基于PC機和運動(dòng)控制器的開(kāi)放式纏繞機數控系統設計

　　引言

　　本文研制的纏繞機為臥式， 芯模水平放置。纏繞時(shí)， 芯模繞其主軸勻速轉動(dòng)， 小車(chē)電機拖動(dòng)小車(chē)沿芯模軸向往復運動(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， 達到制品的技術(shù)要求。

　　模塊化開(kāi)放式數控系統已成為當今數控技術(shù)的發(fā)展方向， 本文的纏繞控制系統采用嵌入式多任務(wù)運動(dòng)控制器實(shí)現主軸和小車(chē)的同步運動(dòng)控制和纏繞邏輯控制。

　　討論了基于 P C機和 T R I O運動(dòng)控制器的開(kāi)放式纏繞機數控系統的開(kāi)發(fā)玻璃鋼管纏繞機控制系統結構纏繞機由帶動(dòng)玻璃鋼管芯模旋轉的主軸、 對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等設備組成。臥式纏繞機纏繞工作時(shí)， 芯模繞其主軸勻速轉動(dòng)， 小車(chē)電機拖動(dòng)小車(chē)在工作臺上沿縱向往復運動(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)電機在往復運行時(shí)要根據工藝要求不斷進(jìn)行加減速， 而且小車(chē)和主軸負載隨著(zhù)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(xiàn)型異變和紗片搭接不良。纏繞機系統為一個(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， 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 ， 其運動(dòng)效果與兩個(gè)機械齒輪的嚙合運動(dòng)類(lèi)似。當前軸工作在電子齒輪模式下時(shí)， 需設定電子齒輪傳動(dòng)比， 當前軸將按照這個(gè)速度比值， 跟隨主動(dòng)軸運動(dòng)。主動(dòng)軸的運動(dòng)模式可以是任何一種運動(dòng)模式。當前軸運動(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。

　　該纏繞機控制系統結構

　　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(dòng)控制器通過(guò) R S一 2 3 2 串口實(shí)現通訊， 形成一個(gè)功能強大的開(kāi)放式運動(dòng)控制系統。工業(yè) P C機負責人機界面管理、 運動(dòng)狀態(tài)顯示、 遠程監控和工藝文件存儲等功能， 運動(dòng)控制器負責實(shí)時(shí)運動(dòng)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(kāi)放性。

　　纏繞機主軸電機是 7 . 5 k W 的三相交流異步電動(dòng)機， 用日本安川 I C I MR—G 7 A 4 7 p 5變頻器驅動(dòng)。對于主軸電機的速度， 本系統采用了抗負載變化能力較大的閉環(huán)控制方式。運動(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， 在運動(dòng)控制器開(kāi)環(huán)控制狀態(tài)下設置模擬量電壓輸出值實(shí)現變頻器速度控制。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(shí)現速度閉環(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(shí)現了由一個(gè)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(chē)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(dòng)， 按照纏繞規律以一定的響應速度和精度跟蹤主軸運動(dòng)。軸 0接口工作于伺服模式， 完成小車(chē)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(chē)同步運動(dòng)提供一個(gè)編碼器輸入。