贝加莱(B&R)控制系统在纺织机械行业的应用

贝加莱(B&R)控制系统在纺织机械行业的应用上海新萌工业技术有限公司技术工程师周利军摘要：本文详细介绍了贝加莱控制与驱动产品的技术优势，包括PCC控制系统和ACOPOS伺服驱动器，并列举了粗纱机、自调匀整并条机和高速卷绕头的实际应用案例。

关键字：贝加莱PCC；ACOPOS驱动系统；粗纱机；并条机；高速卷绕头；自调匀整；整体解决方案。

The applications of B&R control system in textile machine industry Abstract: This article introduces the advantage of B&R control and servo drive solution, including PCC control system and ACOPOS Servo Drive. Additionally it recommends some successful cases applied in Carding Machine with Auto-leveling, Roving Frame and High Speed Winding Head.Keywords: B&R PCC, ACOPOS Servo Drive, Roving Frame, High Speed Winding Head, Carding Machine, Auto-leveling, integrated solution.1. 贝加莱控制系统的应用优势1.1 贝加莱PCC贝加莱可编程计算机控制器（PCC）是一种面向运动控制、过程控制和网络控制的专用控制系统，是集标准PLC、数控系统和工业计算机的性能特点于一体的智能控制器。

其模块化的硬件和软件结构，可根据设计者的控制需要组合成具有厂家应用特点的专用控制系统，并具有灵活自由的联网和扩展能力。

其所有模块与PCC通过系统总线进行连接通信，中间没有接口。

PCC的系统软件采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台，应用程序的运行周期与程序长短无关，仅由操作系统的循环周期决定。

它将应用程序的扫描周期同真正外部的控制周期区别开来，满足了真正实时控制的要求。

基于这样的操作系统，PCC的应用程序由多任务模块构成，给项目应用软件的开发带来了很大便利。

1.2 贝加莱ACOPOS贝加莱ACOPOS驱动系统具备以下特点：（1）速度和精确度。

ACOPOS的一个扫描时间和通信时间循环是400μs；（2）灵活性。

ACOPOS伺服驱动对于标准定位、电子齿轮和凸轮仿形都能作出配置。

由于这种基本的驱动配置的灵活性，ACOPOS只需在应用程序上作些改动，就能适应任何任务；（3）完全的集成式。

伺服驱动与贝加莱所有产品完全兼容。

Automation Software用于编程，集成式的优点是：整个系统，包括系统中完美匹配的组件都来自同一个内核—贝加莱Automation Studio系统；（4）安全操作。

为保证在任何状态下统一的优质产品质量，贝加莱强调产品质量保证和持续生产过程检测的重要性，在ACOPOS的开发过程中就经过了完整的测试，包括剧烈震动、高温等恶劣环境。

2. 贝加莱控制系统在太平洋集团设备上的应用2.1 PCC在二纺机EJK211型粗纱机控制系统中的应用目前国内四电机粗纱机多采用工控机和PLC或单板机相结合作为主控系统，由上位工控机完成运算功能，PLC或单板机完成控制驱动。

但由于工控机抗干扰能力不强，常常造成系统稳定性较差，而单板机的故障率又相对较高，使得粗纱机的综合性能不尽人意，成本也相对较高。

二纺机EJK211型粗纱机采用PCC的分布式模块化控制结构及贝加莱Automation Studio系统，集分析运算和控制驱动于一体，调速系统采用贝加莱ACOPOS系列伺服驱动器，通过CAN open总线控制方式，提高系统的综合控制性能，降低故障率，实现EJK211型粗纱机控制系统的完美方案，并具有张力检测与自动控制、自动落纱等功能，锭翼速度最高可达1800r/min。

另外，通过软件优化性设计，实现了整机总功率最小化，整机功率为22kW。

a.控制方案主控制系统由贝加莱Power Panel(PP41)组成，完成粗纱机的各项电气控制功能和数据运算，通过人机界面进行基本的工艺参数设定，如最高车速、支数、加捻度、径向卷绕密度、轴向卷绕密度、卷绕系数、纺纱系数等，参数可随时修改、调用和存储。

所有的参数对应了一组参数也对应于一种纱纺制，最多可有30种配方。

故障报警显示、开车情况及效率显示、数据查询、粗纱机的调试及维护等任务也均通过PP41完成。

其主要参数性能如下：显示界面为6inch、QVGA240×320像素、黑白显示；共计40个键，其中16个键的标识可按用户要求更换并带有LED指示；1.5MB内存实时时钟；2MB的存储卡，可保存、调用必要参数；系统自带RS-232及CAN bus接口；系统自带10DI、9DO。

b.配置方案（1）主控制系统采用PP41系统，驱动系统采用ACOPOS多功能驱动器，CAN bus （500k传输速率）总线控制方式；（2）应用电子齿轮、虚拟轴等功能，实现虚拟主轴对等同步、驱动锭翼、筒管、罗拉、龙筋四电机同步运行。

（3）通过CAN bus，在ACOPOS1（锭翼）建立虚拟主轴，最快每400μs向网上实轴发送(最高优先级)位置指令，并由各ACOPOS驱动器完成同步实时控制。

实际证明，循环周期为2ms时，已能满足粗纱机的动态同步精度。

系统配置如图1。

c.控制说明本套控制系统通过CAN bus总线方式控制变频器，实现四电机的有效同步。

利用CAN bus高速通信，可克服模拟量、串行通信及传统的工业总线的缺陷，数据收发方式灵活，采用非破坏性基于优先权的总线仲裁技术，具有暂时错误和永久性故障节点的判别及故障节点的自动脱离功能，使系统其他节点的通信不受影响；同时CAN具有出错帧自动重发功能。

信号传输用短帧结构（8bit），实时性好，受干扰的概率低，具有极好的检错效果。

采用统一的标准和规范，使各设备之间具有较好的互操作性和互换性，系统的通用性好。

通信介质可采用双绞线，无特殊要求，现场布线和安装简单，易于维护。

CAN总线实时性强、可靠性高、结构简单、互操作性好，利用PP41自带CAN口不增加成本，在百米之内最高波特率可以达到500k，能以最低廉的成本来实现最优控制。

以锭翼电机作为主动电机，使其按照设定速度运转。

筒管、罗拉和升降电机作为从动电机，由PCC根据锭翼电机转速并附以纱线张力反馈，按照数学模型运算后得出它们的转速，通过CAN bus总线控制变频器调整电动机转速。

由于CAN bus所具有的独到优势，可使粗纱机轻易地获得良好的同步特性和升、降速时间。

以锭翼电机转速为1600r/min为例，升速时间可控制在10s内，减速为5s以内。

另外，变频器采用共直流母线方式联接，也可大大提高升降速性能并同时降低系统能耗。

d.采用贝加莱一体化配置控制系统的优势（1）EJK211粗纱机采用贝加莱一体化控制方案，通过CAN Open方式控制ACOPOS 系列驱动系统,充分发挥贝加莱ACOPOS系列驱动系统的处理能力,同时具有更快的响应特性和控制精度。

（2）贝加莱PCC的独特硬件结构使其具备进行复杂分析运算的能力。

在其核心的运算模块内部，PCC为其CPU配备了数倍于常规 PLC的大容量存储单元(100k~16M)，为控制系统和应用软件提供了监视的硬件基础。

（3）贝加莱变频控制系统提供了许多功能强大的专业化功能运动控制功能块，如电子齿轮、电子凸轮、转矩控制、触发定位、鼓序列发生器、CNC等。

可满足各种控制需求，实现同步控制功能。

贝加莱控制器还可实现梯度提速，用户可设定期望达到的速度和达到该速度所需的时间，PCC以固定的加速度达到设定速度。

（4）专业的品质统计管理系统，自动监控生产过程中的各种重要数据，方便用户进行质量管理。

（5）贝加莱强大的内嵌式网络功能，可将该单机设备方便的连接到生产过程控制网络，进行生产过程监控。

作为未来构成分布式现场I/O控制的主要角色之一，PCC为此提供了十分灵活多样的解决方案。

Ethernet现场总线如：POWERLINK、CAN、Profi bus (FMS, DP)、INA2000、 RS485等，可实现多层次网络结构(管理层,控制层和现场层)。

（6）PCC提供了有效的功能，可实时监测外部参数，发现异常参数时可显示故障名称、故障发生时间和消除时间，并采取相应措施。

PCC还能对硬件模块进行自检，及时发现硬件本身的错误。

（7）PCC提供了丰富的在线帮助系统，帮助客户了解整个系统的操作方法。

并可指导用户在系统报警时采取相应的措施。

（8）贝加莱有功能强大的软件开发平台,能够为用户开发出具有个性化的控制软件。

（9）一套软件适应多种机型,且系统为软硬件模块化，随意扩展。

（10）远程诊断功能和机群网络功能。

通过Modem或Internet的Web Server远程功能，可实现对任何地方的机器在线诊断与调试。

另外控制系统上的Ethernet接口可实现机群联网，实现工厂自动化。

实践证明，贝加莱新一代PCC完全适用于高档棉纺粗纱机的控制系统。

它不仅保证了良好的纺纱性能，同时还相应提高了系统的综合控制功能，降低了故障率，配以经济实用的人机界面，使操作变得更加简单方便，使整个设备的档次有了较大提高。

2.2 PCC在二纺机EJQ298型高速卷绕头控制系统中的应用EJQ298型高速卷绕头采用PCC作为整个系统的核心控制器，系统集运算和控制于一体，具有自动切换、自动落筒功能，最高卷绕速度达6000m/min；采用基于模型的控制方式，使用超前预测控制手段，并配合特有的PID控制技术，确保卷绕过程更稳定，更精密，同时高性能的ACOPOS插入模块使速度的测量在整个卷绕过程中都具有高精度；完善的各种工艺防叠控制方式，包括摆频干扰卷绕（WOBBLING）、等升角卷绕（RFR）、分步精密卷绕（SPW）及紧密精密卷绕（CPW）；系统根据用户的输入自动计算各叠丝点（WOBBLING除外），可方便满足不同客户的要求，同时用户还可在不同的卷绕阶段设置不同的防叠方式；对于卷绕过程中出现的“蛛网”或“凸肩”现象，客户可通过专业的手持终端或集中监控计算机进行各种参数（如卷绕角或防叠方式）的重新设置和信息的查询。

a.控制方案主控制系统由PCC 2005系统组成，以完成系统中数据的运算及电气动作要求。

系统采用CP260作为核心控制器，同时配合高速数字输入/输出模块单元。

另外，在转速测量上，系统采用高速AC130模块作为高速计数器使用（速度高达100KHz）。