新型喷气织机控制系统分析

一 引言
　　喷气织机是无梭织机的一种，它具有生产效率高，织造的产品种类较多的特点。但其工艺要求较高，整机动作具有很强的协调性，控制系统比较复杂。目前，我国国内织机生产厂商所制造的喷气织机多长期采用日本技术，其电气控制系统也主要依赖于从日本进口，由此造成生产成本难以下降，供货时间无法保证，直接阻碍了产品的销售。为改善这一状况，诸多生产厂家及相关研究部门多年来在喷气织机电气控制系统国产化方面均做了大量工作。其主要方式为完全模仿日本喷气织机的控制方式，即采用多个单片机系统完成整个织机系统的动作控制和数据运算。在长期的研发过程中，我们发现这种方法开发时间长、修改过程比较繁琐、系统的稳定性较差，由此造成喷气织机电气控制系统国产化的工作始终难以取得令人满意的成果。
　　针对此种情况，我们公司在对日产LA51VS型喷气织机电控系统国产化的工作中，决定摒弃以往的模仿方式，采用一种新型的智能控制器B&R可编程计算机控制器（PCC），根据产品的功能和动作要求进行设计，在短短的三个半月时间内完成了由开发到样机调试成功的整个过程，开辟出了一条研制新途径。
二 贝加莱（B&R）PCC在喷气织机控制系统中的应用
　　目前常规喷气织机电气控制系统主要包括以下方面：
　　1. 喷气织机基本动作控制
　　包括织机的启动、运行、停止，并在运行过程中检测织机的各种工艺故障和设备故障，根据工艺要求发出相关指令，控制织机的动作。
　　2. 引纬系统控制
　　主要指对织机的主喷嘴电磁阀、辅助喷嘴电磁阀及挡纱销的协调控制。
　　3. 送经系统控制
　　即电子送经控制系统。根据织机工艺要求设定参数，计算送经量和送经补偿量以及送经速度，从而控制伺服电机，实现精确送经，有效防止停车档。
　　4. 功能参数设置、故障报警提示及生产管理统计
　　完成喷气织机的各项参数设置，详细、准确提供故障、报警信息，监察织机工作状态，汇集生产管理方面所需信息。
　　喷气织机的所有动作均与织机角度息息相关，它对系统I/O信号的响应速度、处理时间、定位停车的位置和电磁阀的开启、关闭角度的准确性以及送经系统的控制精度均有很高要求。我们以转速为600rpm的织机为例，其每毫秒旋转角度为3.6度，而织机的角度控制精度要求达到±2度，也就是说，系统必须在一毫秒以内完成对多个信号的处理。这些信号中还包括主机和伺服电机的编码器高频信号、张力传感器的毫伏级模拟量信号、伺服电机的模拟量控制信号等诸多非开关量信号。
　　综合以上所述，如果采用传统的可编程逻辑控制器PLC将无法满足喷气织机的控制要求，因为PLC的主要功能是逻辑控制，即开关量控制，它虽然也有一些特殊功能模块，但这些模块是作为PLC的附加模块，在硬件上与PLC之间存在接口，在软件上又无法在PLC程序中统一编程控制，同时，常规的PLC操作系统大多采用单任务的时钟扫描或监控程序，来处理程序本身的逻辑运算指令和外部的I/O通道的状态采集与刷新，这样处理，直接导致了真正意义上的“控制速度”依赖于应用程序的大小，这一结果，无疑是同喷气织机I/O通道中高实时性的控制要求相违背的。另外，PLC的内存容量只有几十kB，数据运算和处理能力也较为有限。所以，在喷气织机控制系统中使用PLC完成如此复杂的控制就有些力不从心了。
　　B&R可编程计算机控制器（PCC）是一种面向运动控制、过程控制和网络控制的专用控制系统，是集标准PLC、数控系统和工业计算机的性能特点于一体的智能控制器。其模块化的硬件和软件结构，可以根据设计者的控制需要组合成具有厂家应用特点的专用控制系统，并具有灵活自由的联网和扩展能力。其所有模块（包括运动模块等智能模块）与PCC通过系统总线进行连接通讯，中间没有接口，并且PCC的系统软件采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台，这样应用程序的运行周期则与程序长短无关，而是由操作系统的循环周期决定，由此，它将应用程序的扫描周期同真正外部的控制周期区别开来，满足了真正实时控制的要求。
基于这样的操作系统，PCC的应用程序由多任务模块构成，这样给项目应用软件的开发带来了了很大的便利，因为这样可以方便地按控制项目中各部分不同的功能要求，如数据采集，报警，PID调节运算，通信控制等，分别编制出控制程序模块(任务)，这些模块既相互独立运行，而数据间又保持一定的相互关联，这些模块经过分步骤的独立编制和调试完成之后，可一同下载至PCC的CPU中，在多任务操作系统的调度管理下，并行运行，共同实现项目的控制要求。
　　PCC在编制不同的单个任务模块时，具有灵活选用不同编程语言的特点，这就意味着不仅在常规 PLC上一直为人们所熟悉的梯形图、指令表语言可在PCC上继续沿用，而且用户还可采用更为高效直观的高级语言(PL2000)，它是一套完全面向控制的文本语言，熟悉BASIC的技术人员会对它的语法有种似曾相识的感觉，它对于控制要求的描述非常简便，直观。除此之外，PCC的应用软件开发还具有集成“C”语言程序的能力，从而提供了强大的数据运算和处理能力。
　　在硬件结构方面，PCC的特点是很显著的。在其核心的运算模块内部，PCC为其CPU配备了数倍于常规 PLC的大容量存储单元(100K-16M)，这无疑为强大的系统和应用软件提供了监视的硬件基础。PCC在硬件上的特点，还体现在它为工业现场的各种信号设计了许多专用的接口模块，如高频脉冲，增量式编码器，温度，称重信号及超声波信号接口模块等。它们将各种形式的现场信号十分方便的联入以PCC为核心的数字控制系统中，用户可按需要对应用系统的硬件I/O通道以单路，十余路或数十路为单位模块，进行数十点至数百点上千点的扩展与联网。在机械行业PCC以专用模块的方式对高精度运动控制功能如高速编码计数、速度和位置补偿、电子齿轮传动、电子凸轮进行了集成，在大大提高控制精度的同时，使编程更加方便。
　　我公司在喷气织机电气控制系统开发中，使用的是B&R 2005系列PCC。下面我们对整个系统控制概况进行说明。
　　
　　本控制系统将B&R PCC作为主控制器，人机界面采用多功能触摸式显示屏，通过通讯方式与PCC相连接，使操作变得更加方便，界面变得更加友好。
　　1. 基本动作控制。使用PCC编码器模块对织机的角度传感器信号进行采样，经过倍频处理以提高控制精度，然后转换成织机角度信号，作为织机各种动作的基本参考依据。通过人机界面完成对织机的各项参数设置。在织机运转过程中，实时监测系统状态，控制织机的每一项动作，并同时在触摸显示屏上显示当前织机状态和故障原因。探纬检测范围信号由PCC高速数字I/O模块输出，其精确度可达±1度。
　　2. 引纬控制系统。PCC的CPU通过RS232接口，以通讯方式与电磁阀控制板连接，由人机界面完成对电磁阀开启和关闭角度的设置。电磁阀控制板接受主控制器所发指令，根据角度传感器信号，驱动电磁阀工作。本系统为双喷任意选纬系统，引纬系统具有正常运行引纬、慢动引纬及引一纬功能。所有功能操作均通过触摸显示屏进行。
　　3. 送经控制系统。主控制器根据系统所设定的经轴卷径、纬纱密度、织机转速等参数，计算送经系统伺服电机转速。织机运行过程中通过PCC张力全桥测量模块检测经纱张力，经CPU计算后，再由模拟量输出模块调整伺服电机转速，保证织机运行过程当中经纱张力的相对恒定。另外，通过PCC设置织机是否选用快速启动，调整伺服电机的启动延时、启动时间、停止延时及停止时间，在织机启动前调整织口位置，从而有效防止停车档的产生。
　　4. 生产管理统计。PCC强大的数据处理和计算能力使生产效率统计、运行状况记录及落布情况记录变得简单而有效。
　　目前的实践证明，新一代可编程计算机控制器B&R PCC完全适用于高档织机的控制系统，它不仅保证了原机的功能，同时还相应提高了系统的综合控制性能，降低了故障率（PCC可达到50万小时无故障），配以经济实用的人机界面，使操作变得更加简单方便，使整个设备的档次有了较大提高。另外，由于PCC具有强大的网络通讯功能，能够方便地实现织机的远程计算机集中监控功能，增强织造车间管理的科学性，提高管理效率。
　　　贝加莱的PCC在工业控制中的强大功能优势，体现了可编程控制器与工业控制计算机及DCS（分布式工业控制系统）技术相互融合的发展潮流，我公司愿与B&R一同为纺织机械行业开发出性能优良，独具风格和技术特点的纺机设备。