摘 要：本文主要介绍台达20PM运动控制器在纺织行业的喷气织机，剑杆织机中送经卷取的应用，在设备控制系统中利用20PM内置多组电子凸轮功能出色完成了张力控制，等各项需求，并阐述了设备的工作原理、工艺要求等应用概要。
关键词：运动控制，电子送经卷取，张力控制，;织机。
一、 前言
　 我国织机总数居世界第一 ,而高档织机基本由进口织机占领 ,且中低档织机市场已趋饱和。纺织机械的发展趋势是高速度、 高效率、 低消耗、 长寿命。当织机的车速高于 400 r /min一般要配备电子送经卷取装置,另外机械式送经卷取系统控制精度低 ,适应性差 ,成布疵点多 ,难以实现高精度织造要求。所以具备电子送经卷曲功能与否及电子送经卷曲功能的优劣是织机档次的重要特征之一。采用了电子送经卷曲可以提高张力控制的精度和灵敏度、 有助于消除开车稀密路、 提高对变纬密织造的适应能力 ,适应现代织机高速度、 高智能的要求。反过来看 ,就是要求所设计的电子送经卷取装置能够完成以上功能。为了实现以上功能 ,我们以一款高速织机 (车速 800 r /min)为平台 ,分析织造过程中纱线经向运动
的特点 ,采用电子凸轮的控制方法 通过驱动器控制台达交流伺服电机构成一套电子送经卷取装置 ,实现了送经功能 ,达到了进口织机设备的性能。


DVP20PM是台达PLC家族中运动型控制器，具有强大的运算处理能力，可轻松完成各种二轴运动控制，特别适合对位置控制和实时响应有较高要求的高速定位应用场合，并内置高速绕线、飞剪、追剪等高阶应用功能，广泛应用于食品加工、包装、木工、机床切割等行业。
二、 送经卷取运动的特点
　织机织造中可分为经向和纬向两种运动 ,经向包括水平方向的卷取、 送经运动和垂直方向的开口运动;纬向包括引纬和打纬运动。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— — — 梭口 ,引纬是将纬纱引入梭口 ,依靠打纬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。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。在这个过程中受这些运动的
。在这个过程中受这些运动的影响 ,经纱的张力周期性地波动。


图 1所示的是津田驹 Z AX型织机的实测张力 ,横坐标是时间轴 ,纵坐标是
张力值。从图中可以看到 A和 B之间对应的是打纬运动 ,钢筘高速击打织口时使经纱伸长 ,张力变大; A和D之间是开口过程 ,随开口变化 ,经纱的拉伸程度变化 ,张力随之变化 , C点张力较小的原因是该织机配备了主动送经装置 ,它在开口最大时使后梁向下运动以减小张力; C和 D之间张力变大是由于卷取运动的开始;D和 E之间是在平综位置的附近 ,张力较小。
图 1　 经纱张力周期性波动规律
高档织物要求织造过程中张力恒定以保证其密度均匀。从织造工艺来看这种张力的波动是不可避免的 ,有些还是必要的。比如引纬需要较大的张力以保持清晰的开口;打纬需要足够的张力形成织物组织。而从不同织造周期来看 ,当织机卷取运动发生时 ,如果没有送出相应的经纱量 ,经纱弹性形变的量就发生了改变 ,也即张力发生了改变 ,使得织物的纬密不能保证均匀。另外 ,随着织造过程的进行 ,织机的经轴逐渐从满轴向空轴变化 ,如果送经电机的速度始终不变 ,则实际的送经量在逐渐减小 ,也不能保持恒定的张力。所以,电子送经要实现的恒张力控制实际是通过补偿卷取和经轴变化引起的张力变化 ,保持每个织造周期的平均张力的恒定。从上面的简单分析可知电子送经装置实际是受周期扰动干扰的
从上面的简单分析可知电子送经装置实际是受周期扰动干扰的变结构系统。对于送经装置 ,已有文献通过解析方法和辨识方法建立过模型,但不够准确 ,表达形式也比较复杂 ,控制效果不佳。换一个角度来看 ,假设送经装置的工作条件理想 ,即卷取速度恒定、 经轴上的经纱均匀、 开口角度稳定 ,只要保证一个周期内的送经量等于卷取量就可以保持每个织造周期的张力恒定。当然 ,实际的工况是不可能满足这样的理想条件的 ,总会有些波动 ,故还需对由此所引起的张力偏差进行补偿。实现电子送经卷曲装置的实时控制。

三、 台达解决方案及系统配置
1、 控制系统原理
由于开口、引纬、打纬、送经和卷取等五大运动都是以织机主轴转动一周的时间为运动周期，因此，可以用旋转角度来表示运动的开始、结束时间及各运动的相互协调关系。图3-1所示的是一个剑杆织机的主轴一周内各角度的主要动作。


具体对送经卷曲控制要求，就是在一个周期固定送一纬的长度，这是比较典型的多凸轮同步功能应用，而台达20PM已内置三组电子凸轮功能，可采用以DVP-20PM为控制核心的台达整体解决方案完成对送经卷曲控制，实现设备控制要求。
电子送经机构
电子送经机构由张力信号采集系统、信号处理系统和控制系统、织轴驱动装置三部分组成。装在双后梁上的压力传感器检测张力，PLC在平综时检测张力反馈信号，信号经PLC内部处理后控制的伺服控制系统，伺服电机通过蜗轮蜗杆传动至织轴上，控制送经速度，从而实现恒张力的自动控制，保证织轴由大变小的过程中保持张力均匀。果。
对张力值的确定采取了一定的滤波和限幅措施。采用一个周期内多点张力值求平均值和多个周期加权
平均的方法减小采样点波动的影响;采用限幅的方法避免随机干扰或采样器的不稳定引起的大幅度误差;将
张力设定值 2%的误差范围设为死区 ,当张力误差内在此范围内波动时保持原控制量不变 ,避免振荡。 采样点选取
织机的张力并不是通过直接测量纱线获得 ,而是通过经纱作用于一根活动后梁,当张力变化时引起作用
于后梁的压力变化传导到压力传感器上 ,由传感器输出值间接发映出经纱张力的变化。
为提高张力传感的灵敏度 ,后梁运动比较灵活。故为了比较张力在织造周期中的平均值 ,对张力的采样
应当选取张力比较稳定的状态 ,避免在剧烈变动的时刻采样。综平期间是比较理想的采样点 ,综平时刻可由
主轴电机编码器输出角度信号确定。为减小干扰 ,我们在综平时刻附近选取 6点取平均值作为张力反馈的
比较值。织机在织造过程中在不同的开口角度、 不同的工作阶段张力波动
较大,特别在某些瞬间,比如打纬瞬间变化很大,而控制的目的是保持张力平均值的恒定,为防止控制器对此
过于敏感,控制器没有采用微分控制。

电子卷取机构
电子卷取是根据织物要求的纬密，通过人机交互界面输入织物纬密，再由PLC控制伺服控制系统实现定量定速卷取。采用伺服电机作为动力，电机通过减速箱，由同步带传动到卷取传动轴，通过锥齿变向后，动刺毛辊转动，对包覆在棍轴上的织物进行卷取。


2、 系统配置
产品名称 数量
20PM00M 1
伺服 2
台达变频器VFD-M 1
360线编码器 1
04AD 1

四、 20M程序系统介绍
1数据修改BLOCK的数据块跳转
本控制主要用到20PM的多凸轮功能，其中最主要一点是多凸轮多BLOCK的数据块跳转。
比如在正常运行时
卷取轴数据表为
0 0
1440 12380
0 3
0 0
1440 12500
0 3
送经数据表为
0 0
1440 8200
0 3
0 0
1441 8205
0 3
上述数据左边一列为主轴数据，编码器线数为360，四倍频后为1440，右边一列为从轴数据也就是输出给伺服的脉冲数，先以送经加以说明，在张力没有改变的情况下，伺服输出
为红线方框内的数据，对应主轴走一周，送经伺服走8205个脉冲，当检测到张力大或者小了以后，需要改变对应关系，比如张力大了，需要送经多走，使张力下降。注意不能直接修改方框内的数据，需修改上部的数据,1440,8200，把8200换为8210，换过之后，接着需要方框外的0,3改为0,0。在把红线方框内的数据改为0,0；这样就可实现BLOCK的跳转。
实现主从轴数据的改变。程序如下


M12为程序判断需要修改数据从轴长度时ON,D1838为当前轴走了凸轮表数据的第几笔序号
从上往下依次 对应0,1,2。。。
0 0
1441 8200
1 3