杆织机完成经、纬纱线的交织需由提棕、引纬、打纬、送经、卷取等五大运动的有机配合以及其他辅助运动的配合，才能得以完成。另外还有断经自停、缺纬自停、纬纱补给（换梭）等由辅助机构控制的辅助运动。整个运行过程控制复杂，既要实现织机启动、停车、经停、纬停及自动寻纬等基本功能，同时系统又由送经电机、卷取电机、减速系统、伺服控制器、张力传感器及相关机构通过伺服控制器分别调节送经电机和卷取电机的转速，以维持织物所要求的纬密，并保证张力恒定。下图是剑杆织机控制系统框图
点击此处查看全部新闻图片
控制电路以PLC为核心，或以单片机代替。下面主要介绍一下和伺服系统密切相关的电子送经与电子卷取机构。电子送经机构由张力信号采集系统、信号处理和控制系统、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经面张力，PLC在平棕时检测张力反馈信号，信号经PLC内部处理后控制我们的伺服系统，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。下图为电子送经机构示意图。
点击此处查看全部新闻图片
电子卷取是根据织物要求的纬密，通过触摸屏输入织物纬密，有PLC控制伺服系统实现织物定量定速的卷取。采用伺服电机做动力，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，带动刺毛辊转动，对包覆在辊上的织物进行卷取，下图为电子卷取机构示意图。
整个织造工艺对伺服系统主要有三方面的要求，，起停要平稳，不能抖动，而且升速时间要短；因为在织机启动时，如果引纬和打纬已经进入正常工作状态，而送经电机还处于升速状态，没有达到正常运转速度，或者出现抖动，就会导致织物横档疵点的出现。这一点可以通过调节驱动器参数Pn013=400，Pn014=500，Pn015=40，Pn024=2000来解决；第二，为了保持经面张力的恒定，当织轴直径由大变小时，电机的速度应连续缓慢增加；第三，能在多尘埃、短纤维温湿度较高的环境中工作。通过在该厂商挠性剑杆织机上的应用效果看看，埃斯顿EDB伺服系统完全可以满足工况要求，而且运行稳定，至今还没有出现运行异常的报告。
该厂挠性剑杆织机在电子送经和电子卷取机构中使用的是同一型号的伺服系统（EDB-15PH-D08/EMH-15AN22-D08），而且两个驱动的接线和参数设置也相同，见下表：
值得说明的是，该厂在选型方面显得略微保守，留的余量较大。比上面型号低一功率级别的机型也能够正常使用。
当前国内众多剑杆织机制造商的伺服选择以进口品牌为主，在业内用户认可其产品质量的同时，也在承受着不小的成本压力。埃斯顿伺服在剑杆织机的成功应用坚定了埃斯顿公司做中国好伺服的信念，其优良的性价比必将得到更多织机厂商的信赖
本文针对纺织、印染、造纸等重点行业中经典的同步控制、恒张力控制的难点，结合台达机电产品自身的特点和优势设计了成熟、完善的同步控制和恒张力控制的方案，旨在解决长期困扰客户的核心技术难点。文章不仅对方案本身的控制原理做非常详细的分析和阐述，同时结合成功的应用案例进行说明。
在传统的电力拖动领域，同步控制、张力控制是非常经典的控制环节。同时因为控制对象、工艺要求及控制精度、效果的不同，存在相应的难点。同步控制广泛应用于纺织、印染、造纸等行业。因为上述行业的控制要求，出现了例如中达同步控制器这样的产品。但随着客户对设备技术含量和成本的要求，简单的利用同步控制器来实现同步控制已越来越不能满足客户的要求，用人机、PLC、变频器、伺服、直流调速等产品来实现精度更高的同步控制和恒张力控制已经是大势所趋。台达机电产品利用自身的特点及较高的性价比能够为客户提供成熟、完善的同步和张力控制的方案和系统。
经典的传统式同步控制及张力控制方案
1.系统控制原理
整个系统以图1 所示的1单元为主，1单元的速度为主给定乘以1通道的同步比例系数。即Out1=Kd1*Vo（其中Kd1为1通道同步比例系数，Vo为主给定）。 Out2=Kd2*Vo+Kf2*Vf2(Kd2为2通道同步比例系数，Kf2为2通道反馈比例系数，Vf2为通道2反馈信号)，同理 Out5=Kd5*Vo+Kf5*Vf5(Kd5为5通道同步比例系数，Kf5为5通道反馈比例系数，Vf5为通道5反馈信号)。这就是传统的同步控制系统。张力辊的同轴安装一个电位器，电源为+5V电源，当张力辊处于中间平衡位置时将电位器的输出调整为0V，当张力辊偏离平衡位置时，反馈信号即会有变化，变化的范围在+5V之间，这样反馈量乘以反馈系数，再加上同步比例系数乘以主给定，所得到的结果就是总输出。因此当张力辊偏离平衡位置时，相应的同步控制器的输出会减小或增大，自动调整变频器的频率，达到动态的平衡，使得张力辊始终在平衡位置附近轻微摆动，起到同步的效果。
张力控制通过张力传感器实时检测张力、通过张力控制器或PLC进行张力的PID运算，这种张力控制的实质是通过调整速差实现张力的动态恒定。
2.应用场合
图1所示的系统控制广泛地应用于纺织、印染、造纸等行业（染浆联合机、印染设备）。
3.缺点及不足
首先可以看出该系统同步属于开环控制，当负载变化较大的时候，电机的转差率会加大，相应张力辊会偏离平衡位置。相应电机的速度会发生变化，如果是对同步的要求非常严格的场合，可能会有一定的局限性。同时因为速度给定及反馈都是模拟量信号，而且对于生产线比较长，设备安装等不可预知的因素，可能会比较容易受到各种电气耦合的干扰，造成系统运转不稳定。
张力控制采用PID，由于积分的作用，如果积分增益调整得 不好，容易造成系统的振荡或响应的滞后。对于PID运算的各参数要求较高。但在要求不是非常高的场合，该系统还是比较稳定的，应用也比较广泛。
经典的硬同步及开环张力闭环矢量控制方案
1.硬同步控制原理
为了克服由于负载的变化造成电机转差率变大，电机特性曲线偏软的缺点，在每个单元的电机后加编码器反馈，并将编码器信号接入变频器，形成闭环矢量控制。这样电机的特性曲线会比较硬，能够有效避免负载小变化时转速及转矩的下降。达到硬同步控制的效果。所有单元变频器的频率给定方式是通过RS485，这样不仅省略了同步控制器，同时有效避免了电气耦合对模拟量信号的干扰。系统运行更加稳定而且成本也较低，控制效果也更好。
控制算法如下：速度同样以图2所示中的1单元为主，在人机上设定的一般为线速度，要将线速度转换成相应的频率。由于1单元与2单元之间在机械方面的差异、传送介质的打滑等因素的存在，势必决定了1单元变频器与2单元变频器的运行频率不可能完全一致，存在一定的系数关系。同理，2单元与3单元、3单元与4单元、4单元与5单元之间、5单元与6单元之间也存在不同的系数关系。依据如下的算法处理每两个单元之间的速度关系：
Vn=Kdn*Vn-1+Kfn*Vn-1
整个控制的核心及编程思想用图3来表示。
在调试时需要严格按照步骤进行：主速设定后，通过调整1单元的比例系数K（D530），将实际用速度表测出的线速度调整到与主速设定的一致，即完成了1单元的调试。同理，其他任意两单元之间的同步关系的调试也是同理。直到每两单元之间的同步系数全部确定下来为止。
2.开环张力闭环矢量控制原理以及在纺织行业应用的工艺要求
(1) 传统收卷装置的弊端?纺织机械如：浆纱机、浆染联合机、并轴机等设备都会有收卷的环节。传统的收卷都是采用机械传动，因为机械的同轴传动对于机械的磨损是非常严重的，据了解，用于同轴传动部分的机械平均寿命基本上是一年左右。而且经常要维护，维护的时候也是非常麻烦的,不仅浪费人力而且维护费用很高,给客户带来了很多的不便。尤其是纺织设备基本上是开机后不允许中途停车的，如发生意外情况需要停车会造成很大的浪费。在这种情况下，张力控制变频收卷开始逐渐取代传统的机械传动系统。
(2)张力控制变频收卷的工艺要求（见图4）
1)在收卷的整个过程中都保持恒定的张力。张力的单位为：牛顿或公斤力。
2)在启动小卷时，不能因为张力过大而断纱；大卷启动时不能松纱。
3)在加速、减速、停止的状态下也不能有上述情况出现。
4)要求将张力量化，即能设定张力的大小（力的单位），能显示实际卷径的大小。
(3)张力控制变频收卷的优点
1)张力在人机上设定，具有人性化的操作,单位为牛顿N。
2)使用**的控制算法:卷径的递归运算;空心卷径激活时张力的线性递加；张力锥度计算公式的应用；转矩补偿的动态调整等等。
3)卷径的实时计算，**度非常高，保证收卷电机输出转矩的平滑性能好。并且在计算卷径时加入了卷径的递归运算，在操作失误的时候，能自己纠正卷径到正确的数值。
4) 因为收卷装置的转动惯量是很大的，当卷径由小变大时，如果操作人员进行加速、减速、停车、再激活时很容易造成爆纱和松纱的现象，将直接导致纱的质量。而进行了变频收卷的改造后，在上述各种情况下，收卷都很稳定，张力始终恒定。而且经过PLC的处理，在特定的动态过程，加入一些动态的调整措施，使得收卷的性能更好。
5)在传统机械传动收卷的基础上改造成变频收卷，非常简便而且造价低，基本上不需对原有机械进行改造。改造周期小，只需两三天就能安装调试完成。
6)克服了机械收卷对机械磨损的弊端，延长机械的使用寿命，方便维护设备。
(4)变频收卷的控制原理及调试过程
1)卷径的计算原理?根据V1=V2（线速度）来计算收卷的卷径。因为V1=ω1*R1, V2=ω2*Rx（R1为测长辊的半径、Rx为收卷盘头的半径）。因为在相同的时间内由测长辊走过的纱的长度(L1、L2)与收卷收到的纱的长度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt èΔn1*C1=Δn2*C2/i(Δn1为单位时间内牵引电机运行的圈数、Δn2为单位时间内收卷电机运行的圈数、C1为测长辊的周长、C2为收卷盘头的周长、i为减速比) Δn1*π*D1=Δn2*π*D2/i， D2=Δn1*D1*i/Δn2,因为Δn2=ΔP2/P2(ΔP2为收卷编码器产生的脉冲数、P2为收卷编码器的线数、D1为测长辊直径、D2为收卷盘头卷径)。Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1,即测长辊转一圈，由霍尔开关产生一个信号接到PLC。那么D2=D1*i*P2/ΔP2,这样收卷盘头的卷径就得到了。
2)收卷的动态过程分析要能保证收卷过程的平稳性，不论是大卷、小卷、加速、减速、激活、停车都能保证张力的恒定。需要进行转矩的补偿。整个系统要激活起来，首先要克服静摩擦力所产生的转矩，简称静摩擦转矩，静摩擦转矩只在激活的瞬间起作用；正常运行时要克服滑动摩擦力产生的滑动摩擦转矩，滑动摩擦转矩在运行当中一直都存在，并且在低速、高速时的大小是不一样的。需要进行不同大小的补偿，系统在加速、减速、停车时为克服系统的惯量，也要进行相应的转矩补偿，补偿的量与运行的速度也有相应的比例关系。在不同车速的时候，补偿的系数是不同的。即加速转矩、减速转矩、停车转矩、激活转矩；克服了这些因素，还要克服负载转矩，通过计算出的实时卷径除以2再乘以设定的张力大小，经过减速比折算到电机轴。这样就分析出了收卷整个过程的转矩补偿的过程。总结:电机的输出转矩=静摩擦转矩(激活瞬间)+滑动摩擦转矩+负载转矩。在加速时还要加上加速转矩；在减速时要减去减速转矩。停车时,因为是通过程控减速至设定的低速,所以停车转矩的补偿同减速转矩的处理。
3)转矩的补偿标准
①静摩擦转矩的补偿:因为静摩擦转矩只在激活的瞬间存在，在系统激活后就消失了。因此静摩擦转矩的补偿是以计算后电机输出转矩乘以一定的百分比进行补偿。
②滑动摩擦转矩的补偿:滑动摩擦转矩的补偿在系统运行的整个过程中都是起作用的。补偿的大小以收卷电机的额定转矩为标准。补偿量的大小与运行的速度有关系。所以在程序中处理时，要分段进行补偿。
③加减速、停车转矩的补偿：以收卷电机的额定转矩为标准，相应的补偿系数应该比较稳定，变化不大。
4)计算当中的公式计算
① 已知空芯卷径Dmin=200mm,满卷卷径Dmax=1200mm;线速度的大值Vmax=90m/min,张力设定大值Fmax=50kg(约等于500N);减速比i=9;速度的限制如下:因为:V=π*D*n/i(V为线速度、D为卷径、n为转速，对于收卷电机)=>收卷电机在空芯卷径时的转速是快的，所以：90=3.14*0.2*n/9=>n=1290r/min。
②因为我们知道变频器工作在低频时,交流异步电机的特性不好,激活转矩低而且非线性，因此在收卷的整个过程中要尽量避免收卷电机工作在2Hz以下。因此收卷电机有个低速度的限制，计算如下:对于四极电机而言其同步转速为:n1=60f1/p=>n1=1500r/min（f1为额定频率、p为极对数、n1为同步转速）=>2Hz /50Hz=N/1500=>n=60r/min。当达到大卷径时,可以求出收卷整个过程中运行的低速：V=π*D*n/i=> Vmin=3.=25.12m/min。张力控制时,要对速度进行限制，否则会出现飞车，因此要限速。
③张力及转矩的计算如下:如果F*D/2=T/i（F为张力、D为卷径、T为转距、i为减速比），=>F=2*T*i/D对于22kW的交流电机,其额定转矩的计算如下:T=9550*P/n=>T=140N.m.（T为电机的额定转距、P为电机的额定功率、n为电机的额定转速）所以 Fmax=2*140*9/0.6=4200N。
5)调试过程
①先对电机进行自整定，将电机的定子电感、定子电阻等参数读入变频器。
②将编码器的信号接至变频器，并在变频器上设定编码器的线数。然后用面板给定频率和启停控制，观察显示的运行频率是否在设定频率的左右波动。因为运用死循环矢量控制时，运行频率总是在参考编码器反馈的速度，大限度接近设定频率，所以运行频率是在设定频率的附近振荡的。
③ 在程序中设定空芯卷径和大卷径的数值。通过前面卷径计算的公式算出电机尾部所加编码器产生的大脉冲量（P2）和低脉冲量 ( P2 )。通过算出的大脉冲量对收卷电机的速度进行限定，因为变频器用作张力控制时，如果不对高速进行限定，一旦出现断纱等情况，收卷电机就会发生飞车现象。低脉冲量是为了避免收卷变频器运行在2Hz以下，因为变频器在2Hz以下运行时，电机的转距特性很差，会出现抖动的现象。
④通过前面分析的整个收卷的动态过程，在不同卷径和不同运行速度的各个阶段，进行一定的转距补偿.补偿的大小，可以以电机额定转距的百分比来设定。
经典的伺服硬同步控制方案
对于同步要求精度非常高的场合，如喷涂、印刷、包装等设备上经常会遇到高精度的同步控制。这种场合由于精度非常高，因此普通的调速系统满足不了要求，只能通过伺服系统来实现。利用伺服驱动上提供的PG分周比输出A、B、Z端子， OA、/OA、OB、/OB、OZ、/OZ即为分频脉冲输出端子。可以将该输出端子接到第二台伺服驱动的SIGN、/SIGN、PULSE、/PULSE 输入端子。端子图如图5所示。
图5 输入端子图
如果同步单元超过两个单元，则同理类推，可以将第二台伺服驱动的PG分周输出端子接到第三单元的脉冲输入端子，图6为示意图。
值得注意的是分频输出为差动型，如果选用PLC作为主给定源，则需要能够支持差动输出的PLC，台达的DVP-32EH00T-M支持差动脉冲输入和输出。将伺服驱动上1-44、1-45、1-46按照要求进行设定，即能完成的硬同步控制。成功案例：玻璃纤维折纸机、木地板抛光套色等。
经典的同步切方案（即伺服追变频）
1.控制要求
变频拖动电机带传送带向右移动，传送带上有需要定长切的材料，电机后加编码器，编码器的A/B相脉冲接V系列变频器构成闭环矢量控制，保证电机特性曲线的硬度，另外将A/B相脉冲接进PLC高速计数。同时将A相脉冲接PLC的Y1触点连接的继电器的常开触点。PLC的脉冲输出触点Y0接继电器的常闭触点。工艺要求如下所述：变频拖动传送带输送要被裁切的材料，伺服拖动滚刀连续运转，当到达设定的要裁切的长度时，正好保证滚刀运行至低点，将材料切断(图 7)。
2.控制原理
设定需要裁切的长度可以转换成脉冲数。启动时，Y1没有输出，即伺服是通过PLC的Y0触点发脉冲来驱动，这时让滚刀快速运转到图7中的A位置，这时通过 PLC的高速计数值与定长转换后的脉冲数相差很小时，假设滚刀接收到10000个脉冲转一圈。定长转换后的脉冲数为5000个脉冲，则启动时，通过PLC 发脉冲快速让滚刀运行9000个脉冲停在A位置做等待，当高速计数为4000时，开中断让Y1输出，这时伺服由编码器驱动，同时剩余1000个脉冲由同样的频率走完1000个脉冲，达到同步切的效果