圖3  EBC單元原理圖

      EBC原理，如圖3中，測(cè)速羅拉（roller）能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量到盤頭的送經(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：盤頭的直徑是不斷減小的，這要求不斷的根據(jù)盤頭周長(zhǎng)的變化修正盤頭的角速度來(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。

圖4  電子卷取單元示意圖

      如圖4所示，卷取采用中心收卷方式，并非想象的那么簡(jiǎn)單，因?yàn)?，要保證材料的收卷均勻可靠，必須依賴于與主軸的同步，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。

      如圖5所示，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，它可以顯示客戶公司的LOGO、批號(hào)、時(shí)間和畫(huà)面的頁(yè)面名稱，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)。
 

 

圖5  HMI的畫(huà)面之一

      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。

      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。

 

圖6  遠(yuǎn)程監(jiān)控參數(shù)設(shè)置

 

      我們從圖7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)。
 

圖7  EBC參數(shù)設(shè)置畫(huà)面

      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)。

      B&R工程師花費(fèi)很多的時(shí)間認(rèn)真與客戶討論如何讓機(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。
 

圖8  畫(huà)面設(shè)計(jì)的條理化和人性化

      B&R經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師很好地把握了客戶的設(shè)計(jì)需求，并在該項(xiàng)目研發(fā)中充分展現(xiàn)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)模式。

      他們?cè)跈C(jī)器設(shè)計(jì)領(lǐng)域積累的豐富的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)被傳遞到客戶的應(yīng)用中去，雖然控制器、網(wǎng)絡(luò)和驅(qū)動(dòng)器的功能和性能非常重要，但是，更重要的是其工程師團(tuán)隊(duì)對(duì)于客戶需求的把握和實(shí)現(xiàn)能力，這才是B&R真正的競(jìng)爭(zhēng)力。

  

李寧波  貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司 工程師。