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(jù)報導，2001年西歐玻璃鋼管的市場需求量達到6到7萬噸，且年增長率在10%以上，世界上各大知名玻璃鋼管生產(chǎn)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(chǎn)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(shù)控系統(tǒng)已成為當今數(shù)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PC機和COMI-LX運動控制器的開放式纏繞機數(shù)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(jù)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。

　　如圖1所示。上位機采用臺灣研華1PC610機箱和PcA一6179主板，它與韓國COMIZOA公司的MCOMI-LX運動控制器通過RS一232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)PC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7.5kW的三相交流伺服異步電動機，用博瑋BWS伺服驅動器驅動。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伺服驅動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CWZ1X旋轉編碼器完成主軸轉角和速度的檢測。伺服驅動器采用帶PG矢量控制方式，PG;X2速度卡把編碼器采樣的信號一路作為伺服驅動器輸入實現(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。小車采用博瑋BWS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MC206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。

纏繞機控制系統(tǒng)軟件設計

　　纏繞機控制系統(tǒng)上位機程序采用Microsoft公司的VC++6.0基于Windows2000平臺開發(fā)，完成工藝文件設置和管理、遠程監(jiān)控和機床運行狀態(tài)顯示等功能。工控機和MC206通過串口基于MODBUS協(xié)議完成工藝參數(shù)下載和機床狀態(tài)參數(shù)上傳顯示。

　　通訊采用主從方式的查詢機制，系統(tǒng)將工控機設為主站，MC206設為從站，只有主站發(fā)出查詢時，從站才能給出響應，從站不能主動發(fā)送數(shù)據(jù)。工作時工人選定待纏繞管件型號并將工藝文件下載后，進入纏繞加工狀態(tài)，此時所有運動和邏輯控制由完成，從站僅響應主站的查詢并上傳狀態(tài)數(shù)據(jù)。即使工控機由于某種原因出現(xiàn)故障或死機，也不會影響當前管道的纏繞加工。從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制的實時性。

　　運動控制程序采用TrioBASIC多任務語言編制。通過運行在PC機上的MotionPerfect軟件將編制好的運動控制程序下載到MC206內即可脫機運行。TrioBASIC語言有三種不同類型的存儲變量：命名變量、VR（）變量和TABLE區(qū)變量。命名變量是局部變量，僅在定義它的任務內有效。

　　變量是可被多個任務共享的全局變量，它可用于任務間通訊；TABLE區(qū)通常是用于存儲CAM／指令曲線的存儲區(qū)，本程序用于存儲纏繞管道型號的工藝文件。運行的用戶程序被稱為線程或任務。

　　對于復雜的多任務程序應為線程分配優(yōu)先級，控制器缺省的伺服周期是lms，該周期在內部被分成三個時間片，每個時間片為1/3ms，它們在內部分別被用來處理伺服功能，通訊和通常的housekee任務。在每個時間片內剩余的時間被用于運行用戶程序。MC206最多可運行7個用戶線程，每個線程用從l到7的數(shù)字標號，最高標號的線程（線程7和6）被分配固定的時間片，它們被稱為快速任務，主要用于有以下要求的任務：要在每個伺服周期都要進行處理的任務；具有大量的運算和處理的任務；任務啟動后程序執(zhí)行速度不能改變的任務。5g-線程被稱為慢速任務，它們具有共同的優(yōu)先級，程序執(zhí)行速度會隨任務的增加而降低。用戶可以使用指令啟動任務使其按指定的優(yōu)先級運行。

　　在上位機軟件MotionPerfect中打開一個Terminal窗口可以設置一個CommandLine端口，它始終使用0號任務，用于從上位機輸入指令并立即運行。該纏繞機控制軟件中共建立了四個任務，其中任務7用于纏繞機電機運動控制和機床邏輯控制，任務6用于管理機床與纏繞相關的I/O信號和主軸轉速控制，任務2完成串口通訊功能，任務1實現(xiàn)輸膠控制?？刂瞥绦虻娜蝿展δ芎蛨?zhí)行時間分配如圖2所示。其中任務7和6的優(yōu)先級最高，每個伺服周期（1Ins）都分配時間片，任務1，2和/L）優(yōu)先級相同，在每個伺服周期輪流為其分配時間片。纏繞程序任務功能和執(zhí)行時間的分配如圖2所示。

　　纏繞機加工控制工作狀態(tài)分為手動、半自動和自動三種狀態(tài)。手動狀態(tài)用于單獨控制芯模和小車的運動。半自動狀態(tài)下芯模和小車協(xié)調運動進行環(huán)向纏繞，纏繞的長度由工人控制。自動工作狀態(tài)下可按工藝文件設定參數(shù)實現(xiàn)環(huán)向和螺旋自動纏繞。此外控制程序還具有零點校正、自動零點、斷點纏繞和纏繞過程人工干預等功能。

結束語

　　該纏繞機數(shù)控系統(tǒng)結合了工業(yè)PC機和嵌入式運動控制器的優(yōu)點，充分利用了COMI-LX運動控制器的電子齒輪功能。系統(tǒng)可以根據(jù)工藝要求進行自動纏繞，并具有系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示、遠程通訊、故障診斷與報警和反向間隙補償?shù)裙δ堋Ｔ摾p繞機紗片寬度在80～220mm之間任意調節(jié)，可滿足不同管徑管道的纏繞要求。最高出紗速度可達Mm／min，芯模轉角分辨率為0。018。小車軌跡控制誤差小于0毫米，整機響應速度快，性能穩(wěn)定，操作簡單。該系統(tǒng)已經(jīng)應用于大慶竹田復合材料有限公司，實踐證明該系統(tǒng)對提高玻璃鋼管纏繞成型工藝的技術水平、自動化程度和管道質量具有非常重要的作用，并縮短了管道的開發(fā)周期，減少了工作人員的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。