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周利軍先生，上海新萌工業(yè)技術(shù)有限公司技術(shù)工程師
關(guān)鍵詞：生產(chǎn)過程監(jiān)控 粗紗機(jī) PCC ACOPOS驅(qū)動系統(tǒng)
目前國內(nèi)四電機(jī)粗紗機(jī)多采用工控機(jī)和PLC或單板機(jī)相結(jié)合作為主控系統(tǒng)，由上位工控機(jī)完成運(yùn)算功能，PLC或單板機(jī)完成控制驅(qū)動。但由于工控機(jī)抗干擾能力不強(qiáng)，常常造成系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，而單板機(jī)的故障率又相對較高，使得粗紗機(jī)的綜合性能不盡人意，成本也相對較高。
二紡機(jī)EJK211型粗紗機(jī)采用PCC的分布式模塊化控制結(jié)構(gòu)及貝加萊Automation Studio系統(tǒng)，集分析運(yùn)算和控制驅(qū)動于一體，調(diào)速系統(tǒng)采用貝加萊ACOPOS系列伺服驅(qū)動器，通過CAN open總線控制方式，提高系統(tǒng)的綜合控制性能，降低故障率，實(shí)現(xiàn)EJK211型粗紗機(jī)控制系統(tǒng)的完美方案，并具有張力檢測與自動控制、自動落紗等功能，錠翼速度最高可達(dá)1800r/min。另外，通過軟件優(yōu)化性設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)總功率最小化，整機(jī)功率為22kW。
一、控制方案
主控制系統(tǒng)由貝加萊Power Panel(PP41)組成，完成粗紗機(jī)的各項(xiàng)電氣控制功能和數(shù)據(jù)運(yùn)算，通過人機(jī)界面進(jìn)行基本的工藝參數(shù)設(shè)定，如最高車速、支數(shù)、加捻度、徑向卷繞密度、軸向卷繞密度、卷繞系數(shù)、紡紗系數(shù)等，參數(shù)可隨時修改、調(diào)用和存儲。所有的參數(shù)對應(yīng)了一組參數(shù)也對應(yīng)于一種紗紡制，最多可有30種配方。故障報(bào)警顯示、開車情況及效率顯示、數(shù)據(jù)查詢、粗紗機(jī)的調(diào)試及維護(hù)等任務(wù)也均通過PP41完成。其主要參數(shù)性能如下：
顯示界面為6inch、QVGA240×320像素、黑白顯示；共計(jì)40個鍵，其中16個鍵的標(biāo)識可按用戶要求更換并帶有LED指示；1.5MB內(nèi)存實(shí)時時鐘；2MB的存儲卡，可保存、調(diào)用必要參數(shù)；系統(tǒng)自帶RS-232及CAN bus接口；系統(tǒng)自帶10DI、9DO。
二、配置方案
（1）主控制系統(tǒng)采用PP41系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)采用ACOPOS多功能驅(qū)動器，CAN bus（500k傳輸速率）總線控制方式；
（2）應(yīng)用電子齒輪、虛擬軸等功能，實(shí)現(xiàn)虛擬主軸對等同步、驅(qū)動錠翼、筒管、羅拉、龍筋四電機(jī)同步運(yùn)行。
（3）通過CAN bus，在ACOPOS1（錠翼）建立虛擬主軸，最快每400μs向網(wǎng)上實(shí)軸發(fā)送(最高優(yōu)先級)位置指令，并由各ACOPOS驅(qū)動器完成同步實(shí)時控制。實(shí)際證明，循環(huán)周期為2ms時，已能滿足粗紗機(jī)的動態(tài)同步精度。
系統(tǒng)配置如圖1。
三、控制說明
本套控制系統(tǒng)通過CAN bus總線方式控制變頻器，實(shí)現(xiàn)四電機(jī)的有效同步。利用CAN bus高速通信，可克服模擬量、串行通信及傳統(tǒng)的工業(yè)總線的缺陷，數(shù)據(jù)收發(fā)方式靈活，采用非破壞性基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁技術(shù)，具有暫時錯誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)的判別及故障節(jié)點(diǎn)的自動脫離功能，使系統(tǒng)其他節(jié)點(diǎn)的通信不受影響；同時CAN具有出錯幀自動重發(fā)功能。信號傳輸用短幀結(jié)構(gòu)（8bit），實(shí)時性好，受干擾的概率低，具有極好的檢錯效果。采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使各設(shè)備之間具有較好的互操作性和互換性，系統(tǒng)的通用性好。通信介質(zhì)可采用雙絞線，無特殊要求，現(xiàn)場布線和安裝簡單，易于維護(hù)。CAN總線實(shí)時性強(qiáng)、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、互操作性好，利用PP41自帶CAN口不增加成本，在百米之內(nèi)最高波特率可以達(dá)到500k，能以最低廉的成本來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。
以錠翼電機(jī)作為主動電機(jī)，使其按照設(shè)定速度運(yùn)轉(zhuǎn)。筒管、羅拉和升降電機(jī)作為從動電機(jī)，由PCC根據(jù)錠翼電機(jī)轉(zhuǎn)速并附以紗線張力反饋，按照數(shù)學(xué)模型運(yùn)算后得出它們的轉(zhuǎn)速，通過CAN bus總線控制變頻器調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。
由于CAN bus所具有的獨(dú)到優(yōu)勢，可使粗紗機(jī)輕易地獲得良好的同步特性和升、降速時間。以錠翼電機(jī)轉(zhuǎn)速為1600r/min為例，升速時間可控制在10s內(nèi)，減速為5s以內(nèi)。
另外，變頻器采用共直流母線方式聯(lián)接，也可大大提高升降速性能并同時降低系統(tǒng)能耗。
四、采用貝加萊一體化配置控制系統(tǒng)的優(yōu)勢
（1）EJK211粗紗機(jī)采用貝加萊一體化控制方案，通過CAN Open方式控制ACOPOS系列驅(qū)動系統(tǒng),充分發(fā)揮貝加萊ACOPOS系列驅(qū)動系統(tǒng)的處理能力,同時具有更快的響應(yīng)特性和控制精度。
（2）貝加萊PCC的獨(dú)特硬件結(jié)構(gòu)使其具備進(jìn)行復(fù)雜分析運(yùn)算的能力。在其核心的運(yùn)算模塊內(nèi)部，PCC為其CPU配備了數(shù)倍于常規(guī) PLC的大容量存儲單元(100k~16M)，為控制系統(tǒng)和應(yīng)用軟件提供了監(jiān)視的硬件基礎(chǔ)。
（3）貝加萊變頻控制系統(tǒng)提供了許多功能強(qiáng)大的專業(yè)化功能運(yùn)動控制功能塊，如電子齒輪、電子凸輪、轉(zhuǎn)矩控制、觸發(fā)定位、鼓序列發(fā)生器、CNC等。可滿足各種控制需求，實(shí)現(xiàn)同步控制功能。貝加萊控制器還可實(shí)現(xiàn)梯度提速，用戶可設(shè)定期望達(dá)到的速度和達(dá)到該速度所需的時間，PCC以固定的加速度達(dá)到設(shè)定速度。
（4）專業(yè)的品質(zhì)統(tǒng)計(jì)管理系統(tǒng)，自動監(jiān)控生產(chǎn)過程中的各種重要數(shù)據(jù)，方便用戶進(jìn)行質(zhì)量管理。
（5）貝加萊強(qiáng)大的內(nèi)嵌式網(wǎng)絡(luò)功能，可將該單機(jī)設(shè)備方便的連接到生產(chǎn)過程控制網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行生產(chǎn)過程監(jiān)控。作為未來構(gòu)成分布式現(xiàn)場I/O控制的主要角色之一，PCC為此提供了十分靈活多樣的解決方案。Ethernet現(xiàn)場總線如：POWERLINK、CAN、Profi bus (FMS, DP)、 INA2000、 RS485等，可實(shí)現(xiàn)多層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(管理層,控制層和現(xiàn)場層)。
（6）PCC提供了有效的功能，可實(shí)時監(jiān)測外部參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常參數(shù)時可顯示故障名稱、故障發(fā)生時間和消除時間，并采取相應(yīng)措施。PCC還能對硬件模塊進(jìn)行自檢，及時發(fā)現(xiàn)硬件本身的錯誤。
（7）PCC提供了豐富的在線幫助系統(tǒng)，幫助客戶了解整個系統(tǒng)的操作方法。并可指導(dǎo)用戶在系統(tǒng)報(bào)警時采取相應(yīng)的措施。
（8）貝加萊有功能強(qiáng)大的軟件開發(fā)平臺,能夠?yàn)橛脩糸_發(fā)出具有個性化的控制軟件。
（9）一套軟件適應(yīng)多種機(jī)型,且系統(tǒng)為軟硬件模塊化，隨意擴(kuò)展。
（10）遠(yuǎn)程診斷功能和機(jī)群網(wǎng)絡(luò)功能。
通過Modem或Internet的Web Server遠(yuǎn)程功能，可實(shí)現(xiàn)對任何地方的機(jī)器在線診斷與調(diào)試。另外控制系統(tǒng)上的Ethernet接口可實(shí)現(xiàn)機(jī)群聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動化。
五、結(jié)束語
實(shí)踐證明，貝加萊新一代PCC完全適用于高檔棉紡粗紗機(jī)的控制系統(tǒng)。它不僅保證了良好的紡紗性能，同時還相應(yīng)提高了系統(tǒng)的綜合控制功能，降低了故障率，配以經(jīng)濟(jì)實(shí)用的人機(jī)界面，使操作變得更加簡單方便，使整個設(shè)備的檔次有了較大提高。
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