織機系統機電一體自動化系統整體解決方案
1 引言
對紡織行業而言，由于生產過程的特殊性，紡織機的機電一體化是實現基礎自動化的基石，機電一體化為提高自動化程度提供了良好的前提條件。從系統層次考慮，工業自動化系統正朝著集成化、網絡化、平臺化、綜合管理等方向發展,因此構建工業控制系統時，不僅要硬件配套，更重要的是要考慮功能完善，將軟、硬件系統功能完美地整合，給用戶提供穩定可靠，可操作性、可維護性和可擴展性好及功能齊全、性能優異的自動化工控系統，即使隨著時光的流逝工控系統需要升級換代，系統仍然具有很好的兼容性，使用戶投資受到良好的保護。新一代的臺達工控產品提供了各種整體配套的自動化系統解決方案，限于篇幅，以下列舉部分行業應用的成功案例供參考，這些系統案例經過現場長期運行考核，運行穩定可靠，給企業帶來了顯著的社會經濟效益，受到用戶好評，并能很好地滿足集成化、網絡化、平臺化、綜合管理等前瞻性要求。這些織機機電一體化工控系統在工業自動化軟件系統的支持下，數據點數、處理能力以及可伸縮性或擴展性等方面，都有明顯的發展和提高，由它們構建的系統會隨時間推移而增值和延長項目的生命周期，從整體上可進一步提高系統建設的投資回報率。以下是典型的成功應用案例，文中對其關鍵技術的要點作了扼要的說明。
2 基于機電一體化的織機自動化系統成功案例
2.1張力控制變頻收卷系統
紡織機械如：漿紗機、漿染聯合機、并軸機等設備都會有收卷的環節。傳統的收卷都采用機械傳動，但機械同軸傳動的機械磨損是非常嚴重的，同軸傳動部分的機械平均壽命基本上是一年左右，難于維護而且維護費用高，由于是連續性生產，設備開機后不允許中途停車，意外停車會造成巨大浪費。張力控制變頻收卷系統可取代傳統的機械傳動系統，保證整個收卷過程穩定，避免小卷時張力過大，大卷啟動時松紗的現象，該系統借助臺達公司的變頻器采用閉環矢量控制方案實現恒張力控制。為了保證恒張力，要求電對不同的操作過程要進行相應的轉矩補償。即在小卷啟動的瞬間、加速、減速、停車和大卷啟動時，要在不同卷經時進行不同的轉矩補償，保證收卷的整個過程中，避免小卷時張力過大；大卷啟動時松紗的現象，
該系統可滿足以下工藝要求：在收卷的整個過程中都保持恒定的張力；在啟動小卷時不會因張力過大而斷紗，大卷啟動時不會產生松紗，即使在加速、減速、停止的狀態下也不會有上述情況出現；可量化設定張力大小并顯示實際卷徑的大小。
其優點在于：張力在人機界面上設定，人性化的操作；采用長遠卷徑遞歸、空心卷徑激活時張力線性遞加、張力錐度計算和轉矩補償動態調整等先進控制算法；卷徑實時計算精確度高，保證了收卷電機輸出轉矩平滑性能好，由于在計算卷徑時加入了卷徑遞歸運算，在操作失誤時可自己糾正卷徑到正確值；收卷裝置轉動慣量大，當卷徑由小變大，如果操作人員進行加速、減速、停車、再激活時極易造成爆紗、松紗現象，直接影響紗的質量，實施變頻收卷改造后，系統收卷穩定，張力始終恒定；在傳統機械傳動收卷基礎上改造成變頻收卷，基本上不需對原有機械進行改造，兩三天就能安裝調試完成，非常簡便而且造價低；克服了機械收卷對機械磨損的弊端，延長了機械的使用壽命，設備維護使用方便。值得注意的是該系統用工控機極易實現群控，進而實現管控一體化。
2.2 簾子布織機電控系統
簾子布織機是劍桿織機的一個特類，除具有一般織機性能外有其特殊性。以往簾子布織機電控系統結構如下：主控部分采用單片機控制，包括主機采用離合器控制、顯示部分一般采用LCD；送經/卷曲(包括大卷裝)大部分采用機械聯軸控制，即使采用變頻控制，一般也只用模擬控制方案控制其中的某一部分，其缺點是：機械結構復雜，難于維修，通過機械實現傳動；車速一般不是很快，一般在200轉/分～350轉/分；顯示信息不完善、自動化程度不高。
采用以臺達ES型PLC、DOP-A型HIM、B/M型變頻器構建的新穎電控系統。其創新主要體現于：主機采用臺達B型矢量型變頻器控制，擺脫了傳統的離合器控制模式，可實現主機電氣無極調速功能；送經電機、卷曲電機、大卷裝均采用臺達M型變頻器控制；運用臺達MODBUS通訊協議構建主機、送經電機、卷曲電機、大卷裝控制系統；擺脫了傳統的模擬量控制；信號采集、處理采用臺達ES型PLC作為CPU處理中心；顯示采用臺達人機界面，擺脫了傳統的LCD模式。上述優點是傳統織機控制系統無法比擬的：機械結構大大簡單化；可高達450轉/分，這是同類機種高不可攀的車速；主機采用變頻控制，使織機車速可實現變頻調速控制。
該系統實現工藝的邏輯有：快車、慢車、點動、機頭布開車、緊經/松經、卷布/退布、正常停車、經停、緯停、緯停、計數到停車和急停等。由于系統主機、送經電機、卷曲電機、大卷轉均采用變頻控制，根據工藝和織物要求必須對其采用同步控制，即快車啟動過程、調速過程、停車過程、點動過程、慢車過程、緊經/松經過程均要有相應的同步工藝控制要求，主機改變整機速度，緯密改變卷取速度，卷曲張力改變大卷裝速度，送經張力改變送經速度。系統已在江蘇泰州化纖廠投入使用，具有結構簡單、操作方便、界面簡潔、穩定可靠，成本低廉等特征，是傳統控制系統的最佳替代產品。
2.3 毛巾織機天經電氣控制系統
毛巾織機是劍桿織機一種，它和普通劍桿織機的主要區別在于毛巾織機比普通劍桿織機多了一個經軸，即天經。由于是雙經系統，其控制比一般織機的電控系統復雜，但毛巾織機天經相對來說又有一定的獨立性和特殊性，獨立性在于它其它控制部分之間只存在張力、緯密、速度、起停的同步，特殊性在于在整個運行過程中存在三個張力段、三個緯密，這和地經（普通織機的經軸）有著明顯的區別。控制系統硬件均采用DELTA自動化產品，EH型可編程控制器、ASD-A型伺服控制器和TP04G文本顯示，便于系統維護、升級。系統軟件算法特點：以張力設定值為基準、以張力測量值為參考，通過速度來改變張力；當前速度為初始速度+脈沖增量速度+PID增量速度之和；脈沖速度增量權值和PID速度增量權值不是固定的，在不同的經直經值段是不一樣的。
系統構架：硬件構架，TP04+EHPLC+ASD；軟件構架，TP04+EHPLC。
該系統結構簡單，操作方便，界面友好，整個系統采用臺達自動化產品構成，系統性價比高，應用效果良好，受到客戶認同。
2.4 國產化劍桿織機電氣控制系統
國外劍桿織機普遍采用微機群控系統實現電子選緯、電子多臂等控制，具有自診斷和數據采集管理等多種功能。
現在國產織機主要是20世紀80年代國外機型的改進，大多采用商用微機，檔次不一，相比之下，差距較大。近年來，國內眾多廠家使用臺達EHPLC為核心研制的劍桿織機電氣控制系統大大縮短了這個差距，為了提高控制系統的可靠性，系統硬件采用臺達公司的DVPEH3200TPLC，配置給公司的TD220中文文本界面。該系統人機界面的中文信息使操作維修變得方便快捷，可方便地設定各種織機工藝參數、選緯參數和生產管理數據，故障信息在接口上自動顯示。軟件系統可實現多種功能：如診斷保護、參數設定、數據保存、選緯等功能。該系統特點是：啟動迅速，在第一次打緯時,織機車就可達到或接近正常運轉速度，采用高壓啟動；制動平穩快捷，停車位置準確，有利于重新開車啟動，響應時間快；操作方便，有正常啟、制動功能,可實現某些特殊操作,如選緯工藝設定、點動、停手動、正反尋車等。
該系統具有結構簡單、操作方便、接口簡潔、運行穩定可靠和成本低廉等優點，在山東聊城劍桿織機投運效果令用戶滿意，是傳統控制系統的最佳替代產品。
對紡織行業而言，由于生產過程的特殊性，紡織機的機電一體化是實現基礎自動化的基石，機電一體化為提高自動化程度提供了良好的前提條件。從系統層次考慮，工業自動化系統正朝著集成化、網絡化、平臺化、綜合管理等方向發展,因此構建工業控制系統時，不僅要硬件配套，更重要的是要考慮功能完善，將軟、硬件系統功能完美地整合，給用戶提供穩定可靠，可操作性、可維護性和可擴展性好及功能齊全、性能優異的自動化工控系統，即使隨著時光的流逝工控系統需要升級換代，系統仍然具有很好的兼容性，使用戶投資受到良好的保護。新一代的臺達工控產品提供了各種整體配套的自動化系統解決方案，限于篇幅，以下列舉部分行業應用的成功案例供參考，這些系統案例經過現場長期運行考核，運行穩定可靠，給企業帶來了顯著的社會經濟效益，受到用戶好評，并能很好地滿足集成化、網絡化、平臺化、綜合管理等前瞻性要求。這些織機機電一體化工控系統在工業自動化軟件系統的支持下，數據點數、處理能力以及可伸縮性或擴展性等方面，都有明顯的發展和提高，由它們構建的系統會隨時間推移而增值和延長項目的生命周期，從整體上可進一步提高系統建設的投資回報率。以下是典型的成功應用案例，文中對其關鍵技術的要點作了扼要的說明。
2 基于機電一體化的織機自動化系統成功案例
2.1張力控制變頻收卷系統
紡織機械如：漿紗機、漿染聯合機、并軸機等設備都會有收卷的環節。傳統的收卷都采用機械傳動，但機械同軸傳動的機械磨損是非常嚴重的，同軸傳動部分的機械平均壽命基本上是一年左右，難于維護而且維護費用高，由于是連續性生產，設備開機后不允許中途停車，意外停車會造成巨大浪費。張力控制變頻收卷系統可取代傳統的機械傳動系統，保證整個收卷過程穩定，避免小卷時張力過大，大卷啟動時松紗的現象，該系統借助臺達公司的變頻器采用閉環矢量控制方案實現恒張力控制。為了保證恒張力，要求電對不同的操作過程要進行相應的轉矩補償。即在小卷啟動的瞬間、加速、減速、停車和大卷啟動時，要在不同卷經時進行不同的轉矩補償，保證收卷的整個過程中，避免小卷時張力過大；大卷啟動時松紗的現象，
該系統可滿足以下工藝要求：在收卷的整個過程中都保持恒定的張力；在啟動小卷時不會因張力過大而斷紗，大卷啟動時不會產生松紗，即使在加速、減速、停止的狀態下也不會有上述情況出現；可量化設定張力大小并顯示實際卷徑的大小。
其優點在于：張力在人機界面上設定，人性化的操作；采用長遠卷徑遞歸、空心卷徑激活時張力線性遞加、張力錐度計算和轉矩補償動態調整等先進控制算法；卷徑實時計算精確度高，保證了收卷電機輸出轉矩平滑性能好，由于在計算卷徑時加入了卷徑遞歸運算，在操作失誤時可自己糾正卷徑到正確值；收卷裝置轉動慣量大，當卷徑由小變大，如果操作人員進行加速、減速、停車、再激活時極易造成爆紗、松紗現象，直接影響紗的質量，實施變頻收卷改造后，系統收卷穩定，張力始終恒定；在傳統機械傳動收卷基礎上改造成變頻收卷，基本上不需對原有機械進行改造，兩三天就能安裝調試完成，非常簡便而且造價低；克服了機械收卷對機械磨損的弊端，延長了機械的使用壽命，設備維護使用方便。值得注意的是該系統用工控機極易實現群控，進而實現管控一體化。
2.2 簾子布織機電控系統
簾子布織機是劍桿織機的一個特類，除具有一般織機性能外有其特殊性。以往簾子布織機電控系統結構如下：主控部分采用單片機控制，包括主機采用離合器控制、顯示部分一般采用LCD；送經/卷曲(包括大卷裝)大部分采用機械聯軸控制，即使采用變頻控制，一般也只用模擬控制方案控制其中的某一部分，其缺點是：機械結構復雜，難于維修，通過機械實現傳動；車速一般不是很快，一般在200轉/分～350轉/分；顯示信息不完善、自動化程度不高。
采用以臺達ES型PLC、DOP-A型HIM、B/M型變頻器構建的新穎電控系統。其創新主要體現于：主機采用臺達B型矢量型變頻器控制，擺脫了傳統的離合器控制模式，可實現主機電氣無極調速功能；送經電機、卷曲電機、大卷裝均采用臺達M型變頻器控制；運用臺達MODBUS通訊協議構建主機、送經電機、卷曲電機、大卷裝控制系統；擺脫了傳統的模擬量控制；信號采集、處理采用臺達ES型PLC作為CPU處理中心；顯示采用臺達人機界面，擺脫了傳統的LCD模式。上述優點是傳統織機控制系統無法比擬的：機械結構大大簡單化；可高達450轉/分，這是同類機種高不可攀的車速；主機采用變頻控制，使織機車速可實現變頻調速控制。
該系統實現工藝的邏輯有：快車、慢車、點動、機頭布開車、緊經/松經、卷布/退布、正常停車、經停、緯停、緯停、計數到停車和急停等。由于系統主機、送經電機、卷曲電機、大卷轉均采用變頻控制，根據工藝和織物要求必須對其采用同步控制，即快車啟動過程、調速過程、停車過程、點動過程、慢車過程、緊經/松經過程均要有相應的同步工藝控制要求，主機改變整機速度，緯密改變卷取速度，卷曲張力改變大卷裝速度，送經張力改變送經速度。系統已在江蘇泰州化纖廠投入使用，具有結構簡單、操作方便、界面簡潔、穩定可靠，成本低廉等特征，是傳統控制系統的最佳替代產品。
2.3 毛巾織機天經電氣控制系統
毛巾織機是劍桿織機一種，它和普通劍桿織機的主要區別在于毛巾織機比普通劍桿織機多了一個經軸，即天經。由于是雙經系統，其控制比一般織機的電控系統復雜，但毛巾織機天經相對來說又有一定的獨立性和特殊性，獨立性在于它其它控制部分之間只存在張力、緯密、速度、起停的同步，特殊性在于在整個運行過程中存在三個張力段、三個緯密，這和地經（普通織機的經軸）有著明顯的區別。控制系統硬件均采用DELTA自動化產品，EH型可編程控制器、ASD-A型伺服控制器和TP04G文本顯示，便于系統維護、升級。系統軟件算法特點：以張力設定值為基準、以張力測量值為參考，通過速度來改變張力；當前速度為初始速度+脈沖增量速度+PID增量速度之和；脈沖速度增量權值和PID速度增量權值不是固定的，在不同的經直經值段是不一樣的。
系統構架：硬件構架，TP04+EHPLC+ASD；軟件構架，TP04+EHPLC。
該系統結構簡單，操作方便，界面友好，整個系統采用臺達自動化產品構成，系統性價比高，應用效果良好，受到客戶認同。
2.4 國產化劍桿織機電氣控制系統
國外劍桿織機普遍采用微機群控系統實現電子選緯、電子多臂等控制，具有自診斷和數據采集管理等多種功能。
現在國產織機主要是20世紀80年代國外機型的改進，大多采用商用微機，檔次不一，相比之下，差距較大。近年來，國內眾多廠家使用臺達EHPLC為核心研制的劍桿織機電氣控制系統大大縮短了這個差距，為了提高控制系統的可靠性，系統硬件采用臺達公司的DVPEH3200TPLC，配置給公司的TD220中文文本界面。該系統人機界面的中文信息使操作維修變得方便快捷，可方便地設定各種織機工藝參數、選緯參數和生產管理數據，故障信息在接口上自動顯示。軟件系統可實現多種功能：如診斷保護、參數設定、數據保存、選緯等功能。該系統特點是：啟動迅速，在第一次打緯時,織機車就可達到或接近正常運轉速度，采用高壓啟動；制動平穩快捷，停車位置準確，有利于重新開車啟動，響應時間快；操作方便，有正常啟、制動功能,可實現某些特殊操作,如選緯工藝設定、點動、停手動、正反尋車等。
該系統具有結構簡單、操作方便、接口簡潔、運行穩定可靠和成本低廉等優點，在山東聊城劍桿織機投運效果令用戶滿意，是傳統控制系統的最佳替代產品。
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