缠绕机主轴控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

缠绕机主轴控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

_______ 答辩小组组长 (签名 ) ： 秘书 (签名 )： 年 月 日 院 (系 )答辩委员会主任 (签名 )： 院 (系 )(盖章 ) 第 XI 页（共 XII 页） 缠绕机主轴控制系统 设计 学 生 ： ，电子信息学院 指导教师： ，电子信息学院 【 摘要 】 玻璃钢管道 是指连续纤维经过树脂浸胶后，按照一定规律缠绕到芯模上，然后在加热或常温下固化， 脱模后形成的产品。 具有重量轻、强度高、耐腐蚀性能好、使用寿命长等优点 ， 主要应用于国防 、 航空航天领域 及 建筑 和 能源等一般产业。 本课题所研究的纤维缠绕机就是生产纤维缠绕制品的主要设备 , 缠绕机在缠绕纤维的过程中，需要控制好固定在主轴上芯模的转速，这样随着芯模厚度的不断增加，以及绕层的均匀性要求，对主轴的转速要求很高。 本设计 采用霍尔传感器测量主轴转速 ，基于 低功耗低成本的 AT89C51 单片机平台，将测量的转速与给定值比较 处理后，通过 DAC0832 将信号输出到 MM430 变频器，驱动变频器调节电机的转速，再将该转速反馈给霍尔传感器，构成一个闭环控制系统。 达到自动修正被控速度量偏离给定速度值的作用，抑制内部干扰和外部干扰引起的误差，达到转速稳定的目的。 系统硬件包括速度采集电路、速度控制 电路 、速度转化电路和报警、显示电路。 软件 编写采用 C 语言编程，通过仿真测试电机转速信号， 结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。 【 关键词 】主轴控制 、 AT89C5霍尔传感器、变频器 第 XII 页 （共 XII 页） Control system design in Spindle of Winding machine Student: , School of Electronic Information Guidance teacher: , School of Electronic Information [Abstract]Fiber glass pipeline is the product of resinimpregnated infinite fiber, which is wound to the mandrel according to certain laws, then solidified at room temperature or heat, and finally demoulded. Fiber glass pipeline has many advantages of light weight, high strength, good corrosion resistance, and longevity. Because it is a flexible posite pipe strongly promoted at home and abroad, it is now mainly used in the general industries of national defense, aviation and aerospace, and construction and energy. This subject focuses on fiber winding machine, the main equipment in the production of the filamentwound products. In the process of winding fiber, we need to control the speed of mandrel on the main axle. As increasing the thickness of the mandrel and the layer uniformity requirements, we need to speed up the main axle. This design uses a Hoare sensor to measure the rotating speed of the main axis with lowpower and lowcost AT89C51. The signal was output through the DAC0832 to the MM430 transducer, which can automatically adjust the speed of the motor after a parison with the internallyset value, and then feedback the speed to the Hall sensor to form a closed loop control system. It can automatically correct the deviation of the actual speed from the set speed, reduce the error caused by the internal and external interference, and achieve stable speed. The system hardware includes speed data acquisition circuit, the speed conversion circuit and alarm, and the display module. The software is written with the C programming language, and tests the signal of motor speed. The results show that the method is simple, highly precise, and greatly stable. 【 Keywords】 : spindlecontrolling,AT89C51, Hoare sensors, frequency converter1 绪论 第 1 页（共 39 页） 1 绪论 前言 目前国内外制作玻璃钢缠绕机的技术日渐提升，对缠绕机主轴转速的控制也越来越精密，工业用控制主轴电机 转速 稳定 的方法很多， 随着 单片机 的不断推陈出新，特别是高性价比的 单片机 的涌现，转速控制普遍采用了以 单片机 及变频器 核心的数字化、智能化的系统。 本文介绍了一种由 单片机 AT89C51 作 为 速度 控制器，使用 霍尔传感器 ，变频器实时调控主轴电机的转速，最终达到转速恒定的 控制系统。 课题背景 我国玻璃钢工业自改革开放以来，已经取得了长足的发展，玻璃钢产品的产量和品种已经有了显著的增长，产品质量也有了显 著的提高，并且成功地应用到国民经济各个部门，为我国国民经济发展做 出了较大贡献。 据有关统计资料， 20xx 年我国的玻璃钢产量己超过 40 万吨， 20xx 年玻璃钢总产量比 20xx 年增长 17％达 94万吨， 20xx年达 160 万吨，到 “十五”末期 20xx 年达到 185 万吨。 现在我国玻璃钢产量已超过德国、日本居世界第二位，接近居世界首位的美国水平。 我国玻璃钢最主要的应用领域为石油化工、冶金、给排水等行业，主要产品有冷却塔、储罐和管道，占玻璃钢产品的 39％。 在汽车、化工防腐、建筑与环保、渔业 (渔船 )等四大领域也将取得进一步的应用。 近年来，在全国各地新建许多生产各类玻璃钢管道及容器的生产厂家，这将进一步推动该类产品的应用。 由于玻璃钢管形状和结构复杂、规格系列多，机械化生产难度大，我国目前生产的管道配件仅适用于中低压管道工程，且几乎均以手糊加工 而成，管件外观粗糙、强度低、成本高、性能分散性大，质量难以保证。 对于中高压管体的石油，化工用管道仍采用过渡管件的方式，少量采用模压，由于模压制品同样存在着强度差的缺点，从而限制了其应用场合，因此中高压管的配套问题一直未能解决。 目前，全国有占 30％的玻璃钢制品是通过缠绕工艺进行生产的．纤维缠绕是玻璃钢制品的重要成型工艺之一，它是将玻璃钢增强材料 —— 玻璃纤维，通过特定装置浸上一定量的树脂糊，然后依据 特定的运动规律，将浸胶后的增强材料缠绕在旋转着的芯模上，形成柔性玻璃钢半成品，最后经固化、修整等工序获得玻璃钢成 品。 其中缠绕机主轴控制系统设计 第 2 页（共 39 页 ） 纤维缠绕机是玻璃钢管、罐等纤维缠绕制品生产中的主要设备。 玻璃钢管道缠绕机的设计和生产就世界范围而言属于机械制造中的一个年轻行业。 加之缠绕制品形体类型的多样性和复杂性，以及它在不同领域的应用，线型精密度和质量要求方面差异很大，因此目前玻璃钢缠绕机控制系统的通用化、标准化和系列化程度还不高。 我国在这方面的研究和生产起步较晚，仍处于非定型和非标准设计、生产阶段。 现在国内有很多开发和研制微机控制纤维缠绕机的科研院校和厂家。 哈尔滨工业大学研制出了我国第一台微机控制纤维缠绕机，在微机数控纤维缠绕技术方面具有国内 先进性。 而浙江大学研究纤维缠绕的数学模型和计算方法已有数年，在理论上对轴对称纤维缠绕模式做了深入的研究。 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用 和发展，采用先进的控制系统控制玻璃钢缠绕工艺己日益成为发展趋势。 纤维缠绕机 有多种类型，以制品规格分，可分为大、中、小、微型缠绕机； 以结构形式分，可分为卧式、立式、环绕式等；以制品长度分，可分为连续式和定长式；以运动自由度分，可分为 二、三、四、五、六轴等； 以控制水平来分，可分为机 械式、液压伺服式、微机 控制式。 机械式纤维缠绕机纤维缠绕技术是由一个电动机拖动主轴和小车组成，主轴与小车之间采用齿轮和链条传动，齿轮间的传动比决定了主轴和小车的速比，链条长度决定了小车的行程，链条的布局决定了超越长度和小车的速度。 由于机械式缠绕机受单纯靠齿轮、链条布局进行控制的局限性，使得许多计算不能够精确实现，缠绕精度较低。 数字程序控制纤维缠绕机特点是采用了液压伺服马达，这类缠绕机是将芯模的角位移量和小车的线位移量都转换位电脉冲形式的数字量进行控制。 这类缠绕机的缺点在于：非线性缠绕时仍需要设计加工凸轮，而且拨码开关只能存储少量信息，数字程序控制系统没有编程和运算的功能，因此改变纤 维制品时准备工作量很大，还不能满足缠绕复杂制品的要求。 计算机控制纤维缠绕机的控制功能是靠事先存放在存储器里的系统程序来完成的，改变系统程序就改变了控制逻辑。 其特点是采用系统程序先计算出纤维的轨迹，然后求解出缠绕机各坐标轴的成型轨迹。 由于采用计算机控制伺服电机的传动，因此缠绕精度大幅度提高。 缠绕机采用计算机控制后，用软件代替了齿轮、链条的调整和凸轮的加工。 另外，计算机还可以存储多种多样的零件缠绕程序，这就大大增加 了缠绕机的灵活性和适应性，即具有良好的柔性，缠绕效率也大大提高。 1 绪论 第 3 页（共 39 页） 玻璃钢缠绕系统主要由两部分组成 如图 1，一是主轴系统，拖动制品芯模围绕主轴 旋转。 二是小车系统，小车在床身上沿轴线使导丝头作直线往复运动。 二者按一定速比要求同时运动，完成纤维在芯模上的缠绕，达到制品的技术要求。 在纤维缠绕机中，主轴是机床里的一个非常重要的部分，对于它的控制的好坏一定程度上反应一个机床的控制柔性的程度。 主轴驱动系统控制车床主轴，保证主轴旋转速度的稳定，既为缠绕制品提供一个均匀稳定的线性缠绕环境。 近年来，微处理器及变频器在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟 的。 随着微控技术的发展 , 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。 图 1 基本的玻璃钢缠绕机 毕业设计任务与系统总体方案设计 缠绕机主轴控制系统主要运用在数控机床的工业控制场合，为保证芯模绕层的均匀性，要求主轴的速度稳定控制在 30300r/min。 总体设计方案是通过对电机工作原理及各种类型功能的了解，设计控制电路，完成一套完整的主轴转速控制系统。 首先通过速度传感器将采集的速度信号发送给速度缠绕机主轴控制系统设计 第 4 页（共 39 页 ） 控制电路，达到输出转速值稳定在设定的范围内。 设计方案有运用单片机控制，运用PLC 控制。 我的设计方案是选用一款单片机，实现控制转换电路的设计。 控制电路的输出电路一路接变频器，通过调节变频器的频率控制主轴电机的工作速度，从而达到主轴速度的自动控制。 控制电路的输出电路一路接报警电路，对转速过高过低的异常情况进行报警提示。 任务目标 1．设计速度检测电路，要求实时反馈主轴的转速 2．设计速度控制电路，要求速度稳定控制在 30300r/min 3．供热水系统异常报警电路设计，如转速超高或超低等报警 4．设计电机工作速度可调的实现电路 系统总体方案的设计 与论证 总体设计方案是通过对电机工作原理及各种类型功能的了解，设计控制电路，完成一套完整的主轴转速控制系统。 首先通过速度传感器将采集的速度信号发送给速度控制电路， 与键盘设定值分析比较，控制输出转换电路，通过变频器驱动电机频率的改变，达到控制电机。