基于嵌入式运动控制器的缠绕机数控系统

缠绕机控制系统软件设计

　　缠绕机控制系统上位机程序采用Microsoft公司的VC++6.0基于Windows2000平台开发，完成工艺文件设置和管理、远程监控和机床运行状态显示等功能。工控机和MC206通过串口基于MODBUS协议完成工艺参数下载和机床状态参数上传显示。

　　通讯采用主从方式的查询机制，系统将工控机设为主站，MC206设为从站，只有主站发出查询时，从站才能给出响应，从站不能主动发送数据。工作时工人选定待缠绕管件型号并将工艺文件下载后，进入缠绕加工状态，此时所有运动和逻辑控制由完成，从站仅响应主站的查询并上传状态数据。即使工控机由于某种原因出现故障或死机，也不会影响当前管道的缠绕加工。从而提高了系统的稳定性和控制的实时性。

　　运动控制程序采用TrioBASIC多任务语言编制。通过运行在PC机上的MotionPerfect软件将编制好的运动控制程序下载到MC206内即可脱机运行。TrioBASIC语言有三种不同类型的存储变量：命名变量、VR（）变量和TABLE区变量。命名变量是局部变量，仅在定义它的任务内有效。

　　变量是可被多个任务共享的全局变量，它可用于任务间通讯；TABLE区通常是用于存储CAM／指令曲线的存储区，本程序用于存储缠绕管道型号的工艺文件。运行的用户程序被称为线程或任务。

　　对于复杂的多任务程序应为线程分配优先级，控制器缺省的伺服周期是lms，该周期在内部被分成三个时间片，每个时间片为1/3ms，它们在内部分别被用来处理伺服功能，通讯和通常的“housekee—‘任务。在每个时间片内剩余的时间被用于运行用户程序。MC206最多可运行7个用户线程，每个线程用从l到7的数字标号，最高标号的线程（线程7和6）被分配固定的时间片，它们被称为”快速任务“，主要用于有以下要求的任务：要在每个伺服周期都要进行处理的任务；具有大量的运算和处理的任务；任务启动后程序执行速度不能改变的任务。5g-线程被称为“慢速任务”，它们具有共同的优先级，程序执行速度会随任务的增加而降低。用户可以使用指令启动任务使其按指定的优先级运行。

　　在上位机软件MotionPerfect中打开一个”Terminal“窗口可以设置一个”CommandLine“端口，它始终使用”0“号任务，用于从上位机输入指令并立即运行。该缠绕机控制软件中共建立了四个任务，其中任务7用于缠绕机电机运动控制和机床逻辑控制，任务6用于管理机床与缠绕相关的I/O信号和主轴转速控制，任务2完成串口通讯功能，任务1实现输胶控制。控制程序的任务功能和执行时间分配如图2所示。其中任务7和6的优先级最高，每个伺服周期（1Ins）都分配时间片，任务1，2和/L）优先级相同，在每个伺服周期轮流为其分配时间片。缠绕程序任务功能和执行时间的分配如图2所示。

　　缠绕机加工控制工作状态分为手动、半自动和自动三种状态。手动状态用于单独控制芯模和小车的运动。半自动状态下芯模和小车协调运动进行环向缠绕，缠绕的长度由工人控制。自动工作状态下可按工艺文件设定参数实现环向和螺旋自动缠绕。此外控制程序还具有零点校正、自动零点、断点缠绕和缠绕过程人工干预等功能。

结束语

　　该缠绕机数控系统结合了工业PC机和嵌入式运动控制器的优点，充分利用了COMI-LX运动控制器的电子齿轮功能。系统可以根据工艺要求进行自动缠绕，并具有系统运行状态显示、远程通讯、故障诊断与报警和反向间隙补偿等功能。该缠绕机纱片宽度在80～220mm之间任意调节，可满足不同管径管道的缠绕要求。最高出纱速度可达Mm／min，芯模转角分辨率为0。018。小车轨迹控制误差小于0毫米，整机响应速度快，性能稳定，操作简单。该系统已经应用于大庆竹田复合材料有限公司，实践证明该系统对提高玻璃钢管缠绕成型工艺的技术水平、自动化程度和管道质量具有非常重要的作用，并缩短了管道的开发周期，减少了工作人员的劳动强度，提高了生产效率，降低了生产成本。