现场总线技术随着计算机技术、网络通信技术及微电子技术的发展而飞速发展，推动整个自动化控制向更高层次发展。本文所介绍的系统充分发挥伺服控制器和现场总线技术的特点，准确、灵活地控制高速针梳机。
FB621型针梳联合机集机、电、气、仪于一身，具有高速、大卷装、人机对话友好、出条工艺弹性化等特点，是一台自动化程度非常高的新机型。
1 全机技术要求
该机传动装置分别由2台电动机、同步带轮等组成。主伺服电动机动力经同步带轮传动到变速箱，由变速箱通过同步带轮和链轮分别传至自调匀整机构与并条机构。伺服电动机的动力经同步带轮传送至针梳、牵伸部件后又经同步带轮传送至成卷、推卷部件。自调匀整装置检测的毛条粗细变化量经信号放大装置放大后，再经PLC处理，可实时改变从动伺服电动机的工作频率。
本机对控制系统的基本要求：
由于本机采用2台电动机驱动，所以在启动和停车时必须保证2台电动机按照给定的牵伸比严格同步；牵伸比可以根据需要随时调节；在自动匀整时，传感器检测的信号必须经过检测点到牵伸区的延迟距离后再经过处理送到伺服控制器改变速度；前段电动机的响应速度必须非常快，以便保证匀整度；保护装置必须灵敏可靠地保证系统的安全运行以及故障时显示故障原因及故障位置。
FB621型针梳机具有断条、报警、满桶、针辊失速和堵辊等自停功能，通过触摸显示屏，可以实时监控针梳机的运行状态，以及当前定长、条速、产量、针辊速度等工艺参数的显示。也可以通过触摸屏进行工艺参数的设定，包括工作班次的设定、针辊速度的预设、每米条重设定、满桶报警和预报警长度的设定以及对各班产量清零等操作。主电动机速度也通过触摸屏设定后传到主伺服控制器控制主电动机。
而主电动机速度的微小变化是通过电位器检测，再通过信号放大装置放大后送人PLC，然后采用PLC的自由口通讯模式与从电动机伺服控制器通讯来控制从电动机伺服控制器运行频率及其动作逻辑。
2 硬件配置
B621供电接线控制框图如图1所示。
FB621由2台伺服电动机驱动，采用2台相应的伦茨9300标准型伺服控制器控制，主控单元采用西门子S7—314控制2台伺服控制器。S7—314PLC作为系统主站，2台伦茨9300伺服控制器作为从站，人机界面采用带RS485通讯VI的Easyview触摸屏。通过人机界面设定工艺参数，并将工艺参数成组地存储在PLC的用户数据区内，并且随时可以调用这些参数。伦茨9300伺服控制器连接旋转变压器作为反馈方式，无须参数调整。伦茨9300伺服控制器可监控旋转变压器及其供电电缆的开路故障（故障指示sd2）。旋转变压器接线如图2所示。
在发电模式下，若9300伺服控制器的直流母线电压超过C0173代码下设定的门限（监控功能“OU”有效），则必须接入制动单元。制动单元可将电动机动能转化为热能消耗掉，避免运行过程中“OU”故障，保证IX；母线电压低于门限值。
9300系列伺服控制器分辨率为0.01 Hz，可使电动机的转速精确到0．3 r／min，从而使牵伸倍数和卷绕张力的误差控制在0．2％以内。
后段伺服控制器由PLC直接控制，伺服控制器由变频器模拟量输出（模拟量为实际频率输出）与PLC输出的牵伸比的乘积控制，计算由伺服控制器完成。数字频率级联式从动接线图如图3所示。
根据设计要求，综合机器的先进性、可靠性和成本因素，硬件采用了以下配置：
控制系统需要2个脉冲计数器分别对刺辊转速和出条速度进行高速计数，它们共占用CPU314的10．6和I1．2 2个输入点，加上其他限位开关输入共需17个输入点，输出点共需10个。同时，触摸屏和伺服控制器与PLC通讯各需1个通讯口，PLC控制系统选用CPU314。
图4所示为电气控制系统构成简图。
控制核心选用西门子S7—314CPU型PLC及EM232模拟输出模块，由于CPU314具有2组通讯口，因此PLC与触摸屏、伺服控制器三者之间实现通讯网络可简化硬件结构，节约成本，充分保证系统的可靠运行。
3 软件的编制
3．1 系统上电初始化
系统上电后，在PLC第1个扫描周期内分别对工作参数、时钟中断1、高速计数器HC1（针辊测速计数）和HC2（定长计数）及对通讯断VI portl和通讯收发用的数据缓冲器参数进行初始化。
3．2 工作参数的设定
在触摸屏的工作参数设定画面里进行工作班次、针辊预设速度、满桶定长、定长预报警和每米条重等参数的输入设定，上述参数存人PLC相应的数据寄存器。
3．3 针辊速度、出条速度等工艺参数的检测和计算
针辊测速脉冲和定长计数脉冲分别由高速计数器HC1和HC2进行计数，同时，当250 ins时钟中断1每产生4次中断（即250 ins×4=1 S）时，在中断程序中读取HC1和HC2的计数值后，即可计算刺辊速度和出条速度参数。同时，在PLC每个扫描周期中，根据高速计数器HC1和HC2的值，即可计算出条长度、产量等工作参数并在显示屏上显示。由于CPU314PLC具有浮点运算功能，因而计算结果和控制具有很高的精度。
3．4 PLC与伺服控制器的通讯
PLC与伺服控制器采用自由通讯模式通讯，控制伺服控制器运行频率及其动作逻辑。该功能由发送控制命令字符串子程序和接收字符中断程序完成，在PLC发送控制命令字符串通讯时，均回读控制器状态，以检查通讯发送是否正确完成；在发生通讯出错时，系统可以有3次通讯重试次数，从而确保系统安全与可靠的运行。
4 解决系统调试中的难点
利用伦茨公司的Global Drive Control软件进行调试及监控。该软件是基于WINOOWs平台的调试、诊断软件，驱动器的所有参数都具有表格化、图形化提示，可以更新处理及打印参数设置，也可以处理过程数据及进行诊断操作，也可以实现离线或在线操作，这些也可以在通讯条件下进行。
利用Global Drive Control软件对伺服控制器进行参数整定。先采用静态整定的方法，自动测定主电动机，为的是确定转子和定子阻抗的实际值，自动进行优化计算；再用先动态整定的方法，激活转矩控制，这是由加速转矩的计算，根据转速给定变化调整转矩控制，设定速度控制电路的动态响应的功能参数作用，并进行系统的优化控制。
在调试时，随主机速度的提高，需要从机响应速度提高，快速准确达到同步，所以需要调整速度环的增益参数。速度环的作用是产生电动机的速度指令并准确跟踪。通过设定的目标与电动机的实际速度相比较，利用其偏差通过速度调节器来产生电动机的速度指令，在大偏差区域，应产生最大速度指令，使电动机加速并以最大速度恒速运行，在小偏差区域，产生逐次递减的速度指令，使电动机减速运行跟踪主电动机。因为9300伺服控制器适合控制循环周期短而且高精度、高动态响应的控制系统。这种控制器是智能控制系统的一部分，它能实现机动、灵活和高效的驱动控制，其性能超过同类系统。
5 结语
此系统经实践证明对速度的控制非常准确可靠。充分说明了在高速系统中用伺服系统准确地控制速度，对控制同类设备有借鉴意义。
由于FB621高速针梳机采用触摸屏为人机界面，西门子S7—300可编程控制器为控制系统，系统具有操作简单，控制可靠，性能价格比高的优点，现已批量投产进入市场，满足了用户需求，具有很强的市场竞争力。
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