基于嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器的纏繞機(jī)控制系統(tǒng)

引言
玻璃鋼管具有耐腐蝕 、 內(nèi)壁光滑、 流體阻力小、對(duì)輸送介質(zhì)無(wú)二次污染保溫性能好和工程造價(jià)低等諸多優(yōu)點(diǎn)， 使其成為傳統(tǒng)鋼管的最佳替代品， 在輸油輸水 、 化工和熱電工程 中得到廣泛應(yīng)用。據(jù)報(bào)導(dǎo)， 2 0 0 1 年西歐玻璃鋼管的市場(chǎng)需求量達(dá)到 6 . 7萬(wàn)噸， 且年增長(zhǎng)率在 1 0 ％以上， 世界上各大知名玻璃鋼管生產(chǎn)企業(yè)紛紛加強(qiáng)研發(fā)力量， 極大促進(jìn)了玻璃鋼管工業(yè)的發(fā)展。目前， 世界各國(guó)生產(chǎn)玻璃鋼管的主要方法是纖維纏繞成型法。纏繞機(jī)是纖維纏繞成型的關(guān)鍵設(shè)備， 工作時(shí)， 浸漬膠粘劑的纖維紗片通過(guò)纏繞機(jī)小車(chē)上的絲嘴按設(shè)計(jì)的線(xiàn)型有規(guī)律地鋪敷在芯模表面上形成纏繞層， 多層纏繞后形成端部帶有陰螺紋的纏繞構(gòu)件 。
　　本文研制的纏繞機(jī)為臥式， 芯模水平放置。纏繞時(shí)， 芯模繞其主軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)， 小車(chē)電機(jī)拖動(dòng)小車(chē)沿芯模軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 帶動(dòng)繞絲嘴按一定纏繞角度完成纖維在芯模上的纏繞鋪放， 達(dá)到制品的技術(shù)要求。
　　模塊化開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)已成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向， 本文的纏繞控制系統(tǒng)采用嵌入式多任務(wù)運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)主軸和小車(chē)的同步運(yùn)動(dòng)控制和纏繞邏輯控制。討論了基于 P C機(jī)和 T R I O運(yùn)動(dòng)控制器的開(kāi)放式纏繞機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)玻璃鋼管纏繞機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)纏繞機(jī)由帶動(dòng)玻璃鋼管芯模旋轉(zhuǎn)的主軸、 對(duì)芯模排布玻璃纖維的小車(chē)和樹(shù)脂以及固化劑供給系統(tǒng)等設(shè)備組成。臥式纏繞機(jī)纏繞工作時(shí)， 芯模繞其主軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)， 小車(chē)電機(jī)拖動(dòng)小車(chē)在工作臺(tái)上沿縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 帶動(dòng)繞絲嘴按一定纏繞角度完成纖維層在芯模上的纏繞鋪放工作。小車(chē)電機(jī)在往復(fù)運(yùn)行時(shí)要根據(jù)工藝要求不斷進(jìn)行加減速， 而且小車(chē)和主軸負(fù)載隨著纏繞膠量的變化而變化， 易造成導(dǎo)絲頭和芯模的相對(duì)位置的變化， 從而造成線(xiàn)型異變和紗片搭接不良。纏繞機(jī)系統(tǒng)為一個(gè)慣量變化很大的非線(xiàn)性時(shí)變位置同步隨動(dòng)控制系統(tǒng)， 因此， 采用基于電子齒輪的位置跟蹤控制方式以確保紗片搭接良好。電子齒輪模式實(shí)際上是一個(gè)多軸聯(lián)動(dòng)模式 ， 其運(yùn)動(dòng)效果與兩個(gè)機(jī)械齒輪的嚙合運(yùn)動(dòng)類(lèi)似。當(dāng)前軸工作在電子齒輪模式下時(shí)， 需設(shè)定電子齒輪傳動(dòng)比， 當(dāng)前軸將按照這個(gè)速度比值， 跟隨主動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)。主動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)模式可以是任何一種運(yùn)動(dòng)模式。當(dāng)前軸運(yùn)動(dòng)位移增量等于與之相聯(lián)系的主動(dòng)軸的位移增量乘以電子齒輪傳動(dòng)比。

該纏繞機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
如圖 I 所示。上位機(jī)采用臺(tái)灣研華 1 P C 6 1 0 機(jī)箱和 P c A一6 1 7 9主板， 它與英國(guó)伍o M o t i o n T e c h n o l o g y公司的M C 2 0 6 運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò) R S一 2 3 2 串口實(shí)現(xiàn)通訊， 形成一個(gè)功能強(qiáng)大的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。工業(yè) P C機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)界面管理、 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯示、 遠(yuǎn)程監(jiān)控和工藝文件存儲(chǔ)等功能， 運(yùn)動(dòng)控制器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制和邏輯控制， 該結(jié)構(gòu)支持軟件升級(jí)和功能擴(kuò)展， 具有上、 下兩級(jí)的開(kāi)放性。
　　纏繞機(jī)主軸電機(jī)是 7 . 5 k W 的三相交流異步電動(dòng)機(jī)， 用日本安川 I C I MR―G 7 A 4 7 p 5變頻器驅(qū)動(dòng)。對(duì)于主軸電機(jī)的速度， 本系統(tǒng)采用了抗負(fù)載變化能力較大的閉環(huán)控制方式。運(yùn)動(dòng)控制器軸 3 接口的模擬量輸出作為變頻器速度控制輸入信號(hào)， 在運(yùn)動(dòng)控制器開(kāi)環(huán)控制狀態(tài)下設(shè)置模擬量電壓輸出值實(shí)現(xiàn)變頻器速度控制。安裝于變速箱輸入軸上的一C WZ 1 X旋轉(zhuǎn)編碼器完成主軸轉(zhuǎn)角和速度的檢測(cè)。變頻器采用帶 P G矢量控制方式， P G―X 2速度卡把編碼器采樣的信號(hào)一路作為變頻器輸入實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制， 一路作為速度和位置信號(hào)輸入到控制器的編碼器接口4 ， 實(shí)現(xiàn)了由一個(gè)編碼器完成速度閉環(huán)控制和主軸轉(zhuǎn)角位置采樣的功能。小車(chē)采用安川 S G M G H一 4 4 A C A 6 1 伺服電機(jī)完成精確定位， 它沿玻璃鋼管軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 按照纏繞規(guī)律以一定的響應(yīng)速度和精度跟蹤主軸運(yùn)動(dòng)。軸 0接口工作于伺服模式， 完成小車(chē)伺服電機(jī)的閉環(huán)控制。主軸編碼器反饋接到 MC 2 0 6軸4接口， 作為參考編碼器的輸入軸， 為小車(chē)同步運(yùn)動(dòng)提供一個(gè)編碼器輸入。