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引言
玻璃鋼管具有耐腐蝕、內壁光滑、流體阻力小、對輸送介質無二次汙染保溫性能好和工程造價低等諸多優點，使其成為傳統鋼管的最佳替代品，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yi上shang，世shi界jie上shang各ge大da知zhi名ming玻bo璃li鋼gang管guan生sheng產chan企qi業ye紛fen紛fen加jia強qiang研yan發fa力li量liang，極ji大da促cu進jin了le玻bo璃li鋼gang管guan工gong業ye的de發fa展zhan。目mu前qian，世shi界jie各ge國guo生sheng產chan玻bo璃li鋼gang管guan的de主zhu要yao方fang法fa是shi纖xian維wei纏chan繞rao成cheng型xing法fa。纏chan繞rao機ji是shi纖xian維wei纏chan繞rao成cheng型xing的de關guan鍵jian設she備bei，工gong作zuo時shi，浸jin漬zi膠jiao粘zhan劑ji的de纖xian維wei紗sha片pian通tong過guo纏chan繞rao機ji小xiao車che上shang的de絲si嘴zui按an設she計ji的de線xian型xing有you規gui律lv地di鋪pu敷fu在zai芯xin模mo表biao麵mian上shang形xing成cheng纏chan繞rao層ceng，多duo層ceng纏chan繞rao後hou形xing成cheng端duan部bu帶dai有you陰yin螺luo紋wen的de纏chan繞rao構gou件jian 。
本(ben)文(wen)研(yan)製(zhi)的(de)纏(chan)繞(rao)機(ji)為(wei)臥(wo)式(shi)，芯(xin)模(mo)水(shui)平(ping)放(fang)置(zhi)。纏(chan)繞(rao)時(shi)，芯(xin)模(mo)繞(rao)其(qi)主(zhu)軸(zhou)勻(yun)速(su)轉(zhuan)動(dong)，小(xiao)車(che)電(dian)機(ji)拖(tuo)動(dong)小(xiao)車(che)沿(yan)芯(xin)模(mo)軸(zhou)向(xiang)往(wang)複(fu)運(yun)動(dong)，帶(dai)動(dong)繞(rao)絲(si)嘴(zui)按(an)一(yi)定(ding)纏(chan)繞(rao)角(jiao)度(du)完(wan)成(cheng)纖(xian)維(wei)在(zai)芯(xin)模(mo)上(shang)的(de)纏(chan)繞(rao)鋪(pu)放(fang)，達(da)到(dao)製(zhi)品(pin)的(de)技(ji)術(shu)要(yao)求(qiu)。
模(mo)塊(kuai)化(hua)開(kai)放(fang)式(shi)數(shu)控(kong)係(xi)統(tong)已(yi)成(cheng)為(wei)當(dang)今(jin)數(shu)控(kong)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)，本(ben)文(wen)的(de)纏(chan)繞(rao)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)嵌(qian)入(ru)式(shi)多(duo)任(ren)務(wu)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)器(qi)實(shi)現(xian)主(zhu)軸(zhou)和(he)小(xiao)車(che)的(de)同(tong)步(bu)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)和(he)纏(chan)繞(rao)邏(luo)輯(ji)控(kong)製(zhi)。討(tao)論(lun)了(le)基(ji)於(yu)P C機和COMI-LX運動控製器的開放式纏繞機數控係統的開發玻璃鋼管纏繞機控製係統結構纏繞機由帶動玻璃鋼管芯模旋轉的主軸、對(dui)芯(xin)模(mo)排(pai)布(bu)玻(bo)璃(li)纖(xian)維(wei)的(de)小(xiao)車(che)和(he)樹(shu)脂(zhi)以(yi)及(ji)固(gu)化(hua)劑(ji)供(gong)給(gei)係(xi)統(tong)等(deng)設(she)備(bei)組(zu)成(cheng)。臥(wo)式(shi)纏(chan)繞(rao)機(ji)纏(chan)繞(rao)工(gong)作(zuo)時(shi)，芯(xin)模(mo)繞(rao)其(qi)主(zhu)軸(zhou)勻(yun)速(su)轉(zhuan)動(dong)，小(xiao)車(che)電(dian)機(ji)拖(tuo)動(dong)小(xiao)車(che)在(zai)工(gong)作(zuo)台(tai)上(shang)沿(yan)縱(zong)向(xiang)往(wang)複(fu)運(yun)動(dong)，帶(dai)動(dong)繞(rao)絲(si)嘴(zui)按(an)一(yi)定(ding)纏(chan)繞(rao)角(jiao)度(du)完(wan)成(cheng)纖(xian)維(wei)層(ceng)在(zai)芯(xin)模(mo)上(shang)的(de)纏(chan)繞(rao)鋪(pu)放(fang)工(gong)作(zuo)。小(xiao)車(che)電(dian)機(ji)在(zai)往(wang)複(fu)運(yun)行(xing)時(shi)要(yao)根(gen)據(ju)工(gong)藝(yi)要(yao)求(qiu)不(bu)斷(duan)進(jin)行(xing)加(jia)減(jian)速(su)，而(er)且(qie)小(xiao)車(che)和(he)主(zhu)軸(zhou)負(fu)載(zai)隨(sui)著(zhe)纏(chan)繞(rao)膠(jiao)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)，易(yi)造(zao)成(cheng)導(dao)絲(si)頭(tou)和(he)芯(xin)模(mo)的(de)相(xiang)對(dui)位(wei)置(zhi)的(de)變(bian)化(hua)，從(cong)而(er)造(zao)成(cheng)線(xian)型(xing)異(yi)變(bian)和(he)紗(sha)片(pian)搭(da)接(jie)不(bu)良(liang)。纏(chan)繞(rao)機(ji)係(xi)統(tong)為(wei)一(yi)個(ge)慣(guan)量(liang)變(bian)化(hua)很(hen)大(da)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)時(shi)變(bian)位(wei)置(zhi)同(tong)步(bu)隨(sui)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，因(yin)此(ci)，采(cai)用(yong)基(ji)於(yu)電(dian)子(zi)齒(chi)輪(lun)的(de)位(wei)置(zhi)跟(gen)蹤(zong)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)以(yi)確(que)保(bao)紗(sha)片(pian)搭(da)接(jie)良(liang)好(hao)。電(dian)子(zi)齒(chi)輪(lun)模(mo)式(shi)實(shi)際(ji)上(shang)是(shi)一(yi)個(ge)多(duo)軸(zhou)聯(lian)動(dong)模(mo)式(shi) ，其(qi)運(yun)動(dong)效(xiao)果(guo)與(yu)兩(liang)個(ge)機(ji)械(xie)齒(chi)輪(lun)的(de)齧(nie)合(he)運(yun)動(dong)類(lei)似(si)。當(dang)前(qian)軸(zhou)工(gong)作(zuo)在(zai)電(dian)子(zi)齒(chi)輪(lun)模(mo)式(shi)下(xia)時(shi)，需(xu)設(she)定(ding)電(dian)子(zi)齒(chi)輪(lun)傳(chuan)動(dong)比(bi)，當(dang)前(qian)軸(zhou)將(jiang)按(an)照(zhao)這(zhe)個(ge)速(su)度(du)比(bi)值(zhi)，跟(gen)隨(sui)主(zhu)動(dong)軸(zhou)運(yun)動(dong)。主(zhu)動(dong)軸(zhou)的(de)運(yun)動(dong)模(mo)式(shi)可(ke)以(yi)是(shi)任(ren)何(he)一(yi)種(zhong)運(yun)動(dong)模(mo)式(shi)。當(dang)前(qian)軸(zhou)運(yun)動(dong)位(wei)移(yi)增(zeng)量(liang)等(deng)於(yu)與(yu)之(zhi)相(xiang)聯(lian)係(xi)的(de)主(zhu)動(dong)軸(zhou)的(de)位(wei)移(yi)增(zeng)量(liang)乘(cheng)以(yi)電(dian)子(zi)齒(chi)輪(lun)傳(chuan)動(dong)比(bi)。
如圖 I 所示。上位機采用台灣研華 1 P C 6 1 0 機箱和 P c A一6 1 7 9主板， 它與韓國COMIZOA公司的M COMI-LX 運動控製器通過 R S一 2 3 2 串口實現通訊， 形成一個功能強大的開放式運動控製係統。工業 P C機負責人機界麵管理、運動狀態顯示、遠程監控和工藝文件存儲等功能，運動控製器負責實時運動控製和邏輯控製，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 的三相交流伺服異步電動機， 用博瑋BWS伺服驅動器驅動。對於主軸電機的速度，本係統采用了抗負載變化能力較大的閉環控製方式。運動控製器軸 3 接口的模擬量輸出作為伺服驅動器速度控製輸入信號， 在運動控製器開環控製狀態下設置模擬量電壓輸出值實現變頻器速度控製。安裝於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。伺服驅動器采用帶 P G矢量控製方式， P G―X 2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速度閉環控製，一路作為速度和位置信號輸入到控製器的編碼器接口4 ，實現了由一個編碼器完成速度閉環控製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複運動，按照纏繞規律以一定的響應速度和精度跟蹤主軸運動。軸 0接口工作於伺服模式，完成小車伺服電機的閉環控製。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。
纏繞機控製係統軟件設計
纏繞機控製係統上位機程序采用 Mi c r o s o f t 公司的V C+ + 6 . 0 基於 Wi n d o w s 2 0 0 0平台開發， 完成工藝文件設置和管理、遠程監控和機床運行狀態顯示等功能。工控機和 MC 2 0 6通過串口基於 MO D B U S協議完成工藝參數下載和機床狀態參數上傳顯示。
通訊采用主從方式的查詢機製，係統將工控機設為主站， M C 2 0 6設she為wei從cong站zhan，隻zhi有you主zhu站zhan發fa出chu查zha詢xun時shi，從cong站zhan才cai能neng給gei出chu響xiang應ying，從cong站zhan不bu能neng主zhu動dong發fa送song數shu據ju。工gong作zuo時shi工gong人ren選xuan定ding待dai纏chan繞rao管guan件jian型xing號hao並bing將jiang工gong藝yi文wen件jian下xia載zai後hou，進jin入ru纏chan繞rao加jia工gong狀zhuang態tai，此ci時shi所suo有you運yun動dong和he邏luo輯ji控kong製zhi由you完wan成cheng，從cong站zhan僅jin響xiang應ying主zhu站zhan的de查zha詢xun並bing上shang傳chuan狀zhuang態tai數shu據ju。即ji使shi工gong控kong機ji由you於yu某mou種zhong原yuan因yin出chu現xian故gu障zhang或huo死si機ji，也ye不bu會hui影ying響xiang當dang前qian管guan道dao的de纏chan繞rao加jia工gong。從cong而er提ti高gao了le係xi統tong的de穩wen定ding性xing和he控kong製zhi的de實shi時shi性xing。
運動控製程序采用 T r i o B A S I C多任務語言編製。通過運行在 P C機上的 Mo t i o n P e r f e c t 軟件將編製好的運動控製程序下載到 MC 2 0 6內即可脫機運行。T r i o B A S I C語言有三種不同類型的存儲變量：命名變量、V R（ ） 變量和 T A B L E區變量。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，它可用於任務間通訊；T A B L E 區通常是用於存儲 C A M／指令曲線的存儲區， 本程序用於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。
對於複雜的多任務程序應為線程分配優先級，控製器缺省的伺服周期是 l m s ，該周期在內部被分成三個時間片，每個時間片為 1 ／ 3 m s ，它們在內部分別被用來處理伺服功能，通訊和通常的“ h o u s e k e e ―‘ 任務。在每個時間片內剩餘的時間被用於運行用戶程序。M C 2 0 6最多可運行 7個用戶線程， 每個線程用從 l 到 7的數字標號， 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“ ，主要用於有以下要求的任務： 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；任務啟動後程序執行速度不能改變的任務。5 g - 線程被稱為 “慢速任務” ，它們具有共同的優先級，程序執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先級運行。
在上位機軟件 Mo t i o n P e r f e c t 中打開一個” T e r m i n a l “窗口可以設置一個” C o m m a n d L i n e “ 端 口， 它始終使用” 0 “ 號任務， 用於從上位機輸入指令並立即運行。該纏繞機控製軟件中共建立了四個任務，其中任務7用於纏繞機電機運動控製和機床邏輯控製，任務 6用於管理機床與纏繞相關的I ／O信號和主軸轉速控製，任務 2 完成串口通訊功能，任務1 實現輸膠控製。控製程序的任務功能和執行時間分配如圖 2 所示。其中任務 7和 6的優先級最高，每個伺服周期（ 1 I n s ）都分配時間片，任務 1 ，2和／L ） 優先級相同，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行時間的分配如圖2 所示。
 
纏繞機加工控製工作狀態分為手動、半ban自zi動dong和he自zi動dong三san種zhong狀zhuang態tai。手shou動dong狀zhuang態tai用yong於yu單dan獨du控kong製zhi芯xin模mo和he小xiao車che的de運yun動dong。半ban自zi動dong狀zhuang態tai下xia芯xin模mo和he小xiao車che協xie調tiao運yun動dong進jin行xing環huan向xiang纏chan繞rao，纏chan繞rao的de長chang度du由you工gong人ren控kong製zhi。自zi動dong工gong作zuo狀zhuang態tai下xia可ke按an工gong藝yi文wen件jian設she定ding參can數shu實shi現xian環huan向xiang和he螺luo旋xuan 自動纏繞。此外控製程序還具有零點校正、自動零點、斷點纏繞和纏繞過程人工幹預等功能。
結束語
該纏繞機數控係統結合了工業 P C機和嵌入式運動控製器的優點，充分利用了 COMI-LX運動控製器的電子齒輪功能。係統可以根據工藝要求進行自動纏繞，並具有係統運行狀態顯示、遠程通訊、 故障診斷與報警和反向間隙補償等功能。該纏繞機紗片寬度在 8 0 ～2 2 0 m m之間任意調節， 可滿足不同管徑管道的纏繞要求。最高出紗速度可達 Mm ／m i n ，芯模轉角分辨率為0 . 0 1 8 。小車軌跡控製誤差小於0 毫米， 整(zheng)機(ji)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)快(kuai)，性(xing)能(neng)穩(wen)定(ding)，操(cao)作(zuo)簡(jian)單(dan)。該(gai)係(xi)統(tong)已(yi)經(jing)應(ying)用(yong)於(yu)大(da)慶(qing)竹(zhu)田(tian)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)有(you)限(xian)公(gong)司(si)，實(shi)踐(jian)證(zheng)明(ming)該(gai)係(xi)統(tong)對(dui)提(ti)高(gao)玻(bo)璃(li)鋼(gang)管(guan)纏(chan)繞(rao)成(cheng)型(xing)工(gong)藝(yi)的(de)技(ji)術(shu)水(shui)平(ping)、自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)和(he)管(guan)道(dao)質(zhi)量(liang)具(ju)有(you)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)，並(bing)縮(suo)短(duan)了(le)管(guan)道(dao)的(de)開(kai)發(fa)周(zhou)期(qi)，減(jian)少(shao)了(le)工(gong)作(zuo)人(ren)員(yuan)的(de)勞(lao)動(dong)強(qiang)度(du)，提(ti)高(gao)了(le)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)，降(jiang)低(di)了(le)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)。
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