摘要：本文主要介紹基于臺達自動化產品的圓網印花機整體系統(tǒng)解決方案。臺達圓網印花機整體系統(tǒng)解決方案，主要通過工業(yè)控制網絡DeviceNet實現(xiàn)各色系的I/O控制；通過CANopen實現(xiàn)伺服數(shù)據的讀寫；同時通過獨有的脈沖By-Pass功能實現(xiàn)12色伺服的同步控制。經現(xiàn)場實際生產驗證，臺達完善的工業(yè)控制網絡，尤其是伺服內建獨特動態(tài)誤差修正功能可保證劇烈加減速不跑花。此系統(tǒng)方案的成功應用，有效地推動了國內圓網印花機的性能提升。

關鍵詞：同步控制 相位調整 對花 電子凸輪 糾偏 DeviceNet  CANopen

圓網印花機簡介

1.圓網印花機原理

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

      圓網印花機按圓網排列方式可分為：立式、臥式和放射式三種，其中使用最普遍的是臥式圓網印花機。圓網印花機與其他設備組成聯(lián)合機使用，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 圓網印花機外觀

2.印花園網規(guī)格參數(shù)：

印花圓網是在涂布感光膠的鎳網上通過照相制網獲得的。如圖2所示。

圓網周長(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 圓網外形圖

3.圓網印花機主要裝置功能

⑴進布裝置：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入到導帶的準確位置上。

⑵印花導帶：起作用在于將織物向前導送。

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

l         縱向調整：在印花過程中，通過圓網傳動電機的差動，對圓網進行縱向調整；

l         橫向調整：由一個對花電機帶動減速機通過偏心塊拖動網架，作橫向調整；

l         斜向對角調整：由另一個對花電機帶動減速機通過偏心塊拖動網架，作斜向調整。

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

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?shù)膹埩暮娓刹糠炙统?，進入布箱。

4.設備工藝流程

圓網印花機主要工作流程，如圖3所示。

控制系統(tǒng)設計原理

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，每個色系均采用單獨的PLC進行I/O點的控制。由于每個色系有1個INPUT和5個OUTPUT,故選用DVP-14SS PLC，12個色系子PLC通過臺達現(xiàn)場總線DeviceNet與主控PLC進行通訊。由于系統(tǒng)I/O點較多，且采用網絡控制，所以主控PLC選用DVP32EH-L,圓網伺服的控制采用CANopen工業(yè)控制網絡，實現(xiàn)與主控PLC的數(shù)據傳輸。導帶由主控PLC通過模擬量實現(xiàn)速度控制，完成進步、烘房、出布。電機由同步控制器實現(xiàn)與主軸的同步控制。主控人機界面選用色彩絢麗、功能豐富的A系列10.4in超大屏幕觸控面板，通RS485與主控PLC進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據的采集與交換。

圓網采用具有網絡型、高解析度、高響應的A2系列運動控制型伺服獨立控制每色圓網。由于工藝要求12臺圓網與主軸同步，所以本系統(tǒng)采用A2伺服內建電子凸輪功能和脈沖By-pass功能實現(xiàn)與主軸的同步控制。即主軸編碼器直接輸入12臺伺服，實現(xiàn)所有圓網與主軸導帶的同步。

臺達系統(tǒng)應用解決方案

1.臺達系統(tǒng)控制架構

本系統(tǒng)主要由臺達B系列高端HMI、網絡型PLC、變頻器以及智能型運動控制伺服A2組成，其系統(tǒng)架構如圖4所示。

2.圓網伺服架構

圓網印花機主機部分是整個機臺的核心工藝，工藝難點在于12軸圓網的同步控制?；谂_達ASDA-A2系列高性能伺服驅動器的圓網主機控制系統(tǒng)，憑借其內置電子凸輪功能和強大的脈沖By-pass功能即可實現(xiàn)圓網的同步控制。運動控制程序有A2伺服單獨完成，伺服與上位控制器之間采用CANopen網絡通訊，實現(xiàn)邏輯控制?？刂萍軜嬋鐖D5所示。

3.圓網印花機主要裝置功能

⑴進布裝置：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入到導帶的準確位置上。

⑵印花導帶：起作用在于將織物向前導送。

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

l         縱向調整：在印花過程中，通過圓網傳動電機的差動，對圓網進行縱向調整；

l         橫向調整：由一個對花電機帶動減速機通過偏心塊拖動網架，作橫向調整；

l         斜向對角調整：由另一個對花電機帶動減速機通過偏心塊拖動網架，作斜向調整。

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

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?shù)膹埩暮娓刹糠炙统觯M入布箱。

4.設備工藝流程

圓網印花機主要工作流程，如圖3所示。

圖3 圓網設備工藝流程

控制系統(tǒng)設計原理

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，每個色系均采用單獨的PLC進行I/O點的控制。由于每個色系有1個INPUT和5個OUTPUT,故選用DVP-14SS PLC，12個色系子PLC通過臺達現(xiàn)場總線DeviceNet與主控PLC進行通訊。由于系統(tǒng)I/O點較多，且采用網絡控制，所以主控PLC選用DVP32EH-L,圓網伺服的控制采用CANopen工業(yè)控制網絡，實現(xiàn)與主控PLC的數(shù)據傳輸。導帶由主控PLC通過模擬量實現(xiàn)速度控制，完成進步、烘房、出布。電機由同步控制器實現(xiàn)與主軸的同步控制。主控人機界面選用色彩絢麗、功能豐富的A系列10.4in超大屏幕觸控面板，通RS485與主控PLC進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據的采集與交換。

圓網采用具有網絡型、高解析度、高響應的A2系列運動控制型伺服獨立控制每色圓網。由于工藝要求12臺圓網與主軸同步，所以本系統(tǒng)采用A2伺服內建電子凸輪功能和脈沖By-pass功能實現(xiàn)與主軸的同步控制。即主軸編碼器直接輸入12臺伺服，實現(xiàn)所有圓網與主軸導帶的同步。

臺達系統(tǒng)應用解決方案

1.臺達系統(tǒng)控制架構

      本系統(tǒng)主要由臺達B系列高端HMI、網絡型PLC、變頻器以及智能型運動控制伺服A2組成，其系統(tǒng)架構如圖4所示。

圖4 臺達圓網系統(tǒng)控制架構

2.圓網伺服架構

    圓網印花機主機部分是整個機臺的核心工藝，工藝難點在于12軸圓網的同步控制?；谂_達ASDA-A2系列高性能伺服驅動器的圓網主機控制系統(tǒng)，憑借其內置電子凸輪功能和強大的脈沖By-pass功能即可實現(xiàn)圓網的同步控制。運動控制程序有A2伺服單獨完成，伺服與上位控制器之間采用CANopen網絡通訊，實現(xiàn)邏輯控制?？刂萍軜嬋鐖D5所示。

圖5 圓網控制架構

⑴圓網伺服系統(tǒng)設計

主從關系計算：

導帶1mm對應脈沖數(shù)(P1)：

P1:F×(N2/N1)/(d1+h)×∏

圓網1mm對應脈沖數(shù)(P2) ：

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

    圓網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。即P5-82=10，初步建立表格及曲線如圖6。

圖6 圓網伺服凸輪初步建立表格

凸輪曲線建立完成后，需設定主從之間的關系，所以必須計算主軸脈沖數(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。

從軸走一趟所對應的距離L為：

L=D×(n3:n4)=640×(51/68)=480mm

對應主軸的脈沖P為：

P=L×P1=480×58.85=28248pulse

將此值填入ASDA-SOFT軟件P5-84。

⑵圓網點動對花設計

圓網對花：即在機臺運轉情況下，對印花位置進行調整補償，此調整只能通過調整圓網來實現(xiàn)。如果花位超前，則需圓網減速，疊加負向偏差脈沖；如果花位滯后，則需圓網加速，疊加正向偏差脈沖。其工藝難點在于每次所疊加的速度和位置大小，因為圓網壁厚度僅為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”或“斷網”，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對花，粗對花又包含點動對花和連續(xù)粗對花。點動對花主要采用凸輪+PR重疊方式執(zhí)行，每次超前或滯后導帶0.3mm；由于客戶所要求印花精度為0.1mm，故細對花每次超前或滯后導帶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畫面程序設計

主控HMI主要用于數(shù)據的采集，設備數(shù)據和狀態(tài)的顯示，以及機臺控制按鈕操作。圓網HMI除了規(guī)劃基本機臺控制功能外，通過人機配方功能在系統(tǒng)增加規(guī)格記憶與調用功能，此功能可記憶歷史規(guī)格的套色數(shù)目、各色圓網的磁力大小、圓網尺寸、磁棒直徑等必要信息，用戶在下一做同等規(guī)格時，只需調用即可很方便地完成相關的設定。此功能在國產圓網系統(tǒng)為首次應用。為了減輕PLC的負擔，對于規(guī)格參數(shù)的計算均采用HMI宏指令完成。（圖8）

圖8 HMI畫面程序設計

4.PLC程序設計

⑴網絡配置

對于DeviceNet和CANopenBuilder的配置，臺達提供人性化編輯軟件DeviceNetBuilder(圖9),運用此軟軟可以簡單迅速地完成整個網絡的地址映射和配置。

圖9 DeviceNetBuilder界面圖

⑵園網單動程序設計

工藝要求在導帶停止狀態(tài)，即主編碼器無脈沖送出的情況下，被選中圓網依然可以保持其原有相位以3m/min的速度運轉，故此處利用CANopen網絡控制P5-07觸發(fā)PR#5以速度模式進行運轉，以達到同步控制。

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 圓網動作程序

臺達圓網整體解決方案優(yōu)勢

1.整個控制系統(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、方便維護等特點。

2. 圓網采用高性能運動控制伺服，整個印花動作伺服單獨處理;1kHz響應頻寬，獨有動態(tài)誤差修正，保證加減速過程無跑花。

3. 經現(xiàn)場測試，臺達控制系統(tǒng)可實現(xiàn)80～100m/min車速，印花精度≤0.1mm。

臺達圓網印花機整套集成系統(tǒng)解決方案的成功應用，表明臺達對此類行業(yè)機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。