汇川技术喷水织机电控系统

苏州汇川技术有限公司 闫晓辉/文

汇川技术喷水织机电控系统

苏州汇川技术有限公司 闫晓辉/文

本文介绍了汇川技术以汇川领先的驱动技术与控制技术为基础，以纺织行业工艺创新为核心，为喷水织机行业客户提供的个性化、专业化的电控系统。

1 喷水织机行业背景

自20世纪90年代起，合纤仿真丝织物就备受消费者青睐，喷水织机特别适合疏水性织物的织造，在平均入纬率和效率上，较其它新型织机有明显优势，因此发展迅速，目前年需求量保守估计在3万台左右，市场需求量巨大。

随着喷水织机技术的进步，织造品种已从早期的锦纶、涤纶纤维向仿真丝绸、仿毛织物发展，对电控系统也提出了更高的需求：三合一集成控制系统（主控+花样板+电送电卷）、永磁同步储纬器、超启动变频器等，可有效提高织物品质的电控配置逐渐成为市场主流。

喷水织机由开口、引纬、打纬、送经和卷取五大运动机构及相关监测控制等辅助装置组成。各运动机构必须相互配合良好并辅助各项电气控制技术以适应织机的高转速。同时喷水织机的所有动作均与织机的角度密切相关，它对系统I／O信号的响应速度、处理时间、定位停车的位置、指棒等开关角度以及送经、卷取系统的控制性能都有非常高的要求。

喷水织机是由喷射具有一定压力的水流进行引纬的，引纬方式不同于有梭织机及其他无梭织机的机械引纬，机械引纬速度受机械运动的限制，速度无法提得很高，如剑杆织机引纬率最快约1500～1700米/分，引纬频率只有300～600次/分，喷水织机的喷嘴喷射水流的动作是通过水泵运动完成的，水压与水量可调，最快引纬率可达2500m/min，车速可达1400转/分钟，这就意味着使用360度/圈的编码器其旋转角度是8.4度/ms，织机角度的控制精度要求达到±2度。为了实现±2度的控制误差，系统就必须在165微秒内完成对储纬器、转向阀、夹纱器、探纬传感器等信号的处理，以及主机和伺服电机的高频编码器信号、张力传感器模拟量信号、等诸多开关量和模拟量信号的处理。

因此，喷水织机的电控系统需要采用高性能处理器，且对控制网络的实时性要求也较高。目前国内的喷水织机生产厂家多采用单CPU或单PLC的主从式多级控制系统，或者是基于RS-485的，由16位单片机组成的集散控制系统，它们存在功能简单、自动化水平较低、控制精度较低、故障率较高的缺点，难以满足高速织机对电气控制系统的要求。

2 电控系统整体方案

喷水织机的电子控制系统是织机的核心技术，犹如人体的大脑中枢。织机所有的动作都与主轴的角度密切相关。通常情况下，织机会采用编码器来测量角度。编码器信号直接进入PLC或者单片机，通过引纬，电送电卷，电子多臂及探纬的工艺算法来实现电子卷取、电子送经（单经轴、双经轴和多经轴）、电子多臂、选纬、储纬控制、转向阀、夹纱器等控制。整个织造周期中，卷取是将形成的每一织物单元引离织口并卷在布辊上，送经是将经纱均匀地送出以与纬纱进行交织而形成织物。开口是按照织物规律将经纱分成上下两层形成供纬纱通过的通道引纬是将纬纱引入梭口，依靠打纬机构的前后往复摆动，将纬纱推向织口与经纱交织，形成织物。这一过程中织机的开口、 卷取、 送经、 引纬和打纬运动相互配合完成一个织造周期。

普通的电控系统包含断经、短纬、长纬、手停自动定位停车、断纬自动找断纬、点动、回转、快车等功能，可显示织机角度，织机转速，四班产量，四班断经、断纬、其它停车时间，四班效率等参数。

图1 系统拓扑图

如图1所示，汇川的系统以工艺集成化为思路，二合一伺服驱动器内置喷水主控、电送电卷、花样板控制工艺，通过CAN通讯与外部I/O进行交互，提供三合一综合解决方案。

系统由二合一伺服驱动器、I/O板、电源板基本配置组成，可选配超启动变频器、花样板、电子多臂控制器、数字探纬板（试机中）以及物联网等模块。适用于绝大多数国内外喷水织机，支持电子送经、电子卷取、伺服机外卷、电子提花、电子多臂、变频超启动等定制化需求。

控制原理上，I/O板采集外部信号，通过CAN通讯发给伺服主控，伺服主控处理完成后，通过CAN通讯发给I/O板，I/O板控制变频器、多臂板、花样板等模块。

3 方案特色

1)二合一伺服专机

内置喷水主控、电送电卷、花样板控制工艺的伺服驱动一体机，颠覆了传统的控制器+标准伺服的控制方案，实现了喷水工艺与驱动工艺的高度结合。使用伺服内置的32位高性能工业级微处理器，可直接利用伺服驱动器的PWM驱动模块以及PID控制算法，提高了响应速度。

图2 系统3D图

传统的喷水电控控制方式一般是主控板+花样板+标准伺服的控制方式，由于涉及到信号交互及不同厂家的产品匹配，在产品稳定性及可二次开发性方面均存在一定局限。汇川技术通过对喷水行业工艺的耕耘，将喷水主控、电送电卷、花样板工艺高度融合，内置于自主研发的高性能二合一伺服中，在控制实时性、稳定性方面均有明显优势。

随着人们生活水平的不断提高，人们对于织物的品种、质量和织造效率的要求也越来越高，同时由于织机自动化水平的不断提高，织机对于主控有稳定性和易用性需求，对花样板有多喷控制需求，对电子送经要求更高效、更平稳以及更多纬密选择；专用二合一伺服控制器正是基于这些需求发展形成的。

喷水主控工艺流程：伺服通过CAN通讯方式采集外部输入信号，处理完成后，通过CAN通讯输出信号，控制精度毫秒级。

电子送经工艺流程：伺服通过CAN通讯接收主轴编码器角度信号，通过内部函数与喷水主控交互，根据当前的张力传感器反馈的模拟量张力信号来控制送经伺服电机使经轴放出或收卷经线，达到调节张力的目的。

电子卷取工艺流程：伺服通过CAN通讯接收主轴编码器角度信号，通过内部函数与喷水主控交互，根据织机转速、卷布辊直径、纬密等设定参数来控制卷取电机实时转速。

电子送经张力控制策略和流程如图3所示：首先通过张力传感器反馈张力模拟量信号，由于该信号含有大量干扰信号，需根据张力滤波算法得出反馈张力，根据设定张力和反馈张力的差值，得出偏差张力，根据偏差张力的大小等特征，通过比例、积分系数自整定算法得出比例、积分系数，通过PID计算出送经速度，继而控制送经电机按此速度运动。

图3 电子送经张力控制流程图

2)超启动变频器

变频慢点动有两种方式实现：

①外置变频器集中变频，多台织机共用一台变频器实现慢点动，优点是成本较低，缺点是无法对快车进行调速，

且同时对点动机台数量有限制；

②内置变频器单独变频，单机台配独立变频器，优点是可实现变车速、多段速、超启动等功能，缺点是目前成本较高；

目前市场解决方案一般是电控厂家与变频器厂家分别采购，汇川技术基于公司高端MD500系列变频器平台技术，针对纺织行业，开发出ITD500系列纺织专用变频器。

主要特点：

①超启动，超启动电压与保持时间可调节，提高启动时打纬力矩，有效应对停机档；

②变转速，无需更换皮带轮，通过简单参数设置，即可更改织机转速；

③多段速，对复杂织物，可设置不同纬色或纬密时，织机不同转速运行，使织机效率提升；

④稳定转速，可降低电网波动对织机转速的影响；

⑤节能，降低电网无功损耗。

3)高性能刹车系统

织机的刹车控制系统对定位停车至关重要，刹车系统工作不良会导致刹车过圈、错花色、停机档等各种问题；

传统的解决方案是变压器经过整流桥整流，得到固定的高低压电平，电压不可调，仅可调节刹车时间，随着使用时间的推移，刹车盘磁化后，刹车定位便会出现问题。

汇川采用自适应与PMW结合的方案：

①高低压刹车PMW控制方式，可灵活配置刹车电压与保持时间，定位刹车准确可靠；

②反向消磁电路，有效避免刹车盘磁化问题，喷气电控技术移植；

③双线圈刹车控制。

4)ZigBee无线物联网

随着互联网的发展，喷水织机网络化管理的趋势越来越明显。在物联网方案中，大部分厂家使用以太网的方案。以太网在工业现场使用存在价格高、需要使用性能好的路由器、以及布线组网成本高等劣势，同样用户需要增加新机器时也存在扩展性差的问题。

本系统可灵活配置无线物联网模块，运用ZigBee的协议进行模块组网。Zigbee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。组网过程中无需布线，无论是新机器还是旧机器，可在企业不同的发展阶段进行选择配置，增加企业管理的灵活性。

整体方案如图4所示：

图4 整体方案

4 结束语

从目前的行业发展趋势看，喷水织机朝着高度集成、高速、节能、智能化、网络化、品种适应性扩大几个大方向发展。在这个过程中，喷水电控的进步十分关键，汇川在采用工艺结合工业自动化的产品理念，在系统和产品上会进行持续的升级，为用户提供更加专业，更加高效，更加个性化的解决方案。