新型噴氣織機控制系統分析

一 引言
　　噴氣織機是無梭織機的一種，它具有生產效率高，織造的產品種類較多的特點。但其工藝要求較高，整機動作具有很強的協調性，控制系統比較復雜。目前，我國國內織機生產廠商所制造的噴氣織機多長期采用日本技術，其電氣控制系統也主要依賴于從日本進口，由此造成生產成本難以下降，供貨時間無法保證，直接阻礙了產品的銷售。為改善這一狀況，諸多生產廠家及相關研究部門多年來在噴氣織機電氣控制系統國產化方面均做了大量工作。其主要方式為完全模仿日本噴氣織機的控制方式，即采用多個單片機系統完成整個織機系統的動作控制和數據運算。在長期的研發過程中，我們發現這種方法開發時間長、修改過程比較繁瑣、系統的穩定性較差，由此造成噴氣織機電氣控制系統國產化的工作始終難以取得令人滿意的成果。
　　針對此種情況，我們公司在對日產LA51VS型噴氣織機電控系統國產化的工作中，決定摒棄以往的模仿方式，采用一種新型的智能控制器B&R可編程計算機控制器（PCC），根據產品的功能和動作要求進行設計，在短短的三個半月時間內完成了由開發到樣機調試成功的整個過程，開辟出了一條研制新途徑。
二 貝加萊（B&R）PCC在噴氣織機控制系統中的應用
　　目前常規噴氣織機電氣控制系統主要包括以下方面：
　　1. 噴氣織機基本動作控制
　　包括織機的啟動、運行、停止，并在運行過程中檢測織機的各種工藝故障和設備故障，根據工藝要求發出相關指令，控制織機的動作。
　　2. 引緯系統控制
　　主要指對織機的主噴嘴電磁閥、輔助噴嘴電磁閥及擋紗銷的協調控制。
　　3. 送經系統控制
　　即電子送經控制系統。根據織機工藝要求設定參數，計算送經量和送經補償量以及送經速度，從而控制伺服電機，實現精確送經，有效防止停車檔。
　　4. 功能參數設置、故障報警提示及生產管理統計
　　完成噴氣織機的各項參數設置，詳細、準確提供故障、報警信息，監察織機工作狀態，匯集生產管理方面所需信息。
　　噴氣織機的所有動作均與織機角度息息相關，它對系統I/O信號的響應速度、處理時間、定位停車的位置和電磁閥的開啟、關閉角度的準確性以及送經系統的控制精度均有很高要求。我們以轉速為600rpm的織機為例，其每毫秒旋轉角度為3.6度，而織機的角度控制精度要求達到±2度，也就是說，系統必須在一毫秒以內完成對多個信號的處理。這些信號中還包括主機和伺服電機的編碼器高頻信號、張力傳感器的毫伏級模擬量信號、伺服電機的模擬量控制信號等諸多非開關量信號。
　　綜合以上所述，如果采用傳統的可編程邏輯控制器PLC將無法滿足噴氣織機的控制要求，因為PLC的主要功能是邏輯控制，即開關量控制，它雖然也有一些特殊功能模塊，但這些模塊是作為PLC的附加模塊，在硬件上與PLC之間存在接口，在軟件上又無法在PLC程序中統一編程控制，同時，常規的PLC操作系統大多采用單任務的時鐘掃描或監控程序，來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態采集與刷新，這樣處理，直接導致了真正意義上的“控制速度”依賴于應用程序的大小，這一結果，無疑是同噴氣織機I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。另外，PLC的內存容量只有幾十kB，數據運算和處理能力也較為有限。所以，在噴氣織機控制系統中使用PLC完成如此復雜的控制就有些力不從心了。
　　B&R可編程計算機控制器（PCC）是一種面向運動控制、過程控制和網絡控制的專用控制系統，是集標準PLC、數控系統和工業計算機的性能特點于一體的智能控制器。其模塊化的硬件和軟件結構，可以根據設計者的控制需要組合成具有廠家應用特點的專用控制系統，并具有靈活自由的聯網和擴展能力。其所有模塊（包括運動模塊等智能模塊）與PCC通過系統總線進行連接通訊，中間沒有接口，并且PCC的系統軟件采用分時多任務機制構筑其應用軟件的運行平臺，這樣應用程序的運行周期則與程序長短無關，而是由操作系統的循環周期決定，由此，它將應用程序的掃描周期同真正外部的控制周期區別開來，滿足了真正實時控制的要求。
基于這樣的操作系統，PCC的應用程序由多任務模塊構成，這樣給項目應用軟件的開發帶來了了很大的便利，因為這樣可以方便地按控制項目中各部分不同的功能要求，如數據采集，報警，PID調節運算，通信控制等，分別編制出控制程序模塊(任務)，這些模塊既相互獨立運行，而數據間又保持一定的相互關聯，這些模塊經過分步驟的獨立編制和調試完成之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務操作系統的調度管理下，并行運行，共同實現項目的控制要求。
　　PCC在編制不同的單個任務模塊時，具有靈活選用不同編程語言的特點，這就意味著不僅在常規 PLC上一直為人們所熟悉的梯形圖、指令表語言可在PCC上繼續沿用，而且用戶還可采用更為高效直觀的高級語言(PL2000)，它是一套完全面向控制的文本語言，熟悉BASIC的技術人員會對它的語法有種似曾相識的感覺，它對于控制要求的描述非常簡便，直觀。除此之外，PCC的應用軟件開發還具有集成“C”語言程序的能力，從而提供了強大的數據運算和處理能力。
　　在硬件結構方面，PCC的特點是很顯著的。在其核心的運算模塊內部，PCC為其CPU配備了數倍于常規 PLC的大容量存儲單元(100K-16M)，這無疑為強大的系統和應用軟件提供了監視的硬件基礎。PCC在硬件上的特點，還體現在它為工業現場的各種信號設計了許多專用的接口模塊，如高頻脈沖，增量式編碼器，溫度，稱重信號及超聲波信號接口模塊等。它們將各種形式的現場信號十分方便的聯入以PCC為核心的數字控制系統中，用戶可按需要對應用系統的硬件I/O通道以單路，十余路或數十路為單位模塊，進行數十點至數百點上千點的擴展與聯網。在機械行業PCC以專用模塊的方式對高精度運動控制功能如高速編碼計數、速度和位置補償、電子齒輪傳動、電子凸輪進行了集成，在大大提高控制精度的同時，使編程更加方便。
　　我公司在噴氣織機電氣控制系統開發中，使用的是B&R 2005系列PCC。下面我們對整個系統控制概況進行說明。
　　
　　本控制系統將B&R PCC作為主控制器，人機界面采用多功能觸摸式顯示屏，通過通訊方式與PCC相連接，使操作變得更加方便，界面變得更加友好。
　　1. 基本動作控制。使用PCC編碼器模塊對織機的角度傳感器信號進行采樣，經過倍頻處理以提高控制精度，然后轉換成織機角度信號，作為織機各種動作的基本參考依據。通過人機界面完成對織機的各項參數設置。在織機運轉過程中，實時監測系統狀態，控制織機的每一項動作，并同時在觸摸顯示屏上顯示當前織機狀態和故障原因。探緯檢測范圍信號由PCC高速數字I/O模塊輸出，其精確度可達±1度。
　　2. 引緯控制系統。PCC的CPU通過RS232接口，以通訊方式與電磁閥控制板連接，由人機界面完成對電磁閥開啟和關閉角度的設置。電磁閥控制板接受主控制器所發指令，根據角度傳感器信號，驅動電磁閥工作。本系統為雙噴任意選緯系統，引緯系統具有正常運行引緯、慢動引緯及引一緯功能。所有功能操作均通過觸摸顯示屏進行。
　　3. 送經控制系統。主控制器根據系統所設定的經軸卷徑、緯紗密度、織機轉速等參數，計算送經系統伺服電機轉速?？棛C運行過程中通過PCC張力全橋測量模塊檢測經紗張力，經CPU計算后，再由模擬量輸出模塊調整伺服電機轉速，保證織機運行過程當中經紗張力的相對恒定。另外，通過PCC設置織機是否選用快速啟動，調整伺服電機的啟動延時、啟動時間、停止延時及停止時間，在織機啟動前調整織口位置，從而有效防止停車檔的產生。
　　4. 生產管理統計。PCC強大的數據處理和計算能力使生產效率統計、運行狀況記錄及落布情況記錄變得簡單而有效。
　　目前的實踐證明，新一代可編程計算機控制器B&R PCC完全適用于高檔織機的控制系統，它不僅保證了原機的功能，同時還相應提高了系統的綜合控制性能，降低了故障率（PCC可達到50萬小時無故障），配以經濟實用的人機界面，使操作變得更加簡單方便，使整個設備的檔次有了較大提高。另外，由于PCC具有強大的網絡通訊功能，能夠方便地實現織機的遠程計算機集中監控功能，增強織造車間管理的科學性，提高管理效率。
　　　貝加萊的PCC在工業控制中的強大功能優勢，體現了可編程控制器與工業控制計算機及DCS（分布式工業控制系統）技術相互融合的發展潮流，我公司愿與B&R一同為紡織機械行業開發出性能優良，獨具風格和技術特點的紡機設備。