【文章內(nèi)容簡介】 _______ 答辯小組組長 (簽名 ) ： 秘書 (簽名 )： 年 月 日 院 (系 )答辯委員會主任 (簽名 )： 院 (系 )(蓋章 ) 第 XI 頁（共 XII 頁） 纏繞機主軸控制系統(tǒng) 設計 學 生 ： ，電子信息學院 指導教師： ，電子信息學院 【 摘要 】 玻璃鋼管道 是指連續(xù)纖維經(jīng)過樹脂浸膠后，按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后在加熱或常溫下固化， 脫模后形成的產(chǎn)品。具有重量輕、強度高、耐腐蝕性能好、使用壽命長等優(yōu)點 ， 主要應用于國防 、 航空航天領域 及 建筑 和 能源等一般產(chǎn)業(yè)。本課題所研究的纖維纏繞機就是生產(chǎn)纖維纏繞制品的主要設備 , 纏繞機在纏繞纖維的過程中，需要控制好固定在主軸上芯模的轉速，這樣隨著芯模厚度的不斷增加，以及繞層的均勻性要求，對主軸的轉速要求很高。 本設計 采用霍爾傳感器測量主軸轉速 ，基于 低功耗低成本的 AT89C51 單片機平臺，將測量的轉速與給定值比較 處理后，通過 DAC0832 將信號輸出到 MM430 變頻器，驅動變頻器調(diào)節(jié)電機的轉速，再將該轉速反饋給霍爾傳感器，構成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。 達到自動修正被控速度量偏離給定速度值的作用，抑制內(nèi)部干擾和外部干擾引起的誤差，達到轉速穩(wěn)定的目的。系統(tǒng)硬件包括速度采集電路、速度控制 電路 、速度轉化電路和報警、顯示電路 。軟件 編寫采用 C 語言編程，通過仿真測試電機轉速信號， 結果表明該方法具有簡單、精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。 【 關鍵詞 】主軸控制 、 AT89C5霍爾傳感器、變頻器 第 XII 頁 （共 XII 頁） 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 緒論 第 1 頁（共 39 頁） 1 緒論 前言 目前國內(nèi)外制作玻璃鋼纏繞機的技術日漸提升，對纏繞機主軸轉速的控制也越來越精密，工業(yè)用控制主軸電機 轉速 穩(wěn)定 的方法很多， 隨著 單片機 的不斷推陳出新，特別是高性價比的 單片機 的涌現(xiàn)，轉速控制普遍采用了以 單片機 及變頻器 核心的數(shù)字化、智能化的系統(tǒng)。本文介紹了一種由 單片機 AT89C51 作 為 速度 控制器，使用 霍爾傳感器 ，變頻器實時調(diào)控主軸電機的轉速，最終達到轉速恒定的 控制系統(tǒng)。 課題背景 我國玻璃鋼工業(yè)自改革開放以來，已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，玻璃鋼產(chǎn)品的產(chǎn)量和品種已經(jīng)有了顯著的增長，產(chǎn)品質(zhì)量也有了顯 著的提高，并且成功地應用到國民經(jīng)濟各個部門，為我國國民經(jīng)濟發(fā)展做 出了較大貢獻。據(jù)有關統(tǒng)計資料， 20xx 年我國的玻璃鋼產(chǎn)量己超過 40 萬噸， 20xx 年玻璃鋼總產(chǎn)量比 20xx 年增長 17％達 94萬噸， 20xx年達 160 萬噸，到 “十五”末期 20xx 年達到 185 萬噸?，F(xiàn)在我國玻璃鋼產(chǎn)量已超過德國、日本居世界第二位，接近居世界首位的美國水平。我國玻璃鋼最主要的應用領域為石油化工、冶金、給排水等行業(yè)，主要產(chǎn)品有冷卻塔、儲罐和管道，占玻璃鋼產(chǎn)品的 39％。 在汽車、化工防腐、建筑與環(huán)保、漁業(yè) (漁船 )等四大領域也將取得進一步的應用。近年來，在全國各地新建許多生產(chǎn)各類玻璃鋼管道及容器的生產(chǎn)廠家，這將進一步推動該類產(chǎn)品的應用。 由于玻璃鋼管形狀和結構復雜、規(guī)格系列多，機械化生產(chǎn)難度大，我國目前生產(chǎn)的管道配件僅適用于中低壓管道工程，且?guī)缀蹙允趾庸?而成，管件外觀粗糙、強度低、成本高、性能分散性大，質(zhì)量難以保證。對于中高壓管體的石油，化工用管道仍采用過渡管件的方式，少量采用模壓，由于模壓制品同樣存在著強度差的缺點，從而限制了其應用場合，因此中高壓管的配套問題一直未能解決。 目前，全國有占 30％的玻璃鋼制品是通過纏繞工藝進行生產(chǎn)的．纖維纏繞是玻璃鋼制品的重要成型工藝之一，它是將玻璃鋼增強材料 —— 玻璃纖維，通過特定裝置浸上一定量的樹脂糊，然后依據(jù) 特定的運動規(guī)律，將浸膠后的增強材料纏繞在旋轉著的芯模上，形成柔性玻璃鋼半成品，最后經(jīng)固化、修整等工序獲得玻璃鋼成 品。 其中纏繞機主軸控制系統(tǒng)設計 第 2 頁（共 39 頁 ） 纖維纏繞機是玻璃鋼管、罐等纖維纏繞制品生產(chǎn)中的主要設備。玻璃鋼管道纏繞機的設計和生產(chǎn)就世界范圍而言屬于機械制造中的一個年輕行業(yè)。加之纏繞制品形體類型的多樣性和復雜性，以及它在不同領域的應用，線型精密度和質(zhì)量要求方面差異很大，因此目前玻璃鋼纏繞機控制系統(tǒng)的通用化、標準化和系列化程度還不高。我國在這方面的研究和生產(chǎn)起步較晚，仍處于非定型和非標準設計、生產(chǎn)階段。現(xiàn)在國內(nèi)有很多開發(fā)和研制微機控制纖維纏繞機的科研院校和廠家。哈爾濱工業(yè)大學研制出了我國第一臺微機控制纖維纏繞機，在微機數(shù)控纖維纏繞技術方面具有國內(nèi) 先進性。而浙江大學研究纖維纏繞的數(shù)學模型和計算方法已有數(shù)年，在理論上對軸對稱纖維纏繞模式做了深入的研究。當今，自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應用 和發(fā)展，采用先進的控制系統(tǒng)控制玻璃鋼纏繞工藝己日益成為發(fā)展趨勢 。 纖維纏繞機 有多種類型，以制品規(guī)格分，可分為大、中、小、微型纏繞機； 以結構形式分，可分為臥式、立式、環(huán)繞式等；以制品長度分，可分為連續(xù)式和定長式；以運動自由度分，可分為 二、三、四、五、六軸等； 以控制水平來分，可分為機 械式、液壓伺服式、微機 控制式。 機械式纖維纏繞機纖維纏繞技術是由一個電動機拖動主軸和小車組成，主軸與小車之間采用齒輪和鏈條傳動，齒輪間的傳動比決定了主軸和小車的速比，鏈條長度決定了小車的行程，鏈條的布局決定了超越長度和小車的速度。由于機械式纏繞機受單純靠齒輪、鏈條布局進行控制的局限性，使得許多計算不能夠精確實現(xiàn)，纏繞精度較低。 數(shù)字程序控制纖維纏繞機特點是采用了液壓伺服馬達，這類纏繞機是將芯模的角位移量和小車的線位移量都轉換位電脈沖形式的數(shù)字量進行控制。這類纏繞機的缺點在于：非線性纏繞時仍需要設計加工凸輪，而且撥碼開關只能存儲少量信息，數(shù)字程序控制系統(tǒng)沒有編程和運算的功能，因此改變纖 維制品時準備工作量很大，還不能滿足纏繞復雜制品的要求。 計算機控制纖維纏繞機的控制功能是靠事先存放在存儲器里的系統(tǒng)程序來完成的，改變系統(tǒng)程序就改變了控制邏輯。其特點是采用系統(tǒng)程序先計算出纖維的軌跡，然后求解出纏繞機各坐標軸的成型軌跡。由于采用計算機控制伺服電機的傳動，因此纏繞精度大幅度提高。纏繞機采用計算機控制后，用軟件代替了齒輪、鏈條的調(diào)整和凸輪的加工。另外，計算機還可以存儲多種多樣的零件纏繞程序，這就大大增加 了纏繞機的靈活性和適應性，即具有良好的柔性，纏繞效率也大大提高 。 1 緒論 第 3 頁（共 39 頁） 玻璃鋼纏繞系統(tǒng)主要由兩部分組成 如圖 1，一是主軸系統(tǒng)，拖動制品芯模圍繞主軸 旋轉。二是小車系統(tǒng)，小車在床身上沿軸線使導絲頭作直線往復運動。二者按一定速比要求同時運動，完成纖維在芯模上的纏繞，達到制品的技術要求。 在纖維纏繞機中，主軸是機床里的一個非常重要的部分，對于它的控制的好壞一定程度上反應一個機床的控制柔性的程度。主軸驅動系統(tǒng)控制車床主軸，保證主軸旋轉速度的穩(wěn)定，既為纏繞制品提供一個均勻穩(wěn)定的線性纏繞環(huán)境。 近年來，微處理器及變頻器在工業(yè)自動控制領域應用愈來愈廣，它在控制性能、組機周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢是其它工控產(chǎn)品難以比擬 的。隨著微控技術的發(fā)展 , 它在位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應用也越來越多。 圖 1 基本的玻璃鋼纏繞機 畢業(yè)設計任務與系統(tǒng)總體方案設計 纏繞機主軸控制系統(tǒng)主要運用在數(shù)控機床的工業(yè)控制場合，為保證芯模繞層的均勻性，要求主軸的速度穩(wěn)定控制在 30300r/min。 總體設計方案是通過對電機工作原理及各種類型功能的了解，設計控制電路，完成一套完整的主軸轉速控制系統(tǒng)。首先通過速度傳感器將采集的速度信號發(fā)送給速度纏繞機主軸控制系統(tǒng)設計 第 4 頁（共 39 頁 ） 控制電路，達到輸出轉速值穩(wěn)定在設定的范圍內(nèi)。設計方案有運用單片機控制，運用PLC 控制。我的設計方案是選用一款單片機，實現(xiàn)控制轉換電路的設計?？刂齐娐返妮敵鲭娐芬宦方幼冾l器，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率控制主軸電機的工作速度，從而達到主軸速度的自動控制?？刂齐娐返妮敵鲭娐芬宦方訄缶娐?，對轉速過高過低的異常情況進行報警提示。 任務目標 1．設計速度檢測電路，要求實時反饋主軸的轉速 2．設計速度控制電路，要求速度穩(wěn)定控制在 30300r/min 3．供熱水系統(tǒng)異常報警電路設計，如轉速超高或超低等報警 4．設計電機工作速度可調(diào)的實現(xiàn)電路 系統(tǒng)總體方案的設計 與論證 總體設計方案是通過對電機工作原理及各種類型功能的了解，設計控制電路，完成一套完整的主軸轉速控制系統(tǒng)。首先通過速度傳感器將采集的速度信號發(fā)送給速度控制電路， 與鍵盤設定值分析比較，控制輸出轉換電路，通過變頻器驅動電機頻率的改變，達到控制電機