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(jī)編織出來的，還有那些你每天看到的卻沒有仔細(xì)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(jī)的外殼、風(fēng)力發(fā)電的葉片、集裝箱、摩托車頭盔、甚至到潛艇、航空飛機(jī)很多領(lǐng)域都使用由經(jīng)編機(jī)編織的材料，經(jīng)編機(jī)的種類非常多，針對不同的工藝有拉舍爾和特里科兩種經(jīng)編機(jī)，又按照襯緯與否分為帶襯緯的經(jīng)編機(jī)等等，有雙針床、單針床等，種類非常之多，這里主要介紹高速特里科經(jīng)編機(jī)。 1、特里科經(jīng)編機(jī)系統(tǒng)概要 　　1.1原理 　　經(jīng)編機(jī)是由送經(jīng)、成圈機(jī)構(gòu)、牽拉、卷取幾個單元構(gòu)成，經(jīng)線通過盤頭放卷為成圈機(jī)構(gòu)提供穩(wěn)定的送紗量，針床的成圈機(jī)構(gòu)通過退圈、墊紗、帶紗、閉口、套圈等一系列動作完成對材料的編織，牽引單元將織好的材料隨著每個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(tǒng)的經(jīng)編機(jī)是通過機(jī)械的方式進(jìn)行連接，即渦輪蝸桿進(jìn)行傳動的變化組合，而這些對于變化的需求來說就非常不靈活，而現(xiàn)代伺服技術(shù)提供了更靈活的系統(tǒng)設(shè)計。經(jīng)編機(jī)的送經(jīng)量控制是關(guān)鍵，對于在每個周期里沒有變化的送經(jīng)而言，采用變頻器即可，這種送經(jīng)單元稱為EBA。 　　而對于每個周期送經(jīng)量有最大64種變化的編織圖案設(shè)計而言，則送紗量要通過伺服進(jìn)行可靠的輸送，在主軸的每個旋轉(zhuǎn)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(dá)到64種，伺服需要據(jù)此進(jìn)行速度的調(diào)整以適應(yīng)經(jīng)編工藝對送紗量的精確需求。另一個控制維度在于隨著送經(jīng)的變化盤頭的周長不斷減小，需要不斷的加快盤頭角速度，以保證送經(jīng)量的穩(wěn)定輸出，這就是所謂的EBC單元，對于僅僅是簡單的變化而言，EBA即可實(shí)現(xiàn)，但是，對于變化復(fù)雜的花樣而言，則EBC就非常的有必要了。 2、系統(tǒng)性能要求 　　客戶對這個機(jī)器提出了3000RPM的設(shè)計目標(biāo)（針距E32，密度最小2C/cm），這是一臺真正意義的高速經(jīng)編機(jī)，目前國內(nèi)經(jīng)編機(jī)大多為主機(jī)轉(zhuǎn)速在800～1200RPM的速度，效率較低，并且多設(shè)計為固定的EBA系統(tǒng)，而該客戶設(shè)計的起點(diǎn)較高，設(shè)計為3000RPM的高速經(jīng)編機(jī)，這對機(jī)器的伺服系統(tǒng)的響應(yīng)能力提出了較高的要求，采用國際先進(jìn)的EBC設(shè)計使得對于控制算法的設(shè)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(yùn)行在3000RPM的機(jī)器對于64橫列變化送經(jīng)量的支持，需要控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)擁有非常高速的運(yùn)算和處理能力及通訊能力。 　　ACOPOS伺服驅(qū)動器配合Ethernet POWERLINK實(shí)時以太網(wǎng)提供了最快400uS的數(shù)據(jù)刷新周期，因此，B&R的ACOPOS和EPL在方案交流階段即得到了認(rèn)可。 3、系統(tǒng)功能要求及實(shí)現(xiàn) 　　客戶除了對性能提出了嚴(yán)格的要求，對于功能設(shè)計也提出了很多要求，例如：EBC的設(shè)置算法設(shè)計、電子牽拉和電子卷?。ㄖ行木砣》绞剑⒋蛴C(jī)功能、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能設(shè)計、掉電停車功能、人機(jī)操作的科學(xué)和實(shí)用性設(shè)計等。這些設(shè)計具有一定的前瞻性，具體分為如下幾個單元： 　　3.1電子送經(jīng)EBC單元設(shè)計（Electric Beam Control） 　　EBC原理，如上圖測速羅拉（roller）能夠?qū)崟r測量到盤頭的送經(jīng)速度及周長變化，編碼器數(shù)據(jù)通過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(shè)定的送經(jīng)量和現(xiàn)時各送經(jīng)軸盤頭的周長變化不斷地優(yōu)化計算出送經(jīng)軸的運(yùn)動參數(shù)。對于花色變化不大的編織而言，在主軸的一個循環(huán)周期里，送經(jīng)的變化并不頻繁，但是，當(dāng)花色需要在一個循環(huán)周期里提供16段、32段或者更多的橫移動作的話，那么，在一個循環(huán)周期中不同段的送經(jīng)量的變化將會需要伺服電機(jī)不斷地進(jìn)行運(yùn)動參數(shù)調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，這對伺服響應(yīng)能力提出了嚴(yán)格的要求。 　　工藝員根據(jù)花盤設(shè)定循環(huán)周期內(nèi)每段所需的送經(jīng)量，系統(tǒng)將實(shí)時根據(jù)當(dāng)前經(jīng)軸架的盤頭周長變化來計算下一個循環(huán)周期里每段送經(jīng)量的運(yùn)動參數(shù)。采用B&R ACOPOS伺服驅(qū)動器內(nèi)置的CyclicCom（循環(huán)讀寫）功能，PCC依據(jù)對主軸單圈絕對值編碼器位置的變化，將下一個橫列對應(yīng)的送經(jīng)量的運(yùn)動參數(shù)寫入伺服控制器，這樣，伺服將會從一個橫列的送經(jīng)量平滑的切換到另一個橫列的送經(jīng)量。在每一個循環(huán)周期里，我們的系統(tǒng)預(yù)留了最多64個橫列送經(jīng)量的變化，而由于以上的巧妙設(shè)計及我們高性能的PCC和伺服系統(tǒng)提供的硬件保障，其實(shí)每一個送經(jīng)軸只使用了1個CAM狀態(tài)就實(shí)現(xiàn)了任意多個橫列作為一個循環(huán)周期的不同送經(jīng)量的高速無縫切換。 　　參考以上的敘述，EBC考慮的并非僅僅是橫列變化時所需的送經(jīng)量變化帶來的伺服運(yùn)動參數(shù)的調(diào)整，還有一個維度即：盤頭的直徑是不斷減小的，這要求不斷的根據(jù)盤頭周長的變化修正盤頭的角速度來保證每個循環(huán)周期的相應(yīng)橫列的送經(jīng)穩(wěn)定不變。 　　ACOPOS伺服驅(qū)動器提供了多個編碼器接口的設(shè)計，因此，檢測速度可由X20分布式IO來提供反饋，也可以通過直接接入到伺服驅(qū)動器的編碼器卡槽位上反饋，而且ACOPOS伺服驅(qū)動器可以設(shè)置為變頻模式支持異步電機(jī)，它即保證了很好的調(diào)速特性也能夠降低成本，并且ACOPOS與其它軸之間的總線通信保證了軸與軸之間的實(shí)時性。 　　3.2電子卷取單元（EWA） 　　卷取采用中心收卷方式，并非想象的那么簡單，因?yàn)?，要保證材料的收卷均勻可靠，必須依賴于與主軸的同步，以及在不同階段的力矩變化控制。在啟始、加速、減速時，由于橫列的花樣變化帶來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。 　　接近開關(guān)兩次觸發(fā)間的計時與電機(jī)的速度相乘得到已走過的距離，與設(shè)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性化成100%的區(qū)間，在每個區(qū)間里伺服提供可靠的力矩輸出來獲得對卷取的穩(wěn)定控制，事實(shí)上，它是用交流伺服來模擬出直流伺服電機(jī)所需的良好線性機(jī)械特性曲線，要對卷取材料的在卷取過程中的縮放進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計，使得更加穩(wěn)定而柔和的實(shí)現(xiàn)卷取。 　　3.3HMI操作設(shè)計 　　工程師經(jīng)過討論，將整個屏設(shè)計為三個部分，最上面的日常狀態(tài)顯示，它可以顯示客戶公司的LOGO、批號、時間和畫面的頁面名稱，在中間部分顯示狀態(tài)頁、參數(shù)設(shè)置頁內(nèi)容，底部區(qū)域設(shè)計為頁面切換的鍵，采用了Windows風(fēng)格的操作圖標(biāo)。 　　3.4打印機(jī)功能 　　通過驅(qū)動程序植入和對串口的通信設(shè)計，Power Panel提供了與小型打印機(jī)連接的功能，能夠?qū)⑸a(chǎn)批次、產(chǎn)量、故障、歷史記錄等進(jìn)行打印輸出。 　　3.5遠(yuǎn)程監(jiān)控RMS（Remote Monitoring System） 　　采用在Power Panel中添加VNC Server并為機(jī)器設(shè)置IP地址，可以實(shí)現(xiàn)不增加任何成本的情況下，達(dá)到遠(yuǎn)程對機(jī)器的監(jiān)控和操作功能，提供兩級訪問控制，一級是監(jiān)控機(jī)器狀態(tài)的權(quán)限，一級是對機(jī)器參數(shù)的修改功能授權(quán)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(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程訪問能力，由遠(yuǎn)程端的IE Browser通過Internet訪問該機(jī)器，對于未來的維護(hù)而言，將會大大的提供便利。 4、系統(tǒng)配置 　　4.1驅(qū)動技術(shù) 　　配置了6個B&R高性能的ACOPOS伺服驅(qū)動器，提供了送經(jīng)和卷繞的高速響應(yīng)能力。其中主軸運(yùn)行為異步伺服模式，ACOPOS驅(qū)動器采用模塊化設(shè)計，在其插槽上插入外接編碼器模塊使得每個軸可以直接計算送經(jīng)羅拉的編碼器反饋值，并高速運(yùn)算。 　　4.2控制顯示 　　500MHz的處理器，128MB的SDRAM。B&R Power Panel 400系列不僅僅是一個人機(jī)界面，同時它也是一款高性能的CPU，支持高達(dá)200uS的循環(huán)周期，EBC的復(fù)雜算法與科學(xué)的人機(jī)設(shè)計均由其獨(dú)立完成。 　　4.3現(xiàn)場總線 　　Ethernet POWERLINK實(shí)時通信技術(shù)提供的高達(dá)400uS的實(shí)時通信刷新速率，100Mbps的傳輸速度，確保了整機(jī)控制的數(shù)據(jù)交換通暢。 　　系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)圖如下： 5、系統(tǒng)特點(diǎn) 　　5.1 PCC的強(qiáng)大算法設(shè)計功能 　　我們從下圖可以看到EBC參數(shù)設(shè)置畫面，對于普通的系統(tǒng)而言，本來最多需要33幅畫面（每個循環(huán)周期橫列總數(shù)最多可以設(shè)定64，如果細(xì)分為64段，每頁顯示6段，一組EBC參數(shù)需要11頁）才能完成的三組EBC參數(shù)設(shè)定，而對于B&R的PCC，這里只用了一幅畫面來實(shí)現(xiàn)，完全歸功于程序的編寫技巧，體現(xiàn)了貝加萊軟件強(qiáng)大編程功能，不僅節(jié)省了程序存儲空間，也提高了運(yùn)行效率，使得程序更加便于維護(hù)。 　　5.2高性能的系統(tǒng) 　　這個應(yīng)用中，當(dāng)達(dá)到3000RPM轉(zhuǎn)速和64個Courses的應(yīng)用時，系統(tǒng)必須在20mS內(nèi)完成下一個橫列送經(jīng)量的計算、傳輸運(yùn)動參數(shù)到驅(qū)動器和驅(qū)動器的執(zhí)行動作整個過程，需要計算的任務(wù)周期、數(shù)據(jù)傳輸周期和伺服執(zhí)行周期均高速通暢，這依賴于Power Panel的高速實(shí)時任務(wù)處理、Ethernet Powerlink的高速實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸和ACOPOS伺服驅(qū)動器的快速響應(yīng)能力相互配合，才能實(shí)現(xiàn)，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(jī)應(yīng)用而言，這個系統(tǒng)也是能夠支撐其運(yùn)行且穩(wěn)定可靠，另外一個事實(shí)是： 那臺高速機(jī)上采用的正是B&R的系統(tǒng)。 　　5.3科學(xué)實(shí)用的操作界面 　　B&R工程師花費(fèi)很多的時間認(rèn)真與客戶討論如何讓機(jī)器更加人性化和易于操作、學(xué)習(xí)，原則是不能讓畫面復(fù)雜、因?yàn)閷τ诓僮鳈C(jī)器的人來說，復(fù)雜就會容易出錯，并且不易于掌握，但是，這個機(jī)器又要設(shè)計的功能強(qiáng)大，涵蓋各種可能的生產(chǎn)應(yīng)用變化，這似乎是一個矛盾，但是，B&R工程師和客戶經(jīng)過討論，制定了一個標(biāo)準(zhǔn)的畫面格式，如之前所描述的，它使得看上去矛盾的事情變得簡單，讓其不僅美觀大方而且易于理解，對于操作人員來說，每個界面都是采用固定的格式，他們很容易從圖標(biāo)明白如何切換到不同的頁面。并且那些不必要的、會造成操作人員迷惑的按鈕都被消除了，系統(tǒng)顯得非常的條理化和人性化。 6、客戶評價 　　在與B&R的合作過程中，客戶高度贊揚(yáng)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(xùn)服務(wù)表示滿意。經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師良好的把握了客戶的設(shè)計需求，并很好的發(fā)揮了B&R系統(tǒng)的強(qiáng)大算法設(shè)計功能、多軸同步關(guān)系模型和科學(xué)實(shí)用的HMI設(shè)計。 　　B&R在機(jī)器設(shè)計領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)被傳遞到客戶的應(yīng)用中去，控制器、網(wǎng)絡(luò)和驅(qū)動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(tuán)隊(duì)對于客戶需求的把握和實(shí)現(xiàn)能力，這才是B&R真正的競爭力。