目前，國(guó)內(nèi)有很大一部分無(wú)梭織機(jī)為機(jī)械式送經(jīng)卷取控制系統(tǒng)。 事實(shí)表明，機(jī)械式送經(jīng)卷取使得織機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制精度低、滯后嚴(yán)重，柔性差。 隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制器件的出現(xiàn)，劍桿織機(jī)電子送經(jīng)卷取將逐步取代機(jī)械式送經(jīng)卷取。 目前，國(guó)內(nèi)電子送經(jīng)巻取系統(tǒng)一般采用工控機(jī)或單片機(jī)等作為主控制器。 工控機(jī)功能強(qiáng)大，控制效果好，但其體積較大而且價(jià)格昂貴，也不適于集散控制系統(tǒng)。 單片機(jī)等控制器的成本較低，生產(chǎn)制造容易，但是穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾能力較差，維護(hù)費(fèi)用較高。 而國(guó)外的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)一般集成在整個(gè)織機(jī)控制器中，專用于織造特定布匹的織機(jī)上，柔性較差，而且對(duì)用戶來(lái)講成本也非常高。 在這種情況下，本文以瑞士SAURER400 型劍桿織機(jī)為研究對(duì)象，在此基礎(chǔ)上采用PLC、伺服電機(jī)和觸摸屏來(lái)控制織機(jī)的送經(jīng)卷取，設(shè)計(jì)了一套精度高、性能穩(wěn)定的電子控制系統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此控制系統(tǒng)加強(qiáng)了織機(jī)的工作穩(wěn)定性和可靠性，提高了織機(jī)的控制精度和織造效率，降低了織機(jī)停開(kāi)車稀密路并減少了紗線斷頭，同時(shí)也使織機(jī)更加現(xiàn)代化。

1 SAURER400工作原理

　　經(jīng)緯紗線在織機(jī)上交織的整個(gè)過(guò)程，是通過(guò)5 大運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，即開(kāi)口運(yùn)動(dòng)、引緯運(yùn)動(dòng)、打緯運(yùn)動(dòng)、送經(jīng)運(yùn)動(dòng)、卷取運(yùn)動(dòng)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)都要完成特定的功能。 本文主要研究送經(jīng)卷取對(duì)經(jīng)紗張力的影響。 劍桿織機(jī)送經(jīng)和卷取運(yùn)動(dòng)要確保整個(gè)織造生產(chǎn)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。 送經(jīng)、卷取系統(tǒng)根據(jù)緯密的高低從經(jīng)軸上送出相應(yīng)長(zhǎng)度的經(jīng)紗，同時(shí)及時(shí)地將已經(jīng)織成的織物引離織口并卷成一定形式的卷裝。 同時(shí)系統(tǒng)還要對(duì)經(jīng)紗張力進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。 張力是影響織物質(zhì)量的一個(gè)重要因素，張力過(guò)小，會(huì)造成開(kāi)口不清，影響引緯；張力過(guò)大，經(jīng)紗容易疲勞，易造成斷裂。 劍桿織機(jī)的5 大運(yùn)動(dòng)都會(huì)對(duì)張力產(chǎn)生影響，而送經(jīng)和卷取運(yùn)動(dòng)是控制張力的重要環(huán)節(jié)。 為實(shí)現(xiàn)以上兩方面的功能，本文設(shè)計(jì)采用了交流伺服電機(jī)作為送經(jīng)卷取電機(jī)，并在后梁和調(diào)節(jié)彈簧之間安裝了壓力傳感器。 根據(jù)緯密和壓力傳感器測(cè)量的平均值可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)送經(jīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)量；根據(jù)緯密可以計(jì)算送經(jīng)電機(jī)基本速度和卷取電機(jī)轉(zhuǎn)速。在主軸上還安裝一個(gè)編碼器實(shí)現(xiàn)織機(jī)主運(yùn)動(dòng)和送經(jīng)卷取控制系統(tǒng)的同步。 本設(shè)計(jì)所采用的編碼器精度為1 000 線，電子送經(jīng)卷取機(jī)構(gòu)原理示意圖如圖1 所示。

圖1 電子送經(jīng)卷取原理示意圖

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 可編程控制器的選取

　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，考慮到機(jī)器的穩(wěn)定性，本設(shè)計(jì)采用高穩(wěn)定性和抗干擾能力強(qiáng)的控制器件PLC 作為織機(jī)送經(jīng)卷取的核心控制器。 目前，幾乎所有PLC 均支持通過(guò)RS-232 和RS-485 等標(biāo)準(zhǔn)的串口通信接口進(jìn)行通信。 本文選用羅克韋爾公司MicroLogix1500 PLC作為核心控制器，它給用戶提供兩個(gè)RS-232 通信接口，分別為8 針?lè)歉綦x型和9 針隔離型可實(shí)現(xiàn)有協(xié)議通信和RS-232無(wú)協(xié)議通信。 使用專用的通信模塊，可以通過(guò)以太網(wǎng)、DH-485、Control Area Net 等網(wǎng)絡(luò)通信。由于PLC 具有兩組通訊口，因此PLC 與觸摸屏、伺服驅(qū)動(dòng)器之間的通訊非常方便。

　　2.2 伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的選取

　　伺服電機(jī)是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。 本文選用德國(guó)BOB 公司生產(chǎn)的BD18 型交流伺服電機(jī)，扭矩為4 Nm，轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，輸入電壓為3PH 200~230V，頻率為50/60 Hz，輸出電流為5.0 A。

　　驅(qū)動(dòng)器采用BERGER LAHR 公司生產(chǎn)的WDP3SERVOTEX 型伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，此驅(qū)動(dòng)器通過(guò)上位控制器PLC 發(fā)送的脈沖序列來(lái)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置。 其工作原理簡(jiǎn)單概括為：伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。

2.3 人機(jī)界面的選取

　　人機(jī)界面將采用觸摸屏來(lái)完成整個(gè)控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、參數(shù)顯示以及系統(tǒng)監(jiān)控。 本設(shè)計(jì)選用HITECH公司PWS1711系列觸摸屏，此觸摸屏的通訊接口包括COM1（RS232、RS485）和COM2（RS232、RS422、RS485）。 其中RS232口用于PC 機(jī)通訊，RS422口用于PLC通訊。

　　2.4 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖及電路圖

　　本文設(shè)計(jì)的電子送經(jīng)卷取控制系統(tǒng)選用一臺(tái)觸摸屏、一臺(tái)PLC、兩臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器、兩臺(tái)伺服電機(jī)、兩臺(tái)減速器、一個(gè)編碼器、一個(gè)張力傳感器以及SAUR原ER400型劍桿織機(jī)一臺(tái)。具體的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

　　本文所設(shè)計(jì)的電子送經(jīng)卷取控制系統(tǒng)電源輸入端為交流三相380 V，首先要經(jīng)過(guò)變壓器，其輸出電壓為交流三相220 V。變壓器輸出電源分為兩部分：一部分供給送經(jīng)驅(qū)動(dòng)器和卷取驅(qū)動(dòng)器，然后分別帶動(dòng)送經(jīng)和卷取伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；另一部分經(jīng)過(guò)AC-DC 開(kāi)關(guān)電源輸出直流24 V電壓，給控制系統(tǒng)供電. 具體的控制系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)圖如圖3 所示。

圖3 控制系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)圖

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 PLC編程

　　PLC 最常用的編程語(yǔ)言是梯形圖和指令語(yǔ)句表語(yǔ)言，且兩者常常聯(lián)合使用. 本文采用AB PLC Mi原croLogix1500 編程軟件進(jìn)行程序編制，編寫程序時(shí)要結(jié)合觸摸屏畫面的設(shè)計(jì)進(jìn)行考慮. 其主程序流程圖如圖4 所示。

3.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

　　觸摸屏的畫面在其支持軟件上制作，通過(guò)軟件工具庫(kù)的工具調(diào)用以及相關(guān)項(xiàng)的設(shè)定或通過(guò)宏定義可設(shè)計(jì)出所需畫面。 這些畫面從個(gè)人電腦傳送到觸摸屏即可使用，而觸摸屏與PLC 通過(guò)RS-422通信電纜連接可實(shí)現(xiàn)信息互通。在畫面的設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程中，也可從觸摸屏上傳畫面到計(jì)算機(jī)對(duì)畫面進(jìn)行修改。

　　為了使觸摸屏顯示控制所要的界面，本文采用了HITECH公司自己開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的ADP3.0 圖形終端顯示屏幕專業(yè)軟件包進(jìn)行編程。 它的窗口界面直觀形象，功能完善，可以方便地讀取和寫入PLC 端口及其存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。 人機(jī)對(duì)話界面是用戶設(shè)定工藝參數(shù)的關(guān)鍵，在系統(tǒng)中共有5 組主菜單，分別為“首頁(yè)畫面”、“系統(tǒng)管理”、“參數(shù)設(shè)定”、“狀態(tài)顯示”、“幫助信息”。其中，“首頁(yè)畫面”顯示設(shè)備的名稱及型號(hào)等相關(guān)的信息；“系統(tǒng)管理”是出于工藝保密性和系統(tǒng)安全性而設(shè)置的口令體系，以防止非法操作；“參數(shù)設(shè)定”包括送經(jīng)和卷曲的速度、經(jīng)紗張力、關(guān)車方式選擇；“狀態(tài)顯示”是顯示機(jī)器運(yùn)行時(shí)各個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的頻率變化和故障報(bào)警信息；“幫助信息”是用于幫助用戶解決問(wèn)題的，它包括觸摸屏維護(hù)、參數(shù)說(shuō)明、操作注意事項(xiàng)等。 選擇這組菜單，還可得到“報(bào)警信息”的解決方法。

　　本文以首頁(yè)界面的設(shè)計(jì)為例，在PC 上創(chuàng)建一個(gè)首頁(yè)畫面，利用工具庫(kù)中Screen Drawing 工具，制作出系統(tǒng)管理、參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)顯示、幫助信息、開(kāi)車、停車界面，而且有相應(yīng)的觸摸按鈕，可用字符串對(duì)按鈕進(jìn)行標(biāo)注和說(shuō)明。用戶按相應(yīng)的按鈕就可以切換到相應(yīng)的畫面，再作進(jìn)一步的操作。首頁(yè)界面設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 首頁(yè)畫面

　　3.3 PLC 與伺服驅(qū)動(dòng)器通信方式的設(shè)置

　　實(shí)現(xiàn) PLC 與伺服驅(qū)動(dòng)器的通信能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確獲取電機(jī)的狀態(tài)信息及在線修改伺服電機(jī)的參數(shù)設(shè)置，以便能更直接、簡(jiǎn)便地控制伺服電機(jī)，同時(shí)為人機(jī)界面提供實(shí)時(shí)的電機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)。 為了保證 PLC 與交流伺服驅(qū)動(dòng)器的正常通信，除了要了解通信協(xié)議外，還必須正確設(shè)定其通信方式，即采用統(tǒng)一的波特率、起始位、數(shù)振位、停止位和奇偶校驗(yàn)位，據(jù)此建立雙方通信的應(yīng)答信號(hào)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件為：試樣采用平紋毛/滌織物，經(jīng)緯紗線密度均為 58。3 tex，經(jīng)緯向密度均為18 根/cm，織機(jī)幅寬為 176 mm，主軸轉(zhuǎn)速為 320 r/min，溫度為 28 益，相對(duì)濕度為 65%。 本文采用的張力傳感器輸出電壓為 0~10 V（即 0~10 000 mV），最大量程為100 kg，經(jīng)紗張力大小在顯示屏上以電壓值（mV）來(lái)表示。 將電壓值轉(zhuǎn)換為經(jīng)紗張力值，張力傳感器輸出電壓的最大值 10 000 mV 對(duì)應(yīng)傳感器的最大量程 100kg，再根據(jù)牛頓公式 F = mg 算得最大經(jīng)紗張力為 980N。 因此，在顯示屏上設(shè)定的電壓值 5 500 mV 轉(zhuǎn)換為經(jīng)紗張力值大小是 539N。采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 1 所示。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)緯密在 14.9~21.0 根/cm 范圍之間變化時(shí)，經(jīng)紗張力下限的平均值為 524.3 N，經(jīng)紗張力上限的平均值為 553.8 N，再根據(jù)經(jīng)紗張力設(shè)定值539 N 可計(jì)算出經(jīng)紗張力的控制精度為依2。7%。 當(dāng)緯密在 12.0~24.0 根/cm 范圍之間變化時(shí)，經(jīng)紗張力下限的平均值為 603.5 N，經(jīng)紗張力上限的平均值為 652.5 N。很明顯，經(jīng)紗張力波動(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出所設(shè)定的張力值。 因此可得出結(jié)論，當(dāng)緯密小于等于經(jīng)紗密度的 1.2 倍時(shí)，緯密的設(shè)定值與實(shí)際值非常接近，而且此條件下的張力控制精度很高（即張力波動(dòng)范圍很?。划?dāng)緯密大于經(jīng)紗密度的 1.2 倍時(shí)，緯密的設(shè)定值與實(shí)際值相差很大，而且此條件下的張力波動(dòng)范圍也非常大。 所以，只有保證織機(jī)的緯密小于等于經(jīng)紗密度的 1.2 倍，該織機(jī)才具有良好的制造效果，這樣既可以保證布匹的質(zhì)量，同時(shí)又能提高生產(chǎn)效率。

5 結(jié) 論

　?。?）電子送經(jīng)卷取系統(tǒng)采用兩套獨(dú)立的傳動(dòng)源，減少了相互間的干擾，這使得經(jīng)紗張力檢測(cè)更加準(zhǔn)確、控制精度更高，而且電子送經(jīng)卷取的緯密設(shè)置非常方便。

　?。?）采用 PLC 作為織機(jī)送經(jīng)卷取的核心控制器，使得織機(jī)的工作穩(wěn)定性和可靠性均有了很好的改善；人機(jī)界面采用觸摸屏，使得參數(shù)設(shè)定和在線修改參數(shù)更加方便，從而使控制系統(tǒng)更加人性化。

　?。?）對(duì)伺服系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整實(shí)質(zhì)上是對(duì)伺服控制系統(tǒng)中各個(gè)參數(shù)值的確定，由于各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系很復(fù)雜，需要不斷的試驗(yàn)，找到最優(yōu)的組合，才能充分發(fā)揮伺服電機(jī)的高性能，才能滿足更精確的送經(jīng)卷取要求。