摘要：本文主要介紹基于臺達(dá)自動化產(chǎn)品的圓網(wǎng)印花機(jī)整體系統(tǒng)解決方案。臺達(dá)圓網(wǎng)印花機(jī)整體系統(tǒng)解決方案，主要通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)DeviceNet實(shí)現(xiàn)各色系的I/O控制；通過CANopen實(shí)現(xiàn)伺服數(shù)據(jù)的讀寫；同時(shí)通過獨(dú)有的脈沖By-Pass功能實(shí)現(xiàn)12色伺服的同步控制。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，臺達(dá)完善的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，尤其是伺服內(nèi)建獨(dú)特動態(tài)誤差修正功能可保證劇烈加減速不跑花。此系統(tǒng)方案的成功應(yīng)用，有效地推動了國內(nèi)圓網(wǎng)印花機(jī)的性能提升。

關(guān)鍵詞：同步控制 相位調(diào)整 對花 電子凸輪 糾偏 DeviceNet  CANopen

圓網(wǎng)印花機(jī)簡介

1.圓網(wǎng)印花機(jī)原理

      圓網(wǎng)印花機(jī)是一種使用圓形鎳網(wǎng)在白色坯布上連續(xù)印制各色圖案專用加工設(shè)備，工作原理類似套色印刷機(jī)。圓網(wǎng)印花機(jī)是篩網(wǎng)印花一種。如圖1所示。

      圓網(wǎng)印花機(jī)按圓網(wǎng)排列方式可分為：立式、臥式和放射式三種，其中使用最普遍的是臥式圓網(wǎng)印花機(jī)。圓網(wǎng)印花機(jī)與其他設(shè)備組成聯(lián)合機(jī)使用，一般印花車速為30～80m/min。廣泛用于棉織物、化纖及其混紡織物和一般針織物、絲織物的印花。

圖1 圓網(wǎng)印花機(jī)外觀

2.印花園網(wǎng)規(guī)格參數(shù)：

印花圓網(wǎng)是在涂布感光膠的鎳網(wǎng)上通過照相制網(wǎng)獲得的。如圖2所示。

圓網(wǎng)周長(D)：640mm、726mm、 820mm、 914mm、1018mm；

工作幅度(W)：1280mm、1620mm、1850mm、2400mm、2800mm、3200mm；

套色數(shù)目：6、12、16、20、24；

印品種類：機(jī)織或針織的純棉、化纖即其混紡布、無紡布、毛巾布、植絨布、絲綢；

車    速：5～100 m/min；

印花精度：0.1mm。

圖2 圓網(wǎng)外形圖

3.圓網(wǎng)印花機(jī)主要裝置功能

⑴進(jìn)布裝置：保證按要求的速度和張力將織物從布卷或布箱中無褶皺地導(dǎo)入到導(dǎo)帶的準(zhǔn)確位置上。

⑵印花導(dǎo)帶：起作用在于將織物向前導(dǎo)送。

⑶對花裝置：對花裝置可使安裝在網(wǎng)座上的所有圓網(wǎng)迅速組成一個(gè)完整的圖案花型，共包含以下三個(gè)調(diào)整系統(tǒng)：

l         縱向調(diào)整：在印花過程中，通過圓網(wǎng)傳動電機(jī)的差動，對圓網(wǎng)進(jìn)行縱向調(diào)整；

l         橫向調(diào)整：由一個(gè)對花電機(jī)帶動減速機(jī)通過偏心塊拖動網(wǎng)架，作橫向調(diào)整；

l         斜向?qū)钦{(diào)整：由另一個(gè)對花電機(jī)帶動減速機(jī)通過偏心塊拖動網(wǎng)架，作斜向調(diào)整。

⑷圓筒鎳網(wǎng)：簡稱圓網(wǎng)，由鎳網(wǎng)膠接在悶頭上制成，是印花的主要部件，通過刮刀將圓網(wǎng)圖案轉(zhuǎn)印至織物。

⑸烘房裝置：主要用于印花織物的干燥。

⑹落布裝置：把烘干的織物用正確的速度，以適當(dāng)?shù)膹埩暮娓刹糠炙统?，進(jìn)入布箱。

4.設(shè)備工藝流程

圓網(wǎng)印花機(jī)主要工作流程，如圖3所示。

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

該系統(tǒng)共包括12臺伺服、9臺變頻器、25臺HMI，為了便于系統(tǒng)控制和維護(hù)，每個(gè)色系均采用單獨(dú)的PLC進(jìn)行I/O點(diǎn)的控制。由于每個(gè)色系有1個(gè)INPUT和5個(gè)OUTPUT,故選用DVP-14SS PLC，12個(gè)色系子PLC通過臺達(dá)現(xiàn)場總線DeviceNet與主控PLC進(jìn)行通訊。由于系統(tǒng)I/O點(diǎn)較多，且采用網(wǎng)絡(luò)控制，所以主控PLC選用DVP32EH-L,圓網(wǎng)伺服的控制采用CANopen工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與主控PLC的數(shù)據(jù)傳輸。導(dǎo)帶由主控PLC通過模擬量實(shí)現(xiàn)速度控制，完成進(jìn)步、烘房、出布。電機(jī)由同步控制器實(shí)現(xiàn)與主軸的同步控制。主控人機(jī)界面選用色彩絢麗、功能豐富的A系列10.4in超大屏幕觸控面板，通RS485與主控PLC進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與交換。

圓網(wǎng)采用具有網(wǎng)絡(luò)型、高解析度、高響應(yīng)的A2系列運(yùn)動控制型伺服獨(dú)立控制每色圓網(wǎng)。由于工藝要求12臺圓網(wǎng)與主軸同步，所以本系統(tǒng)采用A2伺服內(nèi)建電子凸輪功能和脈沖By-pass功能實(shí)現(xiàn)與主軸的同步控制。即主軸編碼器直接輸入12臺伺服，實(shí)現(xiàn)所有圓網(wǎng)與主軸導(dǎo)帶的同步。

臺達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用解決方案

1.臺達(dá)系統(tǒng)控制架構(gòu)

本系統(tǒng)主要由臺達(dá)B系列高端HMI、網(wǎng)絡(luò)型PLC、變頻器以及智能型運(yùn)動控制伺服A2組成，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

2.圓網(wǎng)伺服架構(gòu)

圓網(wǎng)印花機(jī)主機(jī)部分是整個(gè)機(jī)臺的核心工藝，工藝難點(diǎn)在于12軸圓網(wǎng)的同步控制?；谂_達(dá)ASDA-A2系列高性能伺服驅(qū)動器的圓網(wǎng)主機(jī)控制系統(tǒng)，憑借其內(nèi)置電子凸輪功能和強(qiáng)大的脈沖By-pass功能即可實(shí)現(xiàn)圓網(wǎng)的同步控制。運(yùn)動控制程序有A2伺服單獨(dú)完成，伺服與上位控制器之間采用CANopen網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)邏輯控制。控制架構(gòu)如圖5所示。

3.圓網(wǎng)印花機(jī)主要裝置功能

⑴進(jìn)布裝置：保證按要求的速度和張力將織物從布卷或布箱中無褶皺地導(dǎo)入到導(dǎo)帶的準(zhǔn)確位置上。

⑵印花導(dǎo)帶：起作用在于將織物向前導(dǎo)送。

⑶對花裝置：對花裝置可使安裝在網(wǎng)座上的所有圓網(wǎng)迅速組成一個(gè)完整的圖案花型，共包含以下三個(gè)調(diào)整系統(tǒng)：

l         縱向調(diào)整：在印花過程中，通過圓網(wǎng)傳動電機(jī)的差動，對圓網(wǎng)進(jìn)行縱向調(diào)整；

l         橫向調(diào)整：由一個(gè)對花電機(jī)帶動減速機(jī)通過偏心塊拖動網(wǎng)架，作橫向調(diào)整；

l         斜向?qū)钦{(diào)整：由另一個(gè)對花電機(jī)帶動減速機(jī)通過偏心塊拖動網(wǎng)架，作斜向調(diào)整。

⑷圓筒鎳網(wǎng)：簡稱圓網(wǎng)，由鎳網(wǎng)膠接在悶頭上制成，是印花的主要部件，通過刮刀將圓網(wǎng)圖案轉(zhuǎn)印至織物。

⑸烘房裝置：主要用于印花織物的干燥。

⑹落布裝置：把烘干的織物用正確的速度，以適當(dāng)?shù)膹埩暮娓刹糠炙统?，進(jìn)入布箱。

4.設(shè)備工藝流程

圓網(wǎng)印花機(jī)主要工作流程，如圖3所示。

圖3 圓網(wǎng)設(shè)備工藝流程

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

該系統(tǒng)共包括12臺伺服、9臺變頻器、25臺HMI，為了便于系統(tǒng)控制和維護(hù)，每個(gè)色系均采用單獨(dú)的PLC進(jìn)行I/O點(diǎn)的控制。由于每個(gè)色系有1個(gè)INPUT和5個(gè)OUTPUT,故選用DVP-14SS PLC，12個(gè)色系子PLC通過臺達(dá)現(xiàn)場總線DeviceNet與主控PLC進(jìn)行通訊。由于系統(tǒng)I/O點(diǎn)較多，且采用網(wǎng)絡(luò)控制，所以主控PLC選用DVP32EH-L,圓網(wǎng)伺服的控制采用CANopen工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與主控PLC的數(shù)據(jù)傳輸。導(dǎo)帶由主控PLC通過模擬量實(shí)現(xiàn)速度控制，完成進(jìn)步、烘房、出布。電機(jī)由同步控制器實(shí)現(xiàn)與主軸的同步控制。主控人機(jī)界面選用色彩絢麗、功能豐富的A系列10.4in超大屏幕觸控面板，通RS485與主控PLC進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與交換。

圓網(wǎng)采用具有網(wǎng)絡(luò)型、高解析度、高響應(yīng)的A2系列運(yùn)動控制型伺服獨(dú)立控制每色圓網(wǎng)。由于工藝要求12臺圓網(wǎng)與主軸同步，所以本系統(tǒng)采用A2伺服內(nèi)建電子凸輪功能和脈沖By-pass功能實(shí)現(xiàn)與主軸的同步控制。即主軸編碼器直接輸入12臺伺服，實(shí)現(xiàn)所有圓網(wǎng)與主軸導(dǎo)帶的同步。

臺達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用解決方案

1.臺達(dá)系統(tǒng)控制架構(gòu)

      本系統(tǒng)主要由臺達(dá)B系列高端HMI、網(wǎng)絡(luò)型PLC、變頻器以及智能型運(yùn)動控制伺服A2組成，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 臺達(dá)圓網(wǎng)系統(tǒng)控制架構(gòu)

2.圓網(wǎng)伺服架構(gòu)

    圓網(wǎng)印花機(jī)主機(jī)部分是整個(gè)機(jī)臺的核心工藝，工藝難點(diǎn)在于12軸圓網(wǎng)的同步控制?；谂_達(dá)ASDA-A2系列高性能伺服驅(qū)動器的圓網(wǎng)主機(jī)控制系統(tǒng)，憑借其內(nèi)置電子凸輪功能和強(qiáng)大的脈沖By-pass功能即可實(shí)現(xiàn)圓網(wǎng)的同步控制。運(yùn)動控制程序有A2伺服單獨(dú)完成，伺服與上位控制器之間采用CANopen網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)邏輯控制?？刂萍軜?gòu)如圖5所示。

圖5 圓網(wǎng)控制架構(gòu)

⑴圓網(wǎng)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主從關(guān)系計(jì)算：

導(dǎo)帶1mm對應(yīng)脈沖數(shù)(P1)：

P1:F×(N2/N1)/(d1+h)×∏

圓網(wǎng)1mm對應(yīng)脈沖數(shù)(P2) ：

P2=1280000×(P1-45/P1-44)×(n2/n1)/[D×(n3/n4)]

    圓網(wǎng)伺服凸輪曲線的建立，可以利用ASDA SOFT所提供的“手動建表”方式建造工藝所需曲線。由于凸輪軸解析度為1000000puu/rev,減速比為1∶10，故采用手動建表，曲線總脈沖數(shù)為1000000puu,將此位置脈沖平均分為10點(diǎn)。即P5-82=10，初步建立表格及曲線如圖6。

圖6 圓網(wǎng)伺服凸輪初步建立表格

凸輪曲線建立完成后，需設(shè)定主從之間的關(guān)系，所以必須計(jì)算主軸脈沖數(shù)P5-84。

由于從軸必須與主軸保持線速同步，即凸輪軸一趟的線距離必須與主軸相等。

從軸走一趟所對應(yīng)的距離L為：

L=D×(n3:n4)=640×(51/68)=480mm

對應(yīng)主軸的脈沖P為：

P=L×P1=480×58.85=28248pulse

將此值填入ASDA-SOFT軟件P5-84。

⑵圓網(wǎng)點(diǎn)動對花設(shè)計(jì)

圓網(wǎng)對花：即在機(jī)臺運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，對印花位置進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)償，此調(diào)整只能通過調(diào)整圓網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。如果花位超前，則需圓網(wǎng)減速，疊加負(fù)向偏差脈沖；如果花位滯后，則需圓網(wǎng)加速，疊加正向偏差脈沖。其工藝難點(diǎn)在于每次所疊加的速度和位置大小，因?yàn)閳A網(wǎng)壁厚度僅為0.2mm,如果每次所疊加的速度或位置過大或過小，都有可能發(fā)生“扭網(wǎng)”或“斷網(wǎng)”，而這兩種現(xiàn)象都是不允許出現(xiàn)的。

對花分為粗對花和細(xì)對花，粗對花又包含點(diǎn)動對花和連續(xù)粗對花。點(diǎn)動對花主要采用凸輪+PR重疊方式執(zhí)行，每次超前或滯后導(dǎo)帶0.3mm；由于客戶所要求印花精度為0.1mm，故細(xì)對花每次超前或滯后導(dǎo)帶0.1mm,對花由操作人員手動完成。利用伺服事件觸發(fā)(Event)PR程序，伺服PR規(guī)劃如圖7所示。

圖7 伺服PR規(guī)劃

3.HMI畫面程序設(shè)計(jì)

主控HMI主要用于數(shù)據(jù)的采集，設(shè)備數(shù)據(jù)和狀態(tài)的顯示，以及機(jī)臺控制按鈕操作。圓網(wǎng)HMI除了規(guī)劃基本機(jī)臺控制功能外，通過人機(jī)配方功能在系統(tǒng)增加規(guī)格記憶與調(diào)用功能，此功能可記憶歷史規(guī)格的套色數(shù)目、各色圓網(wǎng)的磁力大小、圓網(wǎng)尺寸、磁棒直徑等必要信息，用戶在下一做同等規(guī)格時(shí)，只需調(diào)用即可很方便地完成相關(guān)的設(shè)定。此功能在國產(chǎn)圓網(wǎng)系統(tǒng)為首次應(yīng)用。為了減輕PLC的負(fù)擔(dān)，對于規(guī)格參數(shù)的計(jì)算均采用HMI宏指令完成。（圖8）

圖8 HMI畫面程序設(shè)計(jì)

4.PLC程序設(shè)計(jì)

⑴網(wǎng)絡(luò)配置

對于DeviceNet和CANopenBuilder的配置，臺達(dá)提供人性化編輯軟件DeviceNetBuilder(圖9),運(yùn)用此軟軟可以簡單迅速地完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的地址映射和配置。

圖9 DeviceNetBuilder界面圖

⑵園網(wǎng)單動程序設(shè)計(jì)

工藝要求在導(dǎo)帶停止?fàn)顟B(tài)，即主編碼器無脈沖送出的情況下，被選中圓網(wǎng)依然可以保持其原有相位以3m/min的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，故此處利用CANopen網(wǎng)絡(luò)控制P5-07觸發(fā)PR#5以速度模式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，以達(dá)到同步控制。

啟動：寫入P5-07=K5，即觸發(fā)PR#5

停止：寫入P5-07=K6，即觸發(fā)PR#6

圖10 圓網(wǎng)動作程序

臺達(dá)圓網(wǎng)整體解決方案優(yōu)勢

1.整個(gè)控制系統(tǒng)采用CAN工業(yè)控制總線具有節(jié)省配線、降低成本、提高性能、方便維護(hù)等特點(diǎn)。

2. 圓網(wǎng)采用高性能運(yùn)動控制伺服，整個(gè)印花動作伺服單獨(dú)處理;1kHz響應(yīng)頻寬，獨(dú)有動態(tài)誤差修正，保證加減速過程無跑花。

3. 經(jīng)現(xiàn)場測試，臺達(dá)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)80～100m/min車速，印花精度≤0.1mm。

臺達(dá)圓網(wǎng)印花機(jī)整套集成系統(tǒng)解決方案的成功應(yīng)用，表明臺達(dá)對此類行業(yè)機(jī)械的工藝流程有了更加深入的了解，可以為更多的印染行業(yè)客戶提供低成本、高性能、最優(yōu)化的系統(tǒng)解決方案。