā)間的計時(shí)與電機的速度相乘得到已走過(guò)的距離，與設定的最大距離相除即得到百分比，再以最大扭矩與最小扭矩線(xiàn)性化成100%的區間，在每個(gè)區間里伺服提供可靠的力矩輸出來(lái)獲得對卷取的穩定控制，事實(shí)上，它是用交流伺服來(lái)模擬出直流伺服電機所需的良好線(xiàn)性機械特性曲線(xiàn)，要對卷取材料的在卷取過(guò)程中的縮放進(jìn)行補償設計，使得更加穩定而柔和的實(shí)現卷取。

    3.3HMI操作設計

　　工程師經(jīng)過(guò)討論，將整個(gè)屏設計為三個(gè)部分，最上面的日常狀態(tài)顯示，它可以顯示客戶(hù)公司的LOGO、批號、時(shí)間和畫(huà)面的頁(yè)面名稱(chēng)，在中間部分顯示狀態(tài)頁(yè)、參數設置頁(yè)內容，底部區域設計為頁(yè)面切換的鍵，采用了Windows風(fēng)格的操作圖標。

    3.4打印機功能

　　通過(guò)驅動(dòng)程序植入和對串口的通信設計，Power Panel提供了與小型打印機連接的功能，能夠將生產(chǎn)批次、產(chǎn)量、故障、歷史記錄等進(jìn)行打印輸出。

    3.5遠程監控RMS（Remote Monitoring System）

　　采用在Power Panel中添加VNC Server并為機器設置IP地址，可以實(shí)現不增加任何成本的情況下，達到遠程對機器的監控和操作功能，提供兩級訪(fǎng)問(wèn)控制，一級是監控機器狀態(tài)的權限，一級是對機器參數的修改功能授權給高級工程師。

　　另外，也可以在Power Panel中添加Web Server ，它使得Power Panel可以提供基于B/S結構的遠程訪(fǎng)問(wèn)能力，由遠程端的IE Browser通過(guò)Internet訪(fǎng)問(wèn)該機器，對于未來(lái)的維護而言，將會(huì )大大的提供便利。

  
    四、系統配置

    4.1驅動(dòng)技術(shù)

　　配置了6個(gè)B&R高性能的ACOPOS伺服驅動(dòng)器，提供了送經(jīng)和卷繞的高速響應能力。其中主軸運行為異步伺服模式，ACOPOS驅動(dòng)器采用模塊化設計，在其插槽上插入外接編碼器模塊使得每個(gè)軸可以直接計算送經(jīng)羅拉的編碼器反饋值，并高速運算。

    4.2控制顯示

　　500MHz的處理器，128MB的SDRAM。B&R Power Panel 400系列不僅僅是一個(gè)人機界面，同時(shí)它也是一款高性能的CPU，支持高達200uS的循環(huán)周期，EBC的復雜算法與科學(xué)的人機設計均由其獨立完成。

    4.3現場(chǎng)總線(xiàn)

　　Ethernet POWERLINK實(shí)時(shí)通信技術(shù)提供的高達400uS的實(shí)時(shí)通信刷新速率，100Mbps的傳輸速度，確保了整機控制的數據交換通暢。

　　系統配置結構圖如下： 

    五、系統特點(diǎn)

    5.1 PCC的強大算法設計功能

　　我們從下圖可以看到EBC參數設置畫(huà)面，對于普通的系統而言，本來(lái)最多需要33幅畫(huà)面（每個(gè)循環(huán)周期橫列總數最多可以設定64，如果細分為64段，每頁(yè)顯示6段，一組EBC參數需要11頁(yè)）才能完成的三組EBC參數設定，而對于B&R的PCC，這里只用了一幅畫(huà)面來(lái)實(shí)現，完全歸功于程序的編寫(xiě)技巧，體現了貝加萊軟件強大編程功能，不僅節省了程序存儲空間，也提高了運行效率，使得程序更加便于維護。 

    5.2高性能的系統

　　這個(gè)應用中，當達到3000RPM轉速和64個(gè)Courses的應用時(shí)，系統必須在20mS內完成下一個(gè)橫列送經(jīng)量的計算、傳輸運動(dòng)參數到驅動(dòng)器和驅動(dòng)器的執行動(dòng)作整個(gè)過(guò)程，需要計算的任務(wù)周期、數據傳輸周期和伺服執行周期均高速通暢，這依賴(lài)于Power Panel的高速實(shí)時(shí)任務(wù)處理、Ethernet Powerlink的高速實(shí)時(shí)數據傳輸和ACOPOS伺服驅動(dòng)器的快速響應能力相互配合，才能實(shí)現，經(jīng)測試軟件檢測，即使如此，CPU的使用率也只有30%多點(diǎn)，對于目前全世界最高的4200RPM的高速機應用而言，這個(gè)系統也是能夠支撐其運行且穩定可靠，另外一個(gè)事實(shí)是： 那臺高速機上采用的正是B&R的系統。

    5.3科學(xué)實(shí)用的操作界面

　　B&R工程師花費很多的時(shí)間認真與客戶(hù)討論如何讓機器更加人性化和易于操作、學(xué)習，原則是不能讓畫(huà)面復雜、因為對于操作機器的人來(lái)說(shuō)，復雜就會(huì )容易出錯，并且不易于掌握，但是，這個(gè)機器又要設計的功能強大，涵蓋各種可能的生產(chǎn)應用變化，這似乎是一個(gè)矛盾，但是，B&R工程師和客戶(hù)經(jīng)過(guò)討論，制定了一個(gè)標準的畫(huà)面格式，如之前所描述的，它使得看上去矛盾的事情變得簡(jiǎn)單，讓其不僅美觀(guān)大方而且易于理解，對于操作人員來(lái)說(shuō)，每個(gè)界面都是采用固定的格式，他們很容易從圖標明白如何切換到不同的頁(yè)面。并且那些不必要的、會(huì )造成操作人員迷惑的按鈕都被消除了，系統顯得非常的條理化和人性化。

    六、客戶(hù)評價(jià)

　　在與B&R的合作過(guò)程中，客戶(hù)高度贊揚了B&R工程師對于工藝的快速把握和理解，并對合作中得到的良好技術(shù)支持和培訓服務(wù)表示滿(mǎn)意。經(jīng)驗豐富的工程師良好的把握了客戶(hù)的設計需求，并很好的發(fā)揮了B&R系統的強大算法設計功能、多軸同步關(guān)系模型和科學(xué)實(shí)用的HMI設計。

　　B&R在機器設計領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗，這些經(jīng)驗被傳遞到客戶(hù)的應用中去，控制器、網(wǎng)絡(luò )和驅動(dòng)器的功能和性能的確非常重要，但是，更重要的是B&R的工程師團隊對于客戶(hù)需求的把握和實(shí)現能力，這才是B&R真正的競爭力。