[发明专利]一种复合材料自动铺丝机控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式控制和各单元同步触发的复合材料自动铺丝机控制系统，具体包括：(1)铺丝头单元控制，采用PLC控制各路丝束的切割阻止、重送、加热、铺压等；(2)运动机构单元控制，采用工业机器人自带的控制系统；(3)供料系统单元控制，采用PLC控制各路丝束在恒温、恒湿环境下实现恒张力输送。(4)总控单元，在铺放每段路径前，给运动机构控制系统下传待铺放路径的序号指令，给铺丝头PLC和供料系统PLC下传时间节点操作指令；由总控单元启动一段路径铺放任务，各单元之间使用同一时钟信号(如定时器、内部时钟或外部时钟等触发)协调，实现各工艺参数的协同控制；铺放过程中，总控单元实时监控各单元的工作状态。本发明公开的复合材料自动铺丝机控制系统，系统易行、有效、成本较低、操作方便。

技术领域

本发明属于复合材料构件的自动铺放技术领域，尤其涉及一种可实现复合材料丝束独立切割阻止、重送、铺压等功能的自动铺丝机的控制系统。

背景技术

复合材料构件具有高比强度、高比模量、耐疲劳性好、耐腐蚀性好、成形工艺性好、减振性好等优点，现已被逐渐应用于航空、航天、舰船、交通、新能源(风力发电)等领域，且用量逐年递增(年增长率>10％)。

目前，复合材料构件的制造大多采用手工、缠绕、缝纫、自动铺带机和自动铺丝机等技术。手工铺放具有工作范围小、定位差、铺放效率低、铺放压力控制精度低、铺放厚度和角度无法精确保证、质量不稳定、劳动强度大、人力投入多等不足；以自动铺带机和自动铺丝机为代表的自动铺放技术是实现复合材料构件低成本、高性能、高效率制造的重要手段之一。自动铺带机，主要用于大尺寸、中小曲率构件的制造；自动铺丝机，丝束带宽可变，即可独立控制每根纤维丝束的输送、切断阻止、重送等功能，铺放角度可连续变化，能够适应大曲率复杂构件的铺放成形，因此可铺放的复合材料构件范围更广，且废料率更低。

国外自上世纪60年代和70年代开始研究复合材料自动铺带和自动铺丝技术，于上个世纪90年代已形成成熟的系列化产品。由于产品禁运和技术封锁，国内目前大多仍以手工铺放为主，其自动铺放技术方面的产品研制还处于样机阶段。

复合材料自动铺丝机一般由铺丝头单元、运动机构单元(如工业机器人或龙门机构)、供料系统单元、总控单元等组成。铺丝头单元固定于运动机构末端；供料系统单元搭载在运动机构单元上，随运动机构单元的某线性轴(如工业机器人的线性导轨)一起运动。铺丝机的控制系统需要实现多轴同步运动控制、各单元的协调控制、各工艺参数的协同控制，具体包括：控制铺丝头单元实现丝束切割阻止、重送、加热、铺压等动作；控制运动机构单元按照已规划好的铺放路径精确运动；控制供料系统在恒温恒湿环境下恒张力输送给铺丝头上的铺压辊。目前，铺丝机控制系统中的多轴同步运动控制采用了数控系统(如西门子840D)、PMAC或UMAC运动控制器等集中式控制，价格昂贵，操作复杂，维护成本高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了基于分布式控制和各单元同步触发的复合材料自动铺丝机的控制系统，以较低的成本实现了相同的功能，并具有操作简单、维修成本低的优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种复合材料自动铺丝机控制系统，包括总控单元模块和分控单元模块组，其中分控单元模块组包含铺丝头单元控制模块、运动机构单元控制模块、供料系统单元控制模块，总控单元模块通过信号线分别与分控单元模块组中各控制模块相连，分控单元模块组中各控制模块采用同一时钟信号协调工作。

优选的，所述的铺丝头单元控制模块为PLC控制器，该PLC控制器中设置的控制模块包含切割模块、重送模块、加热模块、铺压模块；所述的供料系统单元控制模块为PLC控制器，用于控制多路丝束在恒温、恒湿环境下实现恒张力输送。

优选的，总控单元模块设置有监控子模块，用于监控分控单元模块组中各控制模块中的工作状态数据。

优选的，分控单元模块组中各控制模块共用一个外部时钟信号发生器产生同步信号。