精焊机运动控制系统的研制

发布时间：2017-08-01 00:14

  本文关键词：精焊机运动控制系统的研制

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【摘要】：近几年,随着我国长输管线的大规模建设,对钢管的质量要求也越来越高,对钢管的制造技术也提出了新的要求,螺旋埋弧焊接钢管行业从国外引进了预精焊技术,满足了钢管的质量和技术的要求。预精焊技术从国外进口花费了大量的资金,而国外企业设置了很高的技术壁垒。预精焊焊接技术的控制软件和控制系统是这套系统的核心技术,本文重点研究了预精焊技术精焊机的运动控制系统,为预精焊设备国产化提供一点微薄的力量。本文首先描述了精焊机运动系统的机械设备和工艺流程,分析了钢管在精焊机工段生产中的三种主要运动：直线运动,原地旋转和螺旋运动,建立这三种运动的力学模型,并对钢管在这三种运动中匀速运动、加速运动和减速运动所受到的力进行了计算和分析,为运动控制系统的建立提供了力学理论支持和控制要求。研究了现代运动控制技术的发展状况,并对运动系统的相关的伺服驱动、伺服电机、工业以太网总线、编码器和系统控制器等技术进行了分析,在此基础上设计了精焊机运动控制系统的硬件控制方案；然后分析TwinCAT软件开发平台各种性能和特点,采用基于虚拟NC主轴的同步多轴控制模型,设计了多轴同步伺服控制为核心的软件系统。软硬件系统设计完成后,在现场对精焊机运动控制系的动态性能进行了调试和测试,主要的是控制回路的PID参数进行了测试和优化,并对钢管在精焊机段的生产流程的控制程序进行了测试。经过实际生产的检验,本文设计的精焊机运动控制系统显示出十分优异的性能,运行稳定,步调一致,动作瞬速,很好地满足了钢管在精焊机生产的要求。
【关键词】：螺旋焊接钢管 运动控制 TwinCAT 伺服驱动
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG43;TP273
【目录】：

• 摘要11-12
• ABSTRACT12-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 螺旋焊管的发展形势13
• 1.2 精焊机的驱动形式13-17
• 1.2.1 门式上驱动方式14-15
• 1.2.2 螺旋下驱动方式15-16
• 1.2.3 螺旋埋弧焊管精焊机的两种驱动综述16-17
• 1.3 运动控制技术的发展应用现状17-18
• 1.4 本文研究的主要内容18-19
• 第2章 钢管运动系统的动力学分析19-35
• 2.1 精焊机钢管运动系统机械组成19-20
• 2.2 旋辊工艺参数设计20-25
• 2.2.1 已确定工艺参数20-22
• 2.2.2 旋辊组间距22
• 2.2.3 包角γ22-25
• 2.3 动力学分析25-33
• 2.3.1 钢管受力25-27
• 2.3.2 均速运动受力分析27-28
• 2.3.3 加速(减速)运动的必要性及限制28-29
• 2.3.4 直线加速29-30
• 2.3.5 旋转加速30
• 2.3.6 螺旋加速30-33
• 2.4 参数设计及选择33-34
• 2.4.1 包角33
• 2.4.2 旋辊最大加速度33
• 2.4.3 钢管最大运行速度33-34
• 2.4.4 电机参数要求34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 电气系统设计35-47
• 3.1 控制器35-36
• 3.2 伺服电机36-38
• 3.3 编码器38-40
• 3.3.1 增量式编码器38-39
• 3.3.2 绝对值式编码器39
• 3.3.3 多圈绝对值式编码器39-40
• 3.3.4 混合式光电编码器40
• 3.4 伺服驱动器40-41
• 3.5 工业以太网41-45
• 3.5.1 工业以太网性能分析41-43
• 3.5.2 工业以太网市场潜力分析43-44
• 3.5.3 精焊机工业以太网架构44-45
• 3.6 本章小结45-47
• 第4章 软件系统设计47-59
• 4.1 TwinCAT软件平台概述47-50
• 4.1.1 TwinCAT软件平台架构47-48
• 4.1.2 TwinCAT System Manager介绍48-49
• 4.1.3 TwinCAT PLC Control介绍49-50
• 4.2 多轴同步控制策略50-52
• 4.2.1 主从式多轴同步控制50-51
• 4.2.2 虚拟主轴同步控制51
• 4.2.3 交叉偶合同步控制51-52
• 4.2.4 多轴同步策略选择52
• 4.3 TwinCAT PLC Control程序设计52-57
• 4.3.1 常用模块的功能53-56
• 4.3.2 PLC控制主要程序设计56-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第5章 控制系统配置和调试59-71
• 5.1 TwinCAT NC介绍59
• 5.2 TwinCAT NC控制周期设置59
• 5.3 轴的建立和链接59-62
• 5.4 伺服驱动AX5000的配置62-63
• 5.5 实轴和虚拟NC主轴的耦合63-64
• 5.6 控制系统的调试64-70
• 5.6.1 速度环调试64-67
• 5.6.2 位置环测试67-70
• 5.7 控制系统应用案例70
• 5.8 本章小结70-71
• 第6章 总结和展望71-73
• 6.1 总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-75
• 致谢75-76
• 学位论文评阅及答辩情况表76

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本文编号：601724