数控布带缠绕机关键数控技术

图9 　动态积分分离PID 控制策略

　　3.6 数控及控制系统的实现

　该数控布带缠绕机采用“NC 嵌入PC”( PC +运动控制器) 的开放式CNC 结构,如图10 所示。其运动控制和逻辑控制功能由独立的运动控制器完成。运动控制器是该系统的核心,它是以PC硬件插件形式构成数控系统,具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制精确、通用性好等特点,大大简化了数控系统的开发及技术更新,方便了系统的安装及维护。PMAC 的CPU 构成主从式双微处理器结构,两个CPU 各自实现相应的功能,同时PMAC 还开放了通信端口和结构的大部分地址空间,因而易于实现通用动态连接库同PC 的结合。其中PMAC 完成插补运算,位置控制、刀补、速度处理以及PLC 等控制;工业控制机则通过调用相应功能函数,实现数控系统功能及物理参数控制。

图10 　数控系统结构图

　　以缠绕运动轨迹控制和物理参数控制为被控对象,采用工业控制机+ 运动控制器( PMAC2PC) 所组成的专用开放式数控系统如图11 所示。利用PMAC2PC 的运动控制功能,将3 套交流伺服系统与PMAC2PC 的3 个通道分别相连,实现三轴三联动的闭环运动控制。通过PMAC 的I/ O接口实现PLC 控制功能,如行程限位控制、机床回零、机床面板操作、运行方式设定、程序保护以及缠绕工艺所要求的逻辑控制、恒转速运动控制、恒定连续直线运动控制和手动调整机床。

图11 　数控系统控制流程图

　　物理参数控制算法计算量大,实现数控系统功能的控制软件较为复杂,为此选用具有强大计算功能的工业控制机,并以美国NI 公司的虚拟仪器编程语言Labwindows/ CVI 作为设计软件平台。采用多线程技术,合理设计系统管理模块、功能控制模块、控制算法模块、通讯模块及故障诊断模块,有效地保证了各模块运行在不同的线程下,既实现了并行控制,又保证了软件控制的实时性。通过工业控制机的外设还可实现程序的输入、编辑、物理参数的设置和状态的实时显示、记录与仿真等功能。

4 结　论

　　新型多功能数控布带缠绕机的性能指标均达到了设计要求,某些指标超过了原设计要求。该设备采用了功能强大、品质优良的数控系统、先进的机械装置及控制算法,既实现了缠绕成型过程的自动化,又保证了缠绕制品的质量,解决了复合材料零部件成型过程的关键制造技术难题。所有的物理参数均实时自动显示、记录、打印,操作简单,减轻了工人的劳动强度,提高了工作效率。该设备不仅适用于航空航天工业,也可推广到如造纸、绕线、化工等其他领域。