浅谈特宽幅织机控制系统

　　 1.引 言

　　（1） 应用行业

　　产业用织物包括机织土工布、工业用呢和工业用网。这类织机具有特宽幅、超重型的特点，一般幅宽在4至18米之间，宽可达30米。国外只有少数几家公司能够生产特宽幅织机。因此，研究特宽幅织机控制系统具有重要意义。研制的控制系统也适用于通用织机。

　　（2）使用的产品

　　特宽幅织机控制系统如图1所示。使用欧姆龙公司中大型——CS1系列PLC，包括PA209R（电源单元）、CS1H-CPU65H（CPU单元）、CP114（凸轮定位器单元）、CT041（高速计数器单元）、AD081-V1（模拟量输入单元）、DA08V（模拟量输出单元）、ID231（DC输入单元）、OD231（晶体管输出单元）、OC211（继电器输出单元）、INT01（中断输入单元）、ENT21（Ethernet单元）、CPU底板以及扩展底板等。

　　2.应用的主要工艺点及要解决的主要问题

　　特宽幅织机控制系统框图如图1所示。系统由送经伺服控制系统、 卷取控制系统、送经与卷取同步控制系统、织机启动/制动控制系统、测长及定长控制系统、液压投梭控制系统、引纬控制系统、单动多臂机构控制系统及自动润滑系统等组成。主要工艺点是特宽幅织机五大运动的协调运行和匹配。织机在织造过程中，对张力、速度和各执行机构开始动作与结束动作的时间配合等要求很严格，若控制不当或彼此之间配合不好，将会影响产品的质量和生产效率，甚至会发生严重的生产事故，影响人身安全。

　　3.应用方案简介

　　织机的控制系统包括9个控制子系统：

　　（1） 送经控制系统；

　　（2） 卷取控制系统；

　　（3） 送经与卷取同步控制系统；

　　（4） 织机的启动控制系统（包括正常启动、点动、投一梭、前心、后心、上轴）；

　　（5） 测长及定长控制系统；

　　（6） 液压投梭控制系统；

　　（7） 引纬控制系统；

　　（8） 单动多臂机构计算机控制系统；

　　（9） 自动润滑系统。

　　4.应用方案详细介绍

　　4.1 送经伺服控制系统（电子送经：ELO）

　　（1） 送经伺服控制系统组成

　　送经伺服控制系统由经轴、减速器1、伺服电机1、伺服驱动器1、导辊、后梁、经纱张力检测、编码器、可编程控制器、工控机以及触摸屏等组成。其作用是：织机每引一纬，经轴送出定量的经纱，并给经纱以一定的张力，以满足开清梭口、打紧纬纱的要求，获得一定紧度和结构的织物。

　　（2） 经轴退绕过程数学模型

　　为了有效地对经轴退绕过程进行控制，首先要建立退绕过程的数学模型。

　　经轴上经纱的转动惯量Jb为：

　　转矩平衡方程式为：

　　以上，式（1）～（13）描述了经轴退绕过程的动力学特征，为非线性、时变数学模型。

　　（3） 经轴退绕伺服控制系统

　　针对退绕过程的数学模型来设计退绕伺服控制系统。控制策略包括经纱张力闭环控制、变增益（增益调度）、变积分时间常数控制、信号自适应控制和多模态控制。

　　*张力闭环控制

　　根据式（10）、式（11）和式（13），经轴半径r1在退绕过程中是逐渐减小的，如果经轴角速度不变，则线速度V1也逐渐减小，导致每织一纬的送经量逐渐减少，造成经纱张力F逐渐增大，这是不允许的。为了使经纱张力稳定在设定值上，首先实现基础控制即张力闭环控制。

　　*变增益、变积分时间常数控制

　　根据误差的大小自动改变增益值和积分时间常数，达到响应快、抑制超调和无稳态误差的目的，这就是智能控制的思路。由PLC实现变增益、变时间常数控制。为实现这种控制，在控制程序中应用BCMP（68）指令，将误差划分为16级，即16个范围，当误差落在某个范围内时，相应的位变为ON，则调出相应的增益值和积分时间常数。

　　4.2 卷取伺服控制系统（电子卷取：ETU）

　　卷取伺服控制系统由工控机、PLC、触摸屏、伺服驱动器2、伺服电机2、减速机2卷取辊、导辊、胸梁、张力传感器2以及编码器等组成，其任务是与主机旋转保持同步，变纬密自适应，卷取辊应提供足够的握持力，保证稳定地传送织物。

　　4.3 送经与卷取同步控制

　　送经与卷取同步控制装置的作用是在织机运转过程中，保持的纬密和恒定的经纱张力，也就是保证送经与卷取完全同步，并且与织机的主传动系统同步。

　　4.4 伺服系统的自整定

　　（1） 常规自动增益整定（nominal gain auto-tuning）

　　按照预设定（内部设定）的模式使电机加速和减速，可从所需转矩计算负载的惯量，然后根据惯量自动地决定适当的增益。

　　（2） 实时自动增益整定（real time gain auto-tuning）

　　在实际运行期间，实时地计算当时的负载惯量，自动地确定适当的增益，并根据负载的起伏及时地整定增益。在整定前要选择机械刚性。　

    5.应用方案取得的效果

　　本项目已完成，特宽幅织机已投入生产运行，用户取得了明显的经济效益和社会效益。

　　6.应用方案的示范性

　　本文介绍的特宽幅织机控制系统的分析、设计及调整方法也适用于普通织机。