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 前言
　　你知道嗎？那些漂亮的鞋子、婚紗、旅行包的面料其實(shí)就是采用經(jīng)編機(jī)編織出來(lái)的，還有那些你每天看到的卻沒(méi)有仔細(xì)注意的，比如：玻璃纖維的高速公路隔離柵材料、游艇、沖浪板的材料、飛機(jī)的外殼、風(fēng)力發(fā)電的葉片、集裝箱、摩托車(chē)頭盔、甚至到潛艇、航空飛機(jī)很多領(lǐng)域都使用由經(jīng)編機(jī)編織的材料，經(jīng)編機(jī)的種類(lèi)非常多，針對(duì)不同的工藝有拉舍爾和特里科兩種經(jīng)編機(jī)，又按照襯緯與否分為帶襯緯的經(jīng)編機(jī)等等，有雙針床、單針床等，種類(lèi)非常之多，這里主要介紹高速特里科經(jīng)編機(jī)。

一、特里科經(jīng)編機(jī)系統(tǒng)概要

1.1原理
　　經(jīng)編機(jī)是由送經(jīng)、成圈機(jī)構(gòu)、牽拉、卷取幾個(gè)單元構(gòu)成，經(jīng)線通過(guò)盤(pán)頭放卷為成圈機(jī)構(gòu)提供穩(wěn)定的送紗量，針床的成圈機(jī)構(gòu)通過(guò)退圈、墊紗、帶紗、閉口、套圈等一系列動(dòng)作完成對(duì)材料的編織，牽引單元將織好的材料隨著每個(gè)橫列的完成向前牽引，而卷取單元?jiǎng)t將完成的材料卷成整卷。
　　傳統(tǒng)的經(jīng)編機(jī)是通過(guò)機(jī)械的方式進(jìn)行連接，即渦輪蝸桿進(jìn)行傳動(dòng)的變化組合，而這些對(duì)于變化的需求來(lái)說(shuō)就非常不靈活，而現(xiàn)代伺服技術(shù)提供了更靈活的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。經(jīng)編機(jī)的送經(jīng)量控制是關(guān)鍵，對(duì)于在每個(gè)周期里沒(méi)　有變化的送經(jīng)而言，采用變頻器即可，這種送經(jīng)單元稱(chēng)為EBA。
　　而對(duì)于每個(gè)周期送經(jīng)量有最大64種變化的編織圖案設(shè)計(jì)而言，則送紗量要通過(guò)伺服進(jìn)行可靠的輸送，在主軸的每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期里，按照經(jīng)編工藝的要求，送經(jīng)量的變化可能最大達(dá)到64種，伺服需要據(jù)此進(jìn)行速度的調(diào)整以適應(yīng)經(jīng)編工藝對(duì)送紗量的精確需求。另一個(gè)控制維度在于隨著送經(jīng)的變化盤(pán)頭的周長(zhǎng)不斷減小，需要不斷的加快盤(pán)頭角速度，以保證送經(jīng)量的穩(wěn)定輸出，這就是所謂的EBC單元，對(duì)于僅僅是簡(jiǎn)單的變化而言，EBA即可實(shí)現(xiàn)，但是，對(duì)于變化復(fù)雜的花樣而言，則EBC就非常的有必要了。
 
 二、系統(tǒng)性能要求

　　客戶(hù)對(duì)這個(gè)機(jī)器提出了3000RPM的設(shè)計(jì)目標(biāo)（針距E32，密度最小2C/cm），這是一臺(tái)真正意義的高速經(jīng)編機(jī)，目前國(guó)內(nèi)經(jīng)編機(jī)大多為主機(jī)轉(zhuǎn)速在800～1200RPM的速度，效率較低，并且多設(shè)計(jì)為固定的EBA系統(tǒng)，而該客戶(hù)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)較高，設(shè)計(jì)為3000RPM的高速經(jīng)編機(jī)，這對(duì)機(jī)器的伺服系統(tǒng)的響應(yīng)能力提出了較高的要求，采用國(guó)際先進(jìn)的EBC設(shè)計(jì)使得對(duì)于控制算法的設(shè)計(jì)也提出了要求，最大支持64橫列（Courses）的送經(jīng)量變化，考慮到極端情況，運(yùn)行在3000RPM的機(jī)器對(duì)于64橫列變化送經(jīng)量的支持，需要控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)擁有非常高速的運(yùn)算和處理能力及通訊能力。
　　ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器配合Ethernet POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)提供了最快400uS的數(shù)據(jù)刷新周期，因此，B&R的ACOPOS和EPL在方案交流階段即得到了認(rèn)可。

三、系統(tǒng)功能要求及實(shí)現(xiàn)

　　客戶(hù)除了對(duì)性能提出了嚴(yán)格的要求，對(duì)于功能設(shè)計(jì)也提出了很多要求，例如：EBC的設(shè)置算法設(shè)計(jì)、電子牽拉和電子卷?。ㄖ行木砣》绞剑?、打印機(jī)功能、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能設(shè)計(jì)、掉電停車(chē)功能、人機(jī)操作的科學(xué)和實(shí)用性設(shè)計(jì)等。這些設(shè)計(jì)具有一定的前瞻性，具體分為如下幾個(gè)單元：

3.1電子送經(jīng)EBC單元設(shè)計(jì)(Electric Beam Control)
 

　　EBC原理，如上圖測(cè)速羅拉（roller）能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量到盤(pán)頭的送經(jīng)速度及周長(zhǎng)變化，編碼器數(shù)據(jù)通過(guò)編碼器模塊反饋到控制器（PCC）中處理，X20的編碼器模塊X20DC1196支持高速的采樣。PCC綜合主軸編碼器位置變化、每橫列設(shè)定的送經(jīng)量和現(xiàn)時(shí)各送經(jīng)軸盤(pán)頭的周長(zhǎng)變化不斷地優(yōu)化計(jì)算出送經(jīng)軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。對(duì)于花色變化不大的編織而言，在主軸的一個(gè)循環(huán)周期里，送經(jīng)的變化并不頻繁，但是，當(dāng)花色需要在一個(gè)循環(huán)周期里提供16段、32段或者更多的橫移動(dòng)作的話，那么，在一個(gè)循環(huán)周期中不同段的送經(jīng)量的變化將會(huì)需要伺服電機(jī)不斷地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)參數(shù)調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)，這對(duì)伺服響應(yīng)能力提出了嚴(yán)格的要求。
　　工藝員根據(jù)花盤(pán)設(shè)定循環(huán)周期內(nèi)每段所需的送經(jīng)量，系統(tǒng)將實(shí)時(shí)根據(jù)當(dāng)前經(jīng)軸架的盤(pán)頭周長(zhǎng)變化來(lái)計(jì)算下一個(gè)循環(huán)周期里每段送經(jīng)量的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。采用B&R ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置的CyclicCom（循環(huán)讀寫(xiě)）功能，PCC依據(jù)對(duì)主軸單圈絕對(duì)值編碼器位置的變化，將下一個(gè)橫列對(duì)應(yīng)的送經(jīng)量的運(yùn)動(dòng)參數(shù)寫(xiě)入伺服控制器，這樣，伺服將會(huì)從一個(gè)橫列的送經(jīng)量平滑的切換到另一個(gè)橫列的送經(jīng)量。在每一個(gè)循環(huán)周期里，我們的系統(tǒng)預(yù)留了最多64個(gè)橫列送經(jīng)量的變化，而由于以上的巧妙設(shè)計(jì)及我們高性能的PCC和伺服系統(tǒng)提供的硬件保障，其實(shí)每一個(gè)送經(jīng)軸只使用了1個(gè)CAM狀態(tài)就實(shí)現(xiàn)了任意多個(gè)橫列作為一個(gè)循環(huán)周期的不同送經(jīng)量的高速無(wú)縫切換。
　　參考以上的敘述，EBC考慮的并非僅僅是橫列變化時(shí)所需的送經(jīng)量變化帶來(lái)的伺服運(yùn)動(dòng)參數(shù)的調(diào)整，還有一個(gè)維度即：盤(pán)頭的直徑是不斷減小的，這要求不斷的根據(jù)盤(pán)頭周長(zhǎng)的變化修正盤(pán)頭的角速度來(lái)保證每個(gè)循環(huán)周期的相應(yīng)橫列的送經(jīng)穩(wěn)定不變。

　　ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器提供了多個(gè)編碼器接口的設(shè)計(jì)，因此，檢測(cè)速度可由X20分布式IO來(lái)提供反饋，也可以通過(guò)直接接入到伺服驅(qū)動(dòng)器的編碼器卡槽位上反饋，而且ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器可以設(shè)置為變頻模式支持異步電機(jī)，它即保證了很好的調(diào)速特性也能夠降低成本，并且ACOPOS與其它軸之間的總線通信保證了軸與軸之間的實(shí)時(shí)性。

3.2電子卷取單元（EWA）
 　　卷取采用中心收卷方式，并非想象的那么簡(jiǎn)單，因?yàn)椋ＷC材料的收卷均勻可靠，必須依賴(lài)于與主軸的同步，以及在不同階段的力矩變化控制。在啟始、加速、減速時(shí)，由于橫列的花樣變化帶來(lái)的位置變化都將被考慮在其中，因此，卷取軸與牽拉軸同步并且在不斷進(jìn)行力矩輸出控制計(jì)算。
 　　接近開(kāi)關(guān)兩次觸發(fā)間的計(jì)時(shí)與電機(jī)的速度相乘得到已走過(guò)的距離，與設(shè)定的最大距離相除即得到百分比，再以最大扭矩與最小扭矩線性化成100%的區(qū)間，在每個(gè)區(qū)間里伺服提供可靠的力矩輸出來(lái)獲得對(duì)卷取的穩(wěn)定控制，事實(shí)上，它是用交流伺服來(lái)模擬出直流伺服電機(jī)所需的良好線性機(jī)械特性曲線，要對(duì)卷取材料的在卷取過(guò)程中的縮放進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計(jì)，使得更加穩(wěn)定而柔和的實(shí)現(xiàn)卷取。

3.3HMI操作設(shè)計(jì)
　　工程師經(jīng)過(guò)討論，將整個(gè)屏設(shè)計(jì)為三個(gè)部分，最上面的日常狀態(tài)顯示，它可以顯示客戶(hù)公司的LOGO、批號(hào)、時(shí)間和畫(huà)面的頁(yè)面名稱(chēng)，在中間部分顯示狀態(tài)頁(yè)、參數(shù)設(shè)置頁(yè)內(nèi)容，底部區(qū)域設(shè)計(jì)為頁(yè)面切換的鍵，采用了Windows風(fēng)格的操作圖標(biāo)。

3.4打印機(jī)功能
　　通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序植入和對(duì)串口的通信設(shè)計(jì)，Power Panel提供了與小型打印機(jī)連接的功能，能夠?qū)⑸a(chǎn)批次、產(chǎn)量、故障、歷史記錄等進(jìn)行打印輸出。

3.5遠(yuǎn)程監(jiān)控RMS（Remote Monitoring System）
　　采用在Power Panel中添加VNC Server并為機(jī)器設(shè)置IP地址，可以實(shí)現(xiàn)不增加任何成本的情況下，達(dá)到遠(yuǎn)程對(duì)機(jī)器的監(jiān)控和操作功能，提供兩級(jí)訪問(wèn)控制，一級(jí)是監(jiān)控機(jī)器狀態(tài)的權(quán)限，一級(jí)是對(duì)機(jī)器參數(shù)的修改功能授權(quán)給高級(jí)工程師。
　　另外，也可以在Power Panel中添加Web Server ，它使得Power Panel可以提供基于B/S結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)能力，由遠(yuǎn)程端的IE Browser通過(guò)Internet訪問(wèn)該機(jī)器，對(duì)于未來(lái)的維護(hù)而言，將會(huì)大大的提供便利。
 

四、系統(tǒng)配置
4.1驅(qū)動(dòng)技術(shù)
　　配置了6個(gè)B&R高性能的ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器，提供了送經(jīng)和卷繞的高速響應(yīng)能力。其中主軸運(yùn)行為異步伺服模式，ACOPOS驅(qū)動(dòng)器采用模塊化設(shè)計(jì)，在其插槽上插入外接編碼器模塊使得每個(gè)軸可以直接計(jì)算送經(jīng)羅拉的編碼器反饋值，并高速運(yùn)算。

4.2控制顯示
　　500MHz的處理器，128MB的SDRAM。B&R Power Panel 400系列不僅僅是一個(gè)人機(jī)界面，同時(shí)它也是一款高性能的CPU，支持高達(dá)200uS的循環(huán)周期，EBC的復(fù)雜算法與科學(xué)的人機(jī)設(shè)計(jì)均由其獨(dú)立完成。

4.3現(xiàn)場(chǎng)總線
　　Ethernet POWERLINK實(shí)時(shí)通信技術(shù)提供的高達(dá)400uS的實(shí)時(shí)通信刷新速率，100Mbps的傳輸速度，確保了整機(jī)控制的數(shù)據(jù)交換通暢。
　　系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)圖如下：

五、系統(tǒng)特點(diǎn)

5.1 PCC的強(qiáng)大算法設(shè)計(jì)功能
　　我們從下圖可以看到EBC參數(shù)設(shè)置畫(huà)面，對(duì)于普通的系統(tǒng)而言，本來(lái)最多需要33幅畫(huà)面（每個(gè)循環(huán)周期橫列總數(shù)最多可以設(shè)定64，如果細(xì)分為64段，每頁(yè)顯示6段，一組EBC參數(shù)需要11頁(yè)）才能完成的三組EBC參數(shù)設(shè)定，而對(duì)于B&R的PCC，這里只用了一幅畫(huà)面來(lái)實(shí)現(xiàn)，完全歸功于程序的編寫(xiě)技巧，體現(xiàn)了貝加萊軟件強(qiáng)大編程功能，不僅節(jié)省了程序存儲(chǔ)空間，也提高了運(yùn)行效率，使得程序更加便于維護(hù)。

5.2高性能的系統(tǒng)
　　這個(gè)應(yīng)用中，當(dāng)達(dá)到3000RPM轉(zhuǎn)速和64個(gè)Courses的應(yīng)用時(shí)，系統(tǒng)必須在20mS內(nèi)完成下一個(gè)橫列送經(jīng)量的計(jì)算、傳輸運(yùn)動(dòng)參數(shù)到驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)器的執(zhí)行動(dòng)作整個(gè)過(guò)程，需要計(jì)算的任務(wù)周期、數(shù)據(jù)傳輸周期和伺服執(zhí)行周期均高速通暢，這依賴(lài)于Power Panel的高速實(shí)時(shí)任務(wù)處理、Ethernet Powerlink的高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器的快速響應(yīng)能力相互配合，才能實(shí)現(xiàn)，經(jīng)測(cè)試軟件檢測(cè)，即使如此，CPU的使用率也只有30%多點(diǎn)，對(duì)于目前全世界最高的4200RPM的高速機(jī)應(yīng)用而言，這個(gè)系統(tǒng)也是能夠支撐其運(yùn)行且穩(wěn)定可靠，另外一個(gè)事實(shí)是： 那臺(tái)高速機(jī)上采用的正是B&R的系統(tǒng)。

5.3科學(xué)實(shí)用的操作界面
　　B&R工程師花費(fèi)很多的時(shí)間認(rèn)真與客戶(hù)討論如何讓機(jī)器更加人性化和易于操作、學(xué)習(xí)，原則是不能讓畫(huà)面復(fù)雜、因?yàn)閷?duì)于操作機(jī)器的人來(lái)說(shuō)，復(fù)雜就會(huì)容易出錯(cuò)，并且不易于掌握，但是，這個(gè)機(jī)器又要設(shè)計(jì)的功能強(qiáng)大，涵蓋各種可能的生產(chǎn)應(yīng)用變化，這似乎是一個(gè)矛盾，但是，B&R工程師和客戶(hù)經(jīng)過(guò)討論，制定了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的畫(huà)面格式，如之前所描述的，它使得看上去矛盾的事情變得簡(jiǎn)單，讓其不僅美觀大方而且易于理解，對(duì)于操作人員來(lái)說(shuō)，每個(gè)界面都是采用固定的格式，他們很容易從圖標(biāo)明白如何切換到不同的頁(yè)面。并且那些不必要的、會(huì)造成操作人員迷惑的按鈕都被消除了，系統(tǒng)顯得非常的條理化和人性化。

六、客戶(hù)評(píng)價(jià)

　　在與B&R的合作過(guò)程中，客戶(hù)高度贊揚(yáng)了B&R工程師對(duì)于工藝的快速把握和理解，并對(duì)合作中得到的良好技術(shù)支持和培訓(xùn)服務(wù)表示滿(mǎn)意。經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師良好的把握了客戶(hù)的設(shè)計(jì)需求，并很好的發(fā)揮了B&R系統(tǒng)的強(qiáng)大算法設(shè)計(jì)功能、多軸同步關(guān)系模型和科學(xué)實(shí)用的HMI設(shè)計(jì)。
　　B&R在機(jī)器設(shè)計(jì)領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)被傳遞到客戶(hù)的應(yīng)用中去，控制器、網(wǎng)絡(luò)和驅(qū)動(dòng)器的功能和性能的確非常重要，但是，更重要的是B&R的工程師團(tuán)隊(duì)對(duì)于客戶(hù)需求的把握和實(shí)現(xiàn)能力，這才是B&R真正的競(jìng)爭(zhēng)力。