匯川技術噴水織機電控系統

蘇州匯川技術有限公司 閆曉輝/文

匯川技術噴水織機電控系統

蘇州匯川技術有限公司 閆曉輝/文

本文介紹了匯川技術以匯川領先的驅動技術與控制技術為基礎，以紡織行業工藝創新為核心，為噴水織機行業客戶提供的個性化、專業化的電控系統。

1 噴水織機行業背景

自20世紀90年代起，合纖仿真絲織物就備受消費者青睞，噴水織機特別適合疏水性織物的織造，在平均入緯率和效率上，較其它新型織機有明顯優勢，因此發展迅速，目前年需求量保守估計在3萬臺左右，市場需求量巨大。

隨著噴水織機技術的進步，織造品種已從早期的錦綸、滌綸纖維向仿真絲綢、仿毛織物發展，對電控系統也提出了更高的需求：三合一集成控制系統（主控+花樣板+電送電卷）、永磁同步儲緯器、超啟動變頻器等，可有效提高織物品質的電控配置逐漸成為市場主流。

噴水織機由開口、引緯、打緯、送經和卷取五大運動機構及相關監測控制等輔助裝置組成。各運動機構必須相互配合良好并輔助各項電氣控制技術以適應織機的高轉速。同時噴水織機的所有動作均與織機的角度密切相關，它對系統I／O信號的響應速度、處理時間、定位停車的位置、指棒等開關角度以及送經、卷取系統的控制性能都有非常高的要求。

噴水織機是由噴射具有一定壓力的水流進行引緯的，引緯方式不同于有梭織機及其他無梭織機的機械引緯，機械引緯速度受機械運動的限制，速度無法提得很高，如劍桿織機引緯率最快約1500～1700米/分，引緯頻率只有300～600次/分，噴水織機的噴嘴噴射水流的動作是通過水泵運動完成的，水壓與水量可調，最快引緯率可達2500m/min，車速可達1400轉/分鐘，這就意味著使用360度/圈的編碼器其旋轉角度是8.4度/ms，織機角度的控制精度要求達到±2度。為了實現±2度的控制誤差，系統就必須在165微秒內完成對儲緯器、轉向閥、夾紗器、探緯傳感器等信號的處理，以及主機和伺服電機的高頻編碼器信號、張力傳感器模擬量信號、等諸多開關量和模擬量信號的處理。

因此，噴水織機的電控系統需要采用高性能處理器，且對控制網絡的實時性要求也較高。目前國內的噴水織機生產廠家多采用單CPU或單PLC的主從式多級控制系統，或者是基于RS-485的，由16位單片機組成的集散控制系統，它們存在功能簡單、自動化水平較低、控制精度較低、故障率較高的缺點，難以滿足高速織機對電氣控制系統的要求。

2 電控系統整體方案

噴水織機的電子控制系統是織機的核心技術，猶如人體的大腦中樞?？棛C所有的動作都與主軸的角度密切相關。通常情況下，織機會采用編碼器來測量角度。編碼器信號直接進入PLC或者單片機，通過引緯，電送電卷，電子多臂及探緯的工藝算法來實現電子卷取、電子送經（單經軸、雙經軸和多經軸）、電子多臂、選緯、儲緯控制、轉向閥、夾紗器等控制。整個織造周期中，卷取是將形成的每一織物單元引離織口并卷在布輥上，送經是將經紗均勻地送出以與緯紗進行交織而形成織物。開口是按照織物規律將經紗分成上下兩層形成供緯紗通過的通道引緯是將緯紗引入梭口，依靠打緯機構的前后往復擺動，將緯紗推向織口與經紗交織，形成織物。這一過程中織機的開口、 卷取、 送經、 引緯和打緯運動相互配合完成一個織造周期。

普通的電控系統包含斷經、短緯、長緯、手停自動定位停車、斷緯自動找斷緯、點動、回轉、快車等功能，可顯示織機角度，織機轉速，四班產量，四班斷經、斷緯、其它停車時間，四班效率等參數。

圖1 系統拓撲圖

如圖1所示，匯川的系統以工藝集成化為思路，二合一伺服驅動器內置噴水主控、電送電卷、花樣板控制工藝，通過CAN通訊與外部I/O進行交互，提供三合一綜合解決方案。

系統由二合一伺服驅動器、I/O板、電源板基本配置組成，可選配超啟動變頻器、花樣板、電子多臂控制器、數字探緯板（試機中）以及物聯網等模塊。適用于絕大多數國內外噴水織機，支持電子送經、電子卷取、伺服機外卷、電子提花、電子多臂、變頻超啟動等定制化需求。

控制原理上，I/O板采集外部信號，通過CAN通訊發給伺服主控，伺服主控處理完成后，通過CAN通訊發給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

內置噴水主控、電送電卷、花樣板控制工藝的伺服驅動一體機，顛覆了傳統的控制器+標準伺服的控制方案，實現了噴水工藝與驅動工藝的高度結合。使用伺服內置的32位高性能工業級微處理器，可直接利用伺服驅動器的PWM驅動模塊以及PID控制算法，提高了響應速度。

圖2 系統3D圖

傳統的噴水電控控制方式一般是主控板+花樣板+標準伺服的控制方式，由于涉及到信號交互及不同廠家的產品匹配，在產品穩定性及可二次開發性方面均存在一定局限。匯川技術通過對噴水行業工藝的耕耘，將噴水主控、電送電卷、花樣板工藝高度融合，內置于自主研發的高性能二合一伺服中，在控制實時性、穩定性方面均有明顯優勢。

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對于織物的品種、質量和織造效率的要求也越來越高，同時由于織機自動化水平的不斷提高，織機對于主控有穩定性和易用性需求，對花樣板有多噴控制需求，對電子送經要求更高效、更平穩以及更多緯密選擇；專用二合一伺服控制器正是基于這些需求發展形成的。

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

電子送經工藝流程：伺服通過CAN通訊接收主軸編碼器角度信號，通過內部函數與噴水主控交互，根據當前的張力傳感器反饋的模擬量張力信號來控制送經伺服電機使經軸放出或收卷經線，達到調節張力的目的。

電子卷取工藝流程：伺服通過CAN通訊接收主軸編碼器角度信號，通過內部函數與噴水主控交互，根據織機轉速、卷布輥直徑、緯密等設定參數來控制卷取電機實時轉速。

電子送經張力控制策略和流程如圖3所示：首先通過張力傳感器反饋張力模擬量信號，由于該信號含有大量干擾信號，需根據張力濾波算法得出反饋張力，根據設定張力和反饋張力的差值，得出偏差張力，根據偏差張力的大小等特征，通過比例、積分系數自整定算法得出比例、積分系數，通過PID計算出送經速度，繼而控制送經電機按此速度運動。

圖3 電子送經張力控制流程圖

2)超啟動變頻器

變頻慢點動有兩種方式實現：

①外置變頻器集中變頻，多臺織機共用一臺變頻器實現慢點動，優點是成本較低，缺點是無法對快車進行調速，

且同時對點動機臺數量有限制；

②內置變頻器單獨變頻，單機臺配獨立變頻器，優點是可實現變車速、多段速、超啟動等功能，缺點是目前成本較高；

目前市場解決方案一般是電控廠家與變頻器廠家分別采購，匯川技術基于公司高端MD500系列變頻器平臺技術，針對紡織行業，開發出ITD500系列紡織專用變頻器。

主要特點：

①超啟動，超啟動電壓與保持時間可調節，提高啟動時打緯力矩，有效應對停機檔；

②變轉速，無需更換皮帶輪，通過簡單參數設置，即可更改織機轉速；

③多段速，對復雜織物，可設置不同緯色或緯密時，織機不同轉速運行，使織機效率提升；

④穩定轉速，可降低電網波動對織機轉速的影響；

⑤節能，降低電網無功損耗。

3)高性能剎車系統

織機的剎車控制系統對定位停車至關重要，剎車系統工作不良會導致剎車過圈、錯花色、停機檔等各種問題；

傳統的解決方案是變壓器經過整流橋整流，得到固定的高低壓電平，電壓不可調，僅可調節剎車時間，隨著使用時間的推移，剎車盤磁化后，剎車定位便會出現問題。

匯川采用自適應與PMW結合的方案：

①高低壓剎車PMW控制方式，可靈活配置剎車電壓與保持時間，定位剎車準確可靠；

②反向消磁電路，有效避免剎車盤磁化問題，噴氣電控技術移植；

③雙線圈剎車控制。

4)ZigBee無線物聯網

隨著互聯網的發展，噴水織機網絡化管理的趨勢越來越明顯。在物聯網方案中，大部分廠家使用以太網的方案。以太網在工業現場使用存在價格高、需要使用性能好的路由器、以及布線組網成本高等劣勢，同樣用戶需要增加新機器時也存在擴展性差的問題。

本系統可靈活配置無線物聯網模塊，運用ZigBee的協議進行模塊組網。Zigbee網絡主要特點是低功耗、低成本、低速率、支持大量節點、支持多種網絡拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。組網過程中無需布線，無論是新機器還是舊機器，可在企業不同的發展階段進行選擇配置，增加企業管理的靈活性。

整體方案如圖4所示：

圖4 整體方案

4 結束語

從目前的行業發展趨勢看，噴水織機朝著高度集成、高速、節能、智能化、網絡化、品種適應性擴大幾個大方向發展。在這個過程中，噴水電控的進步十分關鍵，匯川在采用工藝結合工業自動化的產品理念，在系統和產品上會進行持續的升級，為用戶提供更加專業，更加高效，更加個性化的解決方案。