Barya-E系列电送电卷控制器工作原理及应用分析

摘要：本文详细介绍了浙大中控研制生产的Barya-E系列电送电卷控制器产品的工作原理、技术性能、应用领域和产品优势。
ABSTRCT: THE ARTICLE INTRODUCES IN DETAIL THE OPERATIONAL PRINCIPLES, TECHNICAL PERFORMANCE, APPLIED FIELDS AND ITS SUPERORITY OF BARYA-E SERIES E.L.O & E.T.U CONTROLLER DEVELOPED BY ZHEJIANG SUPCON.
关键词：电子送经 电子卷取 控制器
KEYWORD： E.L.O E.T.U CONTROLLER

1．引言
        随着社会的进步发展，人民的生活水平不断提高，人们对纺织品的要求越来越高：精致的窗帘、漂亮的床单、高雅的工艺布……。这样靠传统的织造工艺已经很难满足社会需求，只有采用带有高档计算机控制系统的中高档织机才能实现。为了跟上织造技术发展的步伐，国内一些大型主机厂（主要是经纬纺织机械股份有限公司、中国纺织机械股份有限公司、江苏高淳纺织机械有限公司、浙江泰坦股份有限公司、聊城昌润纺织机械有限公司、苏州纺织机械有限公司、浙江万利纺织机械有限公司等）正积极开发机电一体化高速剑杆织机和喷气织机[1]，这已经成为在激烈的市场竞争中能够发展的关键。目前，这些高档织机（高速剑杆、大提花等）大多数都选配进口的百格拉或阿格纯的独立电送电卷控制系统，价格十分昂贵。随着包括工业用布在内的各种织造要求的增加，主机厂对独立的、送卷可单独配置的、并确具有价格优势的国产电送电卷控制系统的需求越来越强烈。为此，浙大中控在2004年4月开始电送电卷控制器产品的开发，同年底就拿出了具有自主知识产权的Barya-E系列电送电卷控制器产品。

2．Barya-E系列电送电卷控制系统的工作原理
       传统的机械送经是通过连杆、凸轮传动的方式，在一个主轴回转周期内，经纱张力大的是时候进行放送经纱，张力小的时候停止放松经纱。当织机生产不同的织物时，必须调整送经装置的机械参数，以适应不同经纱的不同张力[2]。新型的积极式电子送经是通过独立的交流伺服电机来作为动力源，使用张力传感器来检测经纱的张力，当张力大于目标值时，微电脑控制伺服电机正转送经，减少张力；当张力小于目标值时，微电脑控制伺服电机减小送经速度或停转，增大张力。这样，可以保证织造过程中的经纱张力恒定。对于不同的织物所需的不同目标张力，只需简单的在人机界面上进行参数设置即可[4]。
       传统的机械卷取是通过传动齿轮和减速齿轮箱将主轴和卷取辊联动起来，主轴转一周打一次纬，相应的，卷取辊转过一定角度。要改变织物的纬密必须通过机械调整传动齿轮的齿数来实现[2]。电子卷取是用微电脑控制的新型卷取装置。这种卷取机构中，采用了单独的直流伺服电机作为动力源，通过减速轮系驱动卷取辊对织物进行卷取。减速轮系的各个齿轮都是固定的，不必根据织物的纬密要求而变更。织造过程中，通过控制器来控制伺服电机的电压，改变电动机转速，从而实现纬密的变化。通过程序参数的设定就可以适应不同织物的纬密，十分方便[4]。
        浙大中控的Barya-E系列电送电卷控制器采用ARM7（32位）高性能工业微处理器作为控制器核心，整套系统包括控制箱、电送电卷控制板、交流伺服驱动器和交流伺服电机、张力传感器、光电编码器等部件。Barya-E系列电送电卷控制系统以经纱张力和织物纬密作为控制目的，以经纱实际张力、经轴初始直径、送经传动比、卷取辊直径、卷取传动比等作为基础控制依据，以送经伺服电机和卷取伺服电机作为直接控制对象，从而实现织造过程中经纱张力的稳定、送经速度的平稳以及纬密的精确控制[3]。本系统中，经纱张力经张力传感器采集后送至差分放大器进行放大处理，并输出差分信号给模/数转换芯片，保证信号的高抗干扰性；模数转换芯片采用高精度高速度的Σ-Δ过采样ADC，在一个主轴周期内对张力信号进行数以千计的过采样，以保证张力采集的精确性；系统通过光电编码器获得主轴角度，根据织机运转信号来判断当前是开车、停车、正寻纬、反寻纬、手动紧经、手动松经、手动卷布还是手动联动，从而做出相应的动作。在正常织造过程中，系统工作在自动模式下，采取综合经纱张力、主机基本工艺参数、主控制数字信号三种参量，经先进控制算法运算后输出伺服控制脉冲，来控制送经和卷取伺服电机的运转速度。在慢车、寻纬以及手动时，系统工作在电子齿轮模式下，伺服电机将按照一定的传动比和主轴联动。

3．Barya-E系列电送电卷控制器的性能及功能介绍
        Barya-E系列电送电卷控制器支持12路通用数字量输入、20路通用数字量输出、3路差分增量式编码器专用数字量输入、2路模拟量输入、2路脉冲量输出。控制器带有RS-232和RS-485接口，可满足与主控制系统和人机界面（选配）的通信需求。根据织机的不同需求，Barya-E系列电送电卷控制系统可灵活地配置成电子送经电子卷取、电子送经机械卷取和机械送经电子卷取等三种形式。Barya-E的控制策略采取综合经纱张力、主机基本工艺参数、主控制数字信号三种参量，经先控算法运算输出控制织机送经、卷取动作。Barya-E系列电送电卷控制器具有多种开车补偿程式，用户可根据织物、停车时间长短、停车类型等情况选择开车补偿模式，有效消除开车痕。
         Barya-E系列电送电卷控制器与织机主控制器部分的连接采用RS-485接口及MODBUS协议，只要主控部分留有此接口，就可与之相配套，而不必顾及织机类型和电控系统的生产厂家。Barya-E系列电送电卷控制器可与目前市场上较常见的百格拉系统和阿格纯系统实现互换。在配置上，既可以嵌入到主控制箱中，也可放置于单独的控制箱内，并可自带人机界面。
Barya-E系列电送电卷控制器的主要功能特点如下：
（1）采用精确伺服控制 Barya-E系列电送电卷采用精确的伺服位置控制方式，传动连续，定位准确，低速特性相当优良，在硬件上就保证了系统控制的精确度（推荐的交流伺服驱动器和电机的品牌有安川、富士、松下）。这是采用步进控制的电送电卷产品无法比拟的；
（2）简单的基础参数设置，广泛的纺机适应性 Barya-E系列电送电卷的基础参数设置十分简单，只要设定卷取轴直径，卷取轴减速比，送经轴直径（初始参数，可估计），送经轴减速比，主轴转速（初始参数，可估计），纬密，目标张力等参数即可保证系统的正常运行；
（3）准确稳定的经纱张力控制 在高精度Σ-ΔADC和高性能仪用放大器采样基础上，通过比例系数，积分时间，微分时间的设置，可使织造过程中织机的经纱张力控制更加精确，从而满足高难度织物织造的要求；
（4）准确的找纬走位 通过设置编码器线数（支持从720线到2400线的差分输出增量式编码器），慢车正向修正系数（参数范围为1％－199％）和慢车反向修正系数（参数范围为1％－199％），可修正由于机械误差导致的在正向慢车找纬和反找纬时产生的开口偏移；
（5）停车痕补偿功能 开车时张力自动恢复。停车后由于经纱的延展性使得张力下降，导致开口前移布面产生停车痕，此功能可以在开车前收紧布面到设定张力，将开口拉会原来的位置避免了停车痕；
（6）开车痕补偿功能[5] 根据停车时间（可设置）任意补偿头9根纬纱（补偿量可设置）。因为停车时间不同，纬纱松动程度也不一致，必须根据停车时间的长短对补偿值进行调整。首先需要设定停车时间单位，比如20分钟，接下来的单位时间补偿量就根据这个时间单位调整补偿量。比如在一个时间单位内也就是20分钟内补偿30％，在两个时间单位内也就是大于20分钟且小于40分钟时补偿60％；
（7）变纬密变张力织造功能（共八组，通过3根信号线选择） 为了满足高档织物的需要我们为织机和提花龙头提供了3根纬密选择线，可以在开车的时候对八种纬密和其相对应的张力进行切换；
（8）浮织功能 在高档提花工艺中，浮织是一个比较特殊的工艺，它能够产生立体的效果。浮织不是简单的停送停卷，必须根据机械结构和提花龙头提供的浮织信号的时序，在相应的角度上起停，否则图案会产生变形，需要设置浮织开始角度和停止角度。由于电送电卷使用的增量式编码器的零度和主轴零度不一定一一对应因此需要根据偏差值设定角度偏差；
（9）方便的机修功能 可以对所有输入输出信号进行测试，且不对经纱产生任何影响。在织机装配过程和维修过程中，经常需要对功能按钮，连线，设备的工作是否正常进行测试。我们提供的机修功能可以很大程度上为装配和维修提供方便；
（10）完善的报警功能 当参数设置，ADC转换，电压，转速，伺服驱动，发生异常的时候及时停止，并显示相关错误信息。

4．国内外同类产品比较
        当前，国内主机厂主要使用的一些电送电卷产品中，进口的产品存在一些不足：一、某些电送电卷系统采用的是步进电机。由于步进电机的运转实际上是不连续的，加上步进电机的输出转矩不是恒转矩，当高速时实际输出转矩将大大下降，这样一方面在运动控制精度上达不到比较高的要求，另一方面需要选择一个大输出扭矩的电机，一般都在12NM以上；二、进口的系统价格昂贵，一个采用步进电机的进口系统其价格一般占整个织机电控系统的80％，而某些采用伺服电机的进口电送电卷其价格更是高高在上；三、这些独立的进口系统在使用和设置上比较烦杂，配置上不够灵活，许多功能往往会受制于人机界面，一方面当前的国内用户实质上还不能够熟练的应用，对于