基于485总线和ZigBee的滚焊机多电机控制系统设计

摘要

目前，市场上的滚焊机多以加工圆形钢筋骨架为主，对于异形钢筋骨架的加工效率低，且常规的滚焊机在环筋与纵筋焊焊接的过程中钢筋骨架的横截面无法改变。市面上滚焊机控制系统多采用继电器控制方式或PLC控制方式，既影响了滚焊机的加工效率，也阻碍了滚焊机自动化程度的提高。所以，人们急需提高滚焊机控制系统的适用性与功能性，以便匹配更加新颖的滚焊机机械结构，以此实现异形钢筋骨架加工的高效率和高自动化。
　　本文以扬州某企业所生产的异形管钢筋骨架自动变径滚焊机作为研究对象，对其结构和工作原理进行分析，提出了一套最适合此种滚焊机实际工况的多电机控制系统方案。本文主要研究内容从以下几个方面进行阐述：
　　（1）根据异形管钢筋骨架自动变径滚焊机的工作特性，提出了基于PLC网络和基于485总线的两种不同滚焊机多电机控制系统方案，并在485总线方案中使用ZigBee无线传输技术，在对比和分析两种控制系统方案的结构特点、系统成本、可靠性以及适用范围后优选基于485总线和ZigBee的滚焊机多电机控制系统方案，并针对该控制方案设计了详细的软硬件配置。
　　（2）分析异形管钢筋骨架自动变径滚焊机在加工不同横截面钢筋骨架时48根纵筋的自动变径方式，考虑到变径机构上48台步进电机在钢筋骨架焊接的过程中也会随机构转动问题，且过多的电机随机构转动必然产生复杂的接线问题，设计了基于ZigBee无线传输技术的滚焊机多电机运动控制系统，并对滚焊机的多步进电机ZigBee控制网络的搭建与实施进行详细设计与分析。
　　（3）针对滚焊机对变横面钢筋骨架的加工需求，提出了滚焊机变径机构中48台步进电机同步控制要求，从多电机同步的控制结构和控制策略两个方面进行分析和研究，设计了基于变论域模糊PID的改进型相邻偏差耦合控制结构方案，并采用Matlab/Simulink对所设计的多电机同步控制方案进行仿真和校验。
　　（4）基于Visual Studio2012平台开发上位机控制软件，对控制软件进行详细的功能架构设计，并对软件中关键的功能模块进行具体分析，同时阐述了滚焊机在运行过程中关键性程序的设计与思路，并在软件中对所设计多电机同步控制策略进行实际的加工验证。采用SQL Server2012作为数据库开发平台，针对滚焊机的实际工况建立了详细的信息资料数据库。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 滚焊机设备国内外研究现状

1.3 相关技术介绍

1.4 本文研究的主要内容与结构

1.4本章小结

第2章 基于ZigBee的滚焊机多电机控制系统方案设计

2.1 异形管钢筋骨架自动变径滚焊机简介

2.2 控制系统方案优选

2.3 控制系统软硬件配置

2.4 本章小结

第3章 ZigBee技术在滚焊机多电机运动控制系统中的应用

3.1 多电机运动控制系统架构设计与分析

3.2 系统硬件选型

3.3 系统通讯设置

3.4 滚焊机ZigBee网络的实施与应用

3.5 本章总结

第4章 滚焊机多电机同步控制策略研究

4.1 滚焊机多电机同步控制需求分析

4.2 基于变论域模糊PID的改进型相邻偏差耦合控制结构设计

4.3 滚焊机步进电机的选型以及数学模型的建立

4.4 基于变论域模糊PID的多电机控制系统仿真

4.5本章小结

第5章 滚焊机多电机控制系统上位机软件设计与实现

5.1 系统软件功能设计

5.2 系统软件程序设计思路

5.3 多电机同步控制策略在系统中的应用

5.4 系统数据库设计

5.5 本章总结

结论与展望

1.本文总结

2.研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文及参与的科研项目

致谢