仪器技术的管贯线加工数控系统设计.pdf

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1、 万方数据1 5 8农业机械学报2O 07 年系结构的数控系统，通过软件的创新实现高性能数控加工技术的突破是有效的解决途径D”。管贯线加工数控技术属于现代运动控制技术，是计算机技术、传感技术、电力电子技术和机械工程技术等的集成与综合，是对机械传动等进行运动位置、运动轨迹和各种运动参数进行实时控制和管理“。本文针对传统运动控制系统各种不足，运用开放式运动控制技术，研究与开发管贯线加工控制系统。1 系统硬件组成不同类型的开放式运动控制系统有不同的硬件体系结构。综合比较当前几种典型控制系统的优缺点及可实现性，本文采用由M o t i o nc o n t r o lC a r d+I P c 构成的

2、开放式系统。其硬件平台的体系结构如图1 所示。这种硬件体系采用了模块化、层次化的结构，并向外提供统一的规范接口，具备了开放性特点。显示器l【串口l【井口I P a 主c P u、软件程序c)嚣号苌童产t、带光电隔离的接口扳lI附加设备图1 系统硬件框图F i g 1D i a g r a mo ft h eh a r d w a r eo ft h es y s t e m系统采用的运动控制卡是研华公司生产的三轴高速步进电动机驱动卡P c L 一8 3 9+，其硬件由集成的3 路单片脉冲发生器、功能控制与译码芯片，1 6 路带光电隔离且兼容T T L 电平的I O 通道，脉冲及转向信号输出与开

3、关输入的光耦隔离电路等构成。P c L 一8 3 9+卡硬件构成如图2 所示。P c L 一8 3 9+卡能自动计算斜线、圆弧与圆的三轴运动规律。为了实现斜线和圆弧的运动，此卡通过计算各轴的速度和步长的变化规律，使用户指定的二轴同时进行复合运动，就能形成斜线或圆弧轨迹插补 5 。执行机构为双杰公司生产的高精度三相步进电动机以及与之相匹配的细分驱动器。驱动器需要的控制信号主要是来自步进电动机控制卡发出的脉冲和方向信号。此外还有控制信号电源输入(+5v)和地(G N D)。P C总线地址译码器中断选择屿一精骥|热穹出译码控制器数字I，o模块开关量i 号输入图2P C L 一8 3 9+控制卡硬件框

4、图F ig 2D i a g a m“P C L 一8 3 9+c o n t r o lc a r d2 管线加工过程数学模型以两圆管相贯的一般情况为例描述数学模型的建立过程o 。图3 表示两圆管相贯的一般情况。图中R 是主管半径，r 是支管半径，F 是支管对主管的偏角，。是支管和主管的偏心量，P 是相贯线上任意点，a 是主管的转动角，卢是支管的转动角，z 为管贯线上P 点距支管固定端的距离，L 为支管固定端距两管相交点的距离，s 为主管固定端距两管相交点的距离m为P 点距主管固定端的距离。，、+_ 龋器k口07 娥谤、麓；I 侧寸型y图3 两圜管相贯示意图F I g3S k e t c h

5、s c h e m eo f t h ec o n m c t i“gt r a c eb e t w nt w Op i p e 5前半周相贯线中f R s i n 口一r c o s 卢+F1 一r c s t n 号乎后半周相贯线中f R s i n 口一r c o s|9 一e1 a=a r c s i n 堂!所以支管上切割线长度为f 一工一L 坤一工一三傩工口=，一坚i!匡!垦!墼“s i n 疗式中L 坤、L n E、L P D 尸、D E、E P 的长度主管上切割长度为(2)(3)缓冲嚣尝蔫 万方数据第1 1 期榜馓风荨；基于虚拟仪器技术的营黄线加工数控系统 殳计1 5 9却i

6、 s+上僦十L 职=s+!詈警十!：嚣擎一s+麴逢哗雩篓艘()式中厶、厶c E、E K 的长度式(3)、(4)中n 在前半周用斌(1)代替。后半周中蘼式(2)代替。要利用步进电勘槐实现管贯线壤捌，式(3)、(4)还嚣要 筝耀应变形，采露增量静裘暴方法确定下一切割点的位置f 叫t。“I 一6(o f n 一1)l，Z 垴一s，+l 一装枣一鸯离簸纯纛数。编程实嚣童速效学模型，势褥X 辅增量数据换葬成步进电动机运动脉冲数，向运动控制卡发送运动指令，配合管件的转动实现管贯线切割复合运动。3 系统较舜宴瑷3 1 上下位机通信及动态链接席开发系统选用的扦发平台是美嘲N I 公司开发的3 2 饿面向 卡算

7、机测控领域盼软件齐发乎蠹l 翩w i 矗o w s 忿v l。该系统鳃控裁方式采嚣上德甑I P C+下位机运动控制卡模式，下位机运动控制卡P C L 一8 3 9+提供了丰富的软件功能，可直接调用提供的函数实现复杂的运行控制。命令秘函数的种类童囊有：裙始谖嚣：搂式设寇、添遘设定，逮震疆寇、劳数设定。运行命令：运行(高速、低速、加减蘧)、停止、循环、减速、减速停止、输入输出、等待。功能命令；直线与斜线运动、圆弧运动、圆周运动、邋霹骧点。状态愈令：状态捡豢。该卡还提供了C 语言函数嚣文 争L 强8 3 9 c X。L I B 与头文件P C L 8 3 9 H，将这两个库函数加入剥工襁文件中再擞成

8、动态库文件P c L 8 3 9 D L L，井加入工程文件，裁霹以调用运动控制卡P c L 一8 3 十瓣拄秘丞敦实褒诞韵控裁功麓。劳进电动撬静臻涮信号主要是由上使机动态调用P c L 一8 3 9+的内部醋数，通过P c L 一8 3 9+计算发出的。男外，还可以赢接对P c L 8 3 9+的寄存器涟器读写攥终，控魏愆毛一8 3 9+静辕出，褰蘧竞玻筵精确的任务。这藏寄存器主要避粥于存储命令、速度、模式、脉冲数目等。P c L 一8 3 9 十把所选择的命令存1 i 卷于缓冲器中，这些缓冲器有命令缓冲器、通道状惑缓肄器、l o 数据缓律器，通遘霹这些缓跨嚣鲍读写滤能控弱P c L 一8

9、3 9+按程序设计进行工作。3：软件实现流獠及人机界面系统以I P C 作为上位机，在系统中主要作用是实现整谁信息流传送以爰信息餐壤，面运动控制卡则实现具体算法。图4 为软件实现流糨图。强4 软韩系绕燕程嚣戮套4F i o w e h no ft h es o f t w 8 r es y s t e 皿先由上位机设定相燕运动参数，然盾调用运动控制卡的动态链接库，对下位机运动控制卡初始化著发鸯愈令，设定爨完戏的鞔逑运动。在对数据静处理主主要乖|麓开发平台L a bw i n d o w s c v I 的动态数据交换(D D E)技术。具体涉及划的数据处理过稷是：首先将待加工管件的相关数掇写入

10、到E x c e l 中，出E x c e l 软 串皂带函数完戚敷穗懿娃理，然蠹辫将曹算盘静撩潦数孽读容到L a b w i n d o w s c V l 工程文件中，继而驱动步进电动机完成切割过程。此外由于数控切割过程对系统资源的占用相当大，为磐受女l 工过程中枣溉不嚷痘曩户攘佟、不裴及薅利薪屏幕簿“假死”现象，采用多线程技术予戳解决。人机界面(H M I)的生要功能在于提供用户与机器设备间适当的沟通槊道，以简化机械的操作，达到机械逆常使尾懿目的。一般机器设套螅入枧界垂，其功麓碍分为3 个部分；元释匿形纯、穗关参数设定与读取以及相关信息的照示与储存。系统的界面形式采用黼接操作界面形式，如

11、图5 所示。图5 人机交互界面F i g。5 M lo lt h es y s t e m 万方数据1 6 0农业机械学报20O7 年在该界面中，利用虚拟仪器软件的面板，用户可以很直观地观察运动曲线和各电动机的工作状态。而且可以很方便地对系统进行控制。4 结束语研究了管贯线数控加工系统的构建与原理，建立了适用于加工多个管件任意角度相贯线的通用数学模型，基于计算机系统集成技术和虚拟仪器技术开发了管贯线数控加工系统。通过控制卡对3 台步进电机的控制实现了多管相贯的管贯线加工。通过对脉冲发出速度和动态调整满足了切割速度保持恒定的工艺要求。实验表明：该系统能够精确高效地完成管件管贯线加工，满足加工过程

12、对运动控制的要求。参考文献1 蒋仕龙今天的通用运动控制技术口 现代制造，2 0 0 4，2 9 t3 8 4 0 2 杨晓京几种开放式微机数控系统比较口 制造业自动化2 0 0 2 2 4(1)：1 8 2 L3M e l i nP C a s t i l l oO h I t e l l i g e n tc o n t r o lo fas t e p p i“gm o t o rd r i wu 8 i n gah y b r i dn e u r o f u z z ya p p r o a c h J s o f tc o m p u t i“g _ AF u s i o no fF

13、 o u n d a t i o n$，M e 出o d o l o g i a n dA p p l i c 8 t i o 珊2 0 0 4，8 1 5 4 6 5 5 5 4L uWY，G a r c i aEJ G r e e n w o o dWH，e ta l ID e s i g na n ds i m u l a t i o no f a na s y 唧e t r i cv B r i a b l er e l u c t a n c e3 t e p p i n gm i l l j m o t o r J M i c r 0 8 y s t e m1 k c h n o

14、l o g i e s，2 0 0 5，1 1：3 3 5 3 4 2 5 钱东平王建新，隋美丽，等畜禽舍环境温度监控系统模糊控制算法的实现 J 农业机械学报，z 0 0 5 3 6(1 2)一9 5 9 8 6 刘君华基于L a b w i n d o w 3 c 的虚拟仪器设计 M 北京：电子工业出版社，2 0 0 3 7 王建新，杨世凤，隋美丽L a b w i n d o w s c 测试技术及工程应用 M 北京t 化学工业出版社，2 0 0 6 8 韩庆瑶，效控圆弧插补算法 J 华北电力大学学报，2 0 0 3，3 0(3)，9 2 9 4(上接第1 4 8 页)参考文献1 何致远开

15、卷张力模糊控制器的局部遗传优化研究 J 浙江科技学院学报，2 0 0 2，1 4(1)t9 1 3 2 翁建华基于遗传算法的四辊可逆冷轧机恒张力聚类模糊控制器口 自动化技术与应用2 0 0 4，2 3(9)：3 6 4 1 3Y B i n，B uF，R e e d yJT，e ta 1 A d a p t i v er o b u s tc o n t r o lo f3 i“g l e r o dh y d r a u l i ca c t u a t o r 3：t h e o r y 卸de x p e r i m e n t s J T h eI E E E A S M ET r a

16、 n 驰c t i o 腿o nM e c h a t r o n i c s。2 0 0 0，5(1)：7 9 9 1 4Y a oB I n X uL i O b s e f v e rb a s e da d a p t i v er o b u s tc o n t r o lo fac l a s so fI l o n l i n e a r8 y 8 t e m sw i t hd y n a m i cu n c e r t a i n t i J I n t e r n a t i o 加lJ o u r T l a lo f R o b u s ta n d N o n l

17、 i n e a rC o n t r o l，2 0 0 1(1 1)：3 3 5 3 5 6 5 陈图恒张力液压打卷 J 机电设备，1 9 9 2(3)t 4 9 5 2 6 王杨钰四辊不可逆轧机恒张力液压卷取电液控制系统口 冶金自动化，1 9 8 9，1 3(4)；2 4 2 9 7 刘春荣设计张力架线机液压系统值得注意的几个同题D 机床与液压，1 9 9 8(3)，2 6 2 8，1 2 8D e l i sJS I)e s i g nc o n s i d e r a t i o n s，m a c h i n e r ya n dc o n t r 0 1o p t i o 帖i

18、nc o i lW i n d i n g J E l e c t r i c a lI n s u l a t i o nM 8 9 a z i 吐1 9 9 3 9(4)：1 6 2 2 9X uL i，Y a of h n A d a p t i v er o b u 8 tr e p e t i t i v ec o n t r 0 1o fac a s so fn o n l i n e a rB y s t e m 自i n f m lf o r mw i t ha p p l i c a t i o n st op r e c i s i o nm o t i o nc o n

19、t r o lo f l i n e a rm o t o 碍 c T l l e E E A s M Ec o n f e r e n c eo nA d v a l l c e dI n t e l l i g e n tM e c h a t r o n i c 日，C o m o，I t a l y，2 0 0 1；5 2 7 5 3 2 1 0X uL i，Y a oE H n A d a p t i v er o b u s tp r e c i 5 i o nm o t i o nc o n t r o lo fl i n e a rm o t o 娼w i t hr i p p l ef o r c ec o m P e 力3 a t i o n 8 lt h e o r ya n de x p e r i m e n t s c P r o c e e d i“g so fI E E Ec o n f e r e n c e 彻c o n t r 0 1A p p l i t i o 腿，2 0 0 0：3 7 3 3 7 8 万方数据