【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 _______ 答辯小組組長(zhǎng) (簽名 ) ： 秘書(shū) (簽名 )： 年 月 日 院 (系 )答辯委員會(huì)主任 (簽名 )： 院 (系 )(蓋章 ) 第 XI 頁(yè)（共 XII 頁(yè)） 纏繞機(jī)主軸控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 學(xué) 生 ： ，電子信息學(xué)院 指導(dǎo)教師： ，電子信息學(xué)院 【 摘要 】 玻璃鋼管道 是指連續(xù)纖維經(jīng)過(guò)樹(shù)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(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn) ， 主要應(yīng)用于國(guó)防 、 航空航天領(lǐng)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(jī)就是生產(chǎn)纖維纏繞制品的主要設(shè)備 , 纏繞機(jī)在纏繞纖維的過(guò)程中，需要控制好固定在主軸上芯模的轉(zhuǎn)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(duì)主軸的轉(zhuǎn)速要求很高。 本設(shè)計(jì) 采用霍爾傳感器測(cè)量主軸轉(zhuǎn)速 ，基于 低功耗低成本的 AT89C51 單片機(jī)平臺(tái)，將測(cè)量的轉(zhuǎn)速與給定值比較 處理后，通過(guò) DAC0832 將信號(hào)輸出到 MM430 變頻器，驅(qū)動(dòng)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，再將該轉(zhuǎn)速反饋給霍爾傳感器，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 達(dá)到自動(dòng)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(dá)到轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化電路和報(bào)警、顯示電路 。軟件 編寫(xiě)采用 C 語(yǔ)言編程，通過(guò)仿真測(cè)試電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)， 結(jié)果表明該方法具有簡(jiǎn)單、精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。 【 關(guān)鍵詞 】主軸控制 、 AT89C5霍爾傳感器、變頻器 第 XII 頁(yè) （共 XII 頁(yè)） 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(yè)（共 39 頁(yè)） 1 緒論 前言 目前國(guó)內(nèi)外制作玻璃鋼纏繞機(jī)的技術(shù)日漸提升，對(duì)纏繞機(jī)主軸轉(zhuǎn)速的控制也越來(lái)越精密，工業(yè)用控制主軸電機(jī) 轉(zhuǎn)速 穩(wěn)定 的方法很多， 隨著 單片機(jī) 的不斷推陳出新，特別是高性?xún)r(jià)比的 單片機(jī) 的涌現(xiàn)，轉(zhuǎn)速控制普遍采用了以 單片機(jī) 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(jī) AT89C51 作 為 速度 控制器，使用 霍爾傳感器 ，變頻器實(shí)時(shí)調(diào)控主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到轉(zhuǎn)速恒定的 控制系統(tǒng)。 課題背景 我國(guó)玻璃鋼工業(yè)自改革開(kāi)放以來(lái)，已經(jīng)取得了長(zhǎng)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(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量也有了顯 著的提高，并且成功地應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做 出了較大貢獻(xiàn)。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料， 20xx 年我國(guó)的玻璃鋼產(chǎn)量己超過(guò) 40 萬(wàn)噸， 20xx 年玻璃鋼總產(chǎn)量比 20xx 年增長(zhǎng) 17％達(dá) 94萬(wàn)噸， 20xx年達(dá) 160 萬(wàn)噸，到 “十五”末期 20xx 年達(dá)到 185 萬(wàn)噸?，F(xiàn)在我國(guó)玻璃鋼產(chǎn)量已超過(guò)德國(guó)、日本居世界第二位，接近居世界首位的美國(guó)水平。我國(guó)玻璃鋼最主要的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槭突?、冶金、給排水等行業(yè)，主要產(chǎn)品有冷卻塔、儲(chǔ)罐和管道，占玻璃鋼產(chǎn)品的 39％。 在汽車(chē)、化工防腐、建筑與環(huán)保、漁業(yè) (漁船 )等四大領(lǐng)域也將取得進(jìn)一步的應(yīng)用。近年來(lái)，在全國(guó)各地新建許多生產(chǎn)各類(lèi)玻璃鋼管道及容器的生產(chǎn)廠家，這將進(jìn)一步推動(dòng)該類(lèi)產(chǎn)品的應(yīng)用。 由于玻璃鋼管形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)格系列多，機(jī)械化生產(chǎn)難度大，我國(guó)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(qiáng)度低、成本高、性能分散性大，質(zhì)量難以保證。對(duì)于中高壓管體的石油，化工用管道仍采用過(guò)渡管件的方式，少量采用模壓，由于模壓制品同樣存在著強(qiáng)度差的缺點(diǎn)，從而限制了其應(yīng)用場(chǎng)合，因此中高壓管的配套問(wèn)題一直未能解決。 目前，全國(guó)有占 30％的玻璃鋼制品是通過(guò)纏繞工藝進(jìn)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(qiáng)材料 —— 玻璃纖維，通過(guò)特定裝置浸上一定量的樹(shù)脂糊，然后依據(jù) 特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，將浸膠后的增強(qiáng)材料纏繞在旋轉(zhuǎn)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(jī)主軸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè)（共 39 頁(yè) ） 纖維纏繞機(jī)是玻璃鋼管、罐等纖維纏繞制品生產(chǎn)中的主要設(shè)備。玻璃鋼管道纏繞機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)就世界范圍而言屬于機(jī)械制造中的一個(gè)年輕行業(yè)。加之纏繞制品形體類(lèi)型的多樣性和復(fù)雜性，以及它在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，線(xiàn)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(jī)控制系統(tǒng)的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化程度還不高。我國(guó)在這方面的研究和生產(chǎn)起步較晚，仍處于非定型和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)階段?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)有很多開(kāi)發(fā)和研制微機(jī)控制纖維纏繞機(jī)的科研院校和廠家。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制出了我國(guó)第一臺(tái)微機(jī)控制纖維纏繞機(jī)，在微機(jī)數(shù)控纖維纏繞技術(shù)方面具有國(guó)內(nèi) 先進(jìn)性。而浙江大學(xué)研究纖維纏繞的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法已有數(shù)年，在理論上對(duì)軸對(duì)稱(chēng)纖維纏繞模式做了深入的研究。當(dāng)今，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用 和發(fā)展，采用先進(jìn)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(shì) 。 纖維纏繞機(jī) 有多種類(lèi)型，以制品規(guī)格分，可分為大、中、小、微型纏繞機(jī)； 以結(jié)構(gòu)形式分，可分為臥式、立式、環(huán)繞式等；以制品長(zhǎng)度分，可分為連續(xù)式和定長(zhǎng)式；以運(yùn)動(dòng)自由度分，可分為 二、三、四、五、六軸等； 以控制水平來(lái)分，可分為機(jī) 械式、液壓伺服式、微機(jī) 控制式。 機(jī)械式纖維纏繞機(jī)纖維纏繞技術(shù)是由一個(gè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)主軸和小車(chē)組成，主軸與小車(chē)之間采用齒輪和鏈條傳動(dòng)，齒輪間的傳動(dòng)比決定了主軸和小車(chē)的速比，鏈條長(zhǎng)度決定了小車(chē)的行程，鏈條的布局決定了超越長(zhǎng)度和小車(chē)的速度。由于機(jī)械式纏繞機(jī)受單純靠齒輪、鏈條布局進(jìn)行控制的局限性，使得許多計(jì)算不能夠精確實(shí)現(xiàn)，纏繞精度較低。 數(shù)字程序控制纖維纏繞機(jī)特點(diǎn)是采用了液壓伺服馬達(dá)，這類(lèi)纏繞機(jī)是將芯模的角位移量和小車(chē)的線(xiàn)位移量都轉(zhuǎn)換位電脈沖形式的數(shù)字量進(jìn)行控制。這類(lèi)纏繞機(jī)的缺點(diǎn)在于：非線(xiàn)性纏繞時(shí)仍需要設(shè)計(jì)加工凸輪，而且撥碼開(kāi)關(guān)只能存儲(chǔ)少量信息，數(shù)字程序控制系統(tǒng)沒(méi)有編程和運(yùn)算的功能，因此改變纖 維制品時(shí)準(zhǔn)備工作量很大，還不能滿(mǎn)足纏繞復(fù)雜制品的要求。 計(jì)算機(jī)控制纖維纏繞機(jī)的控制功能是靠事先存放在存儲(chǔ)器里的系統(tǒng)程序來(lái)完成的，改變系統(tǒng)程序就改變了控制邏輯。其特點(diǎn)是采用系統(tǒng)程序先計(jì)算出纖維的軌跡，然后求解出纏繞機(jī)各坐標(biāo)軸的成型軌跡。由于采用計(jì)算機(jī)控制伺服電機(jī)的傳動(dòng)，因此纏繞精度大幅度提高。纏繞機(jī)采用計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)還可以存儲(chǔ)多種多樣的零件纏繞程序，這就大大增加 了纏繞機(jī)的靈活性和適應(yīng)性，即具有良好的柔性，纏繞效率也大大提高 。 1 緒論 第 3 頁(yè)（共 39 頁(yè)） 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(dòng)制品芯模圍繞主軸 旋轉(zhuǎn)。二是小車(chē)系統(tǒng)，小車(chē)在床身上沿軸線(xiàn)使導(dǎo)絲頭作直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。二者按一定速比要求同時(shí)運(yùn)動(dòng)，完成纖維在芯模上的纏繞，達(dá)到制品的技術(shù)要求。 在纖維纏繞機(jī)中，主軸是機(jī)床里的一個(gè)非常重要的部分，對(duì)于它的控制的好壞一定程度上反應(yīng)一個(gè)機(jī)床的控制柔性的程度。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制車(chē)床主軸，保證主軸旋轉(zhuǎn)速度的穩(wěn)定，既為纏繞制品提供一個(gè)均勻穩(wěn)定的線(xiàn)性纏繞環(huán)境。 近年來(lái)，微處理器及變頻器在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來(lái)愈廣，它在控制性能、組機(jī)周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢(shì)是其它工控產(chǎn)品難以比擬 的。隨著微控技術(shù)的發(fā)展 , 它在位置控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也越來(lái)越多。 圖 1 基本的玻璃鋼纏繞機(jī) 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)與系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 纏繞機(jī)主軸控制系統(tǒng)主要運(yùn)用在數(shù)控機(jī)床的工業(yè)控制場(chǎng)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(shè)計(jì)方案是通過(guò)對(duì)電機(jī)工作原理及各種類(lèi)型功能的了解，設(shè)計(jì)控制電路，完成一套完整的主軸轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。首先通過(guò)速度傳感器將采集的速度信號(hào)發(fā)送給速度纏繞機(jī)主軸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè)（共 39 頁(yè) ） 控制電路，達(dá)到輸出轉(zhuǎn)速值穩(wěn)定在設(shè)定的范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)方案有運(yùn)用單片機(jī)控制，運(yùn)用PLC 控制。我的設(shè)計(jì)方案是選用一款單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)?？刂齐娐返妮敵鲭娐芬宦方幼冾l器，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的頻率控制主軸電機(jī)的工作速度，從而達(dá)到主軸速度的自動(dòng)控制?？刂齐娐返妮敵鲭娐芬宦方訄?bào)警電路，對(duì)轉(zhuǎn)速過(guò)高過(guò)低的異常情況進(jìn)行報(bào)警提示。 任務(wù)目標(biāo) 1．設(shè)計(jì)速度檢測(cè)電路，要求實(shí)時(shí)反饋主軸的轉(zhuǎn)速 2．設(shè)計(jì)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(bào)警電路設(shè)計(jì)，如轉(zhuǎn)速超高或超低等報(bào)警 4．設(shè)計(jì)電機(jī)工作速度可調(diào)的實(shí)現(xiàn)電路 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 與論證 總體設(shè)計(jì)方案是通過(guò)對(duì)電機(jī)工作原理及各種類(lèi)型功能的了解，設(shè)計(jì)控制電路，完成一套完整的主軸轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。首先通過(guò)速度傳感器將采集的速度信號(hào)發(fā)送給速度控制電路， 與鍵盤(pán)設(shè)定值分析比較，控制輸出轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率的改變，達(dá)到控制電機(jī)