基于嵌入式運動控制器的纏繞機控制系統(tǒng)

引言
玻璃鋼管具有耐腐蝕 、 內壁光滑、 流體阻力小、對輸送介質無二次污染保溫性能好和工程造價低等諸多優(yōu)點， 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 中得到廣泛應用。據報導， 2 0 0 1 年西歐玻璃鋼管的市場需求量達到 6 . 7萬噸， 且年增長率在 1 0 ％以上， 世界上各大知名玻璃鋼管生產企業(yè)紛紛加強研發(fā)力量， 極大促進了玻璃鋼管工業(yè)的發(fā)展。目前， 世界各國生產玻璃鋼管的主要方法是纖維纏繞成型法。纏繞機是纖維纏繞成型的關鍵設備， 工作時， 浸漬膠粘劑的纖維紗片通過纏繞機小車上的絲嘴按設計的線型有規(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件 。
　　本文研制的纏繞機為臥式， 芯模水平放置。纏繞時， 芯模繞其主軸勻速轉動， 小車電機拖動小車沿芯模軸向往復運動， 帶動繞絲嘴按一定纏繞角度完成纖維在芯模上的纏繞鋪放， 達到制品的技術要求。
　　模塊化開放式數控系統(tǒng)已成為當今數控技術的發(fā)展方向， 本文的纏繞控制系統(tǒng)采用嵌入式多任務運動控制器實現(xiàn)主軸和小車的同步運動控制和纏繞邏輯控制。討論了基于 P C機和 T R I O運動控制器的開放式纏繞機數控系統(tǒng)的開發(fā)玻璃鋼管纏繞機控制系統(tǒng)結構纏繞機由帶動玻璃鋼管芯模旋轉的主軸、 對芯模排布玻璃纖維的小車和樹脂以及固化劑供給系統(tǒng)等設備組成。臥式纏繞機纏繞工作時， 芯模繞其主軸勻速轉動， 小車電機拖動小車在工作臺上沿縱向往復運動， 帶動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。小車電機在往復運行時要根據工藝要求不斷進行加減速， 而且小車和主軸負載隨著纏繞膠量的變化而變化， 易造成導絲頭和芯模的相對位置的變化， 從而造成線型異變和紗片搭接不良。纏繞機系統(tǒng)為一個慣量變化很大的非線性時變位置同步隨動控制系統(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。電子齒輪模式實際上是一個多軸聯(lián)動模式 ， 其運動效果與兩個機械齒輪的嚙合運動類似。當前軸工作在電子齒輪模式下時， 需設定電子齒輪傳動比， 當前軸將按照這個速度比值， 跟隨主動軸運動。主動軸的運動模式可以是任何一種運動模式。當前軸運動位移增量等于與之相聯(lián)系的主動軸的位移增量乘以電子齒輪傳動比。

該纏繞機控制系統(tǒng)結構
如圖 I 所示。上位機采用臺灣研華 1 P C 6 1 0 機箱和 P c A一6 1 7 9主板， 它與英國伍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 運動控制器通過 R S一 2 3 2 串口實現(xiàn)通訊， 形成一個功能強大的開放式運動控制系統(tǒng)。工業(yè) P C機負責人機界面管理、 運動狀態(tài)顯示、 遠程監(jiān)控和工藝文件存儲等功能， 運動控制器負責實時運動控制和邏輯控制， 該結構支持軟件升級和功能擴展， 具有上、 下兩級的開放性。
　　纏繞機主軸電機是 7 . 5 k W 的三相交流異步電動機， 用日本安川 I C I MR―G 7 A 4 7 p 5變頻器驅動。對于主軸電機的速度， 本系統(tǒng)采用了抗負載變化能力較大的閉環(huán)控制方式。運動控制器軸 3 接口的模擬量輸出作為變頻器速度控制輸入信號， 在運動控制器開環(huán)控制狀態(tài)下設置模擬量電壓輸出值實現(xiàn)變頻器速度控制。安裝于變速箱輸入軸上的一C WZ 1 X旋轉編碼器完成主軸轉角和速度的檢測。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一路作為變頻器輸入實現(xiàn)速度閉環(huán)控制， 一路作為速度和位置信號輸入到控制器的編碼器接口4 ， 實現(xiàn)了由一個編碼器完成速度閉環(huán)控制和主軸轉角位置采樣的功能。小車采用安川 S G M G H一 4 4 A C A 6 1 伺服電機完成精確定位， 它沿玻璃鋼管軸向往復運動， 按照纏繞規(guī)律以一定的響應速度和精度跟蹤主軸運動。軸 0接口工作于伺服模式， 完成小車伺服電機的閉環(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， 為小車同步運動提供一個編碼器輸入。