水轮机活动导叶表面状态数据库建立及磨削控制
摘要
水轮机活动导叶的修复效率和精度不高，一直困扰着各大水电站，本文针对这一问题设计了微机直接控制的专供水轮机活动导叶打磨用的机械手的控制器。该控制器可控五个自由度能方便修复各种形状复杂的水轮机活动导叶。本文介绍了水轮机活动导叶打磨机械手的组成及工作原理、硬件及软件结构，重点说明了采用恒压力的位置／力混合控制算法为基础的水轮机打磨机械手的控制实现和水轮机活动导叶3-D图形显示及用数据库实现数据管理同时特别介绍了利用多线程技术实现磨削过程的实时控制过程。
水轮机活动导叶磨削过程中涉及大量的数据，为此采用数据库来实现数据的管理功能。数据库管理部分给出来水轮机活动导叶数据库的组成，数据处理及其数据库管理模块的实现方法。数据库管理模块是利用面向对象编程语言Visual C++在Microsoft公司的Access数据库平台上开发的基于ADO接口的数据管理模块。通过它可实现对导叶各种数据及报警等状态检测数据的方便调用和灵活管理。
水轮机活动导叶原形及修复后形貌的图形再现模块，采用基于开放式绘图界面图形标准OPENGL为基础，能在水轮机活动导叶图形对话框上显示三维图形的功能模块。该方法将面向对象技术，图形学技术，可视化技术等先进技术在水轮机叶片修复软件中综合运用，较好的实现了叶片形状的再现。主要涉及OpenGL简介及其相关操作，模型数据读取及处理，视区、灯光、材质等参数的设置，模型绘制的两种方法等。
Windows操作系统具有出色的多任务、图形用户接口、性能优越的硬件兼容性以及卓越的32位软件环境但因Windows系统是事件驱动的操作系统，事件的产生是随机的，因此程序下一步做什么也是未知的。因此对于Windows系统实时控制具有更加重要的意义。利用中断技术和多线程技术实现了控制系统的实时任务，包括位置控制、插补计算、信号采集等、图形和数据的实时显示、人机交互接口等功能。
The low efficient and inaccuracy always annoys the great hydraulic power station. This paper presents the constitution of the grinding machine for the repairing hydraulic turbine guide vane with the computer directly controlling and it's hardware and software. It emphasizes on the controlling method based on the position/force control, and it also includes the 3-D graphic showing and the data management with database .
This graphic module is about the showing of the hydraulic turbine blade' standard and after-repairing graph. The method based on the Open Graphic Language (OpenGL) and the 3-D graph can be showed in the graph dialog. This method combined the Graphic technique, Object-Oriented technique and Visualization technique to reappearance the graph of the hydraulic turbine blade. The brief introduction and operation of the OpenGL the read and process of the model data the setup of the view port light and material, the two ways of the plot and so on.
There are many data occurred during the grinding process, so the database is adopted to realize the management of these data. The database management module includes the constitution of the data, the dispose and the realization of the management. This method based on the Microsoft company's software Access. Used the Objection program language Visual C++ and the ADO interface the hydraulic turbine blade's database management module is developed. Through it, the convenient transfer and the facility management can be realized to the all kinds of data.
Although the windows system has many advantage such the multitask the graphical user interface the hardware compatibility and the Win32 software environment, it has itself shortage. Because the Windows is the event-driven system and the random of the event, it is very hard to know the next task. So the real-time control is very important. The interruption technique and the multithread is used to realize the real-time control. The real-time control includes the module of the position control interpolation calculations signal acquisition the graph and data's real-time display and human-machine interface.
水轮机活动导叶磨削过程中涉及大量的数据，为此采用数据库来实现数据的管理功能。数据库管理部分给出来水轮机活动导叶数据库的组成，数据处理及其数据库管理模块的实现方法。数据库管理模块是利用面向对象编程语言Visual C++在Microsoft公司的Access数据库平台上开发的基于ADO接口的数据管理模块。通过它可实现对导叶各种数据及报警等状态检测数据的方便调用和灵活管理。
水轮机活动导叶原形及修复后形貌的图形再现模块，采用基于开放式绘图界面图形标准OPENGL为基础，能在水轮机活动导叶图形对话框上显示三维图形的功能模块。该方法将面向对象技术，图形学技术，可视化技术等先进技术在水轮机叶片修复软件中综合运用，较好的实现了叶片形状的再现。主要涉及OpenGL简介及其相关操作，模型数据读取及处理，视区、灯光、材质等参数的设置，模型绘制的两种方法等。
Windows操作系统具有出色的多任务、图形用户接口、性能优越的硬件兼容性以及卓越的32位软件环境但因Windows系统是事件驱动的操作系统，事件的产生是随机的，因此程序下一步做什么也是未知的。因此对于Windows系统实时控制具有更加重要的意义。利用中断技术和多线程技术实现了控制系统的实时任务，包括位置控制、插补计算、信号采集等、图形和数据的实时显示、人机交互接口等功能。
The low efficient and inaccuracy always annoys the great hydraulic power station. This paper presents the constitution of the grinding machine for the repairing hydraulic turbine guide vane with the computer directly controlling and it's hardware and software. It emphasizes on the controlling method based on the position/force control, and it also includes the 3-D graphic showing and the data management with database .
This graphic module is about the showing of the hydraulic turbine blade' standard and after-repairing graph. The method based on the Open Graphic Language (OpenGL) and the 3-D graph can be showed in the graph dialog. This method combined the Graphic technique, Object-Oriented technique and Visualization technique to reappearance the graph of the hydraulic turbine blade. The brief introduction and operation of the OpenGL the read and process of the model data the setup of the view port light and material, the two ways of the plot and so on.
There are many data occurred during the grinding process, so the database is adopted to realize the management of these data. The database management module includes the constitution of the data, the dispose and the realization of the management. This method based on the Microsoft company's software Access. Used the Objection program language Visual C++ and the ADO interface the hydraulic turbine blade's database management module is developed. Through it, the convenient transfer and the facility management can be realized to the all kinds of data.
Although the windows system has many advantage such the multitask the graphical user interface the hardware compatibility and the Win32 software environment, it has itself shortage. Because the Windows is the event-driven system and the random of the event, it is very hard to know the next task. So the real-time control is very important. The interruption technique and the multithread is used to realize the real-time control. The real-time control includes the module of the position control interpolation calculations signal acquisition the graph and data's real-time display and human-machine interface.
引文
[1] 朱映汇，中国水轮机泥沙磨损及其研究概况，大电机消息，1994．9，30-33
[2] 王松，Visual C++6.0程序设计与开发指南，高等教育出版社，1999．10
[3] 瑞士H.Grein，水力磨蚀的研究与防护，国外大电机，1995．5，77-80
[4] 赖维德，工业机器人技术，国内外机电一体化技术，2001．NO．2，40-43
[5] 德G.Grosse，水力机械磨蚀分析，国外大电机，1995．4，69-75
[6] 郑本英，水电设备焊接技术的发展，大电机技术，1994．5，53-60
[7] 文道维，常用水轮机叶片材料耐磨蚀性能真机实验研究，大电机技术1996．2，49-53
[8] 张伯鹏，机器人工程基础，机械工业出版社，1989
[9] 诸静，机器人与控制技术，浙江大学出版社，1992．10
[10] 吕景瑜，微型计算机接口技术，科学出版社，1996．8
[11] 张旭东，廖先芸，IBM微型机使用接口技术，科学技术文献出版社，1993．8
[12] 谭浩强，C程序设计，清华大学出版社，1997．2
[13] 王士元，C高级使用程序设计，清华大学出版社，1996．7
[14] 康华光，电子技术基础，高等教育出版社，1991．5
[15] 高中毓，王永梁，机电控制工程，清华大学出版社，1994．9
[16] 陈汝全，电子技术常用器件应用手册，机械工业出版社，1994．7
[17] 程守洙，江之永，普通物理学第一册，高等教育出版社，1982．10
[18] 丁丽娟，数值计算方法，北京理工大学出版社，1997．8
[19] 李恩林，微型计算机原理及应用，东北大学出版社，1996．5
[20] 秦曾煌，电工学，电工技术，高等教育出版社，1998，1
[21] 秦曾煌，电工学，电子技术，高等教育出版社，1998，1
[22] 常健生，检测与转换技术，机械工业出版社，2000，5
[23] 陈强 解云龙 廖宝剑 郭建政，机械系统的微机控制，清华大学出版社1999，8
[24] 陈西文，微型计算机系统与接口，成都电子科技大学出版社，1991
[25] 王永章，机床的数字控制技术，哈尔滨工业大学出版社，1998，1
[26] 张根保，自动化制造系统，机械工业出版社，1999，5
[27] 冯敬华，计算机辅助绘图，兵器工业出版社，1997，3
[28] 许振清，水轮机叶片自动堆焊焊炬多自由度控制，1997，7
[29] 王学武，水轮机叶片修复用弧焊机械手的控制，2000，6，
[30] 任玉田 焦振学 王宏甫，机床计算机数控技术，北京理工大学出版社，1996，9
[31] 杨萍 李鹤岐 胡赤兵，水轮机修复专用机器人系统设计，机械工程师 2001，12，10-11
[32] 赵玉刚 周锦进 汪世成，复杂曲面三坐标数字化磁粒光整加工控制系统 中国机械工程，1999，1，1-4
[33] 常程 李金良 阎善权，自动磨削机控制方法的研制，机械工程师 2001，9，40-42
[34] 孙海涛 陈德桂 李兴文 刘庆江，可视化技术在三维磁场分析软件前后处理中的应用，工程图学学报，2002，3，59-63
[35] 朱文宏 陈辉堂 张钟俊，机械手的高精度轨迹跟踪控制研究，机器人 1993，3，1-8
[36] 刘伟 刘景泰 卢桂章，机器人实时数据采集分析系统RTAAS的研制，机器人1993，3，24-28
[37] 韦庆 常文森 张彭，机器人操作器力控制稳定性分析，机器人，1996，5，173-179
[38] 宋开臣 张国雄，自由曲面的非接触扫描测量，中国机械工程，1999，6，661-664
[39] 高军，自有曲面数控加工刀具轨迹优化算法的研究，新技术新工艺，2001，11．16-18
[40] 胡海静 程哗 叶蓓华 王长芝，快速探测的坐标测量机动态误差计算分析，制造技术与机床，2002，9，36-40
[41] 张鑫 员超 张刚 赵雁南 王家钦，大型复杂曲面钢板水火成型机器人系统研究，机器人，2002，7，41-46
[42] Landis Gardner Waynesboro, Automotive grinding, Tooling& Production,V64.1998.9 65-67
[43] Prof.tng.habil, Computer-aided Process Control System For Robot Metal-arc Active Gas Welding of Thin Sheets,Welding and Cutting, 1992.9
[44] D.L. Butlera, L.A.Bluntb, B.K. Seec, J.A. Websterd, K.J. Stoutb, The characterisation of grinding wheels using 3D surface measurement techniques,Journal of Materials Processing Technology V127.2002.234-237
[45] H. Huanga, Z.M. Gonga, X.Q. Chena, L. Zhoub, Robotic grinding and polishing for turbine-vane overhaul, Journal of Materials Processing Technology V127.2002.140-145
[46] Anna Puig, LluPerez-Vidal, DaniTost, 3D simulation of tool machining Computers &Graphics, V27.2003.99-106
[47] Sacmi, What's New: Milling and Grinding, The American Ceramic Society Bulletin, V77.1998.2.48--49
[48] Ohmori H, Robots for Cutting and Welding, Welding Design and Fabrication,1997.12
[49] Jean-LucFihey, A Portable Robotic System for the Insitu Repair If Cavitations Damages in Hydraulic Turbine Runners ,CEA Cavitations Workshop, 1994.3
[50] Hoche. Developing an Object Oriented Frame Work for the Control of Small Manufacturing Cells, Computer Integrated Manufacturing Systems ,Vol. 9 1996.4.200-205
[51] Industrial Robots-Combining Dynamic Performance and Low Energy Consumption, Welding Review International. 1997.5.100-107
[52] Kim. J. Dlee, Advanced manufacturing techniques and investmentfor world—class operation, Precision Dolmaker, 1997.15.23—24
[53] Sacmi, What's New: Milling and Grinding, The American CeramicSociety Bulletin, V77.1998.2.48—49
[54] J.N & SedaCosta, Position Sensing and Motor Control in Industrial Robotics [J], IEEE International System on Industrial Electronics, Vo13.866-871
[55] Kim Gauen. Designing a Dc Servo Positioning using a Microcomputer [J],Control Engineering, July. 1993. p80-83
[56] A. Agogino, S. Russell&R. Guha, Application to Milling Machine Monitoring and Control, Artificial Intelligence in Engineering, 1988.3.333-357
[2] 王松，Visual C++6.0程序设计与开发指南，高等教育出版社，1999．10
[3] 瑞士H.Grein，水力磨蚀的研究与防护，国外大电机，1995．5，77-80
[4] 赖维德，工业机器人技术，国内外机电一体化技术，2001．NO．2，40-43
[5] 德G.Grosse，水力机械磨蚀分析，国外大电机，1995．4，69-75
[6] 郑本英，水电设备焊接技术的发展，大电机技术，1994．5，53-60
[7] 文道维，常用水轮机叶片材料耐磨蚀性能真机实验研究，大电机技术1996．2，49-53
[8] 张伯鹏，机器人工程基础，机械工业出版社，1989
[9] 诸静，机器人与控制技术，浙江大学出版社，1992．10
[10] 吕景瑜，微型计算机接口技术，科学出版社，1996．8
[11] 张旭东，廖先芸，IBM微型机使用接口技术，科学技术文献出版社，1993．8
[12] 谭浩强，C程序设计，清华大学出版社，1997．2
[13] 王士元，C高级使用程序设计，清华大学出版社，1996．7
[14] 康华光，电子技术基础，高等教育出版社，1991．5
[15] 高中毓，王永梁，机电控制工程，清华大学出版社，1994．9
[16] 陈汝全，电子技术常用器件应用手册，机械工业出版社，1994．7
[17] 程守洙，江之永，普通物理学第一册，高等教育出版社，1982．10
[18] 丁丽娟，数值计算方法，北京理工大学出版社，1997．8
[19] 李恩林，微型计算机原理及应用，东北大学出版社，1996．5
[20] 秦曾煌，电工学，电工技术，高等教育出版社，1998，1
[21] 秦曾煌，电工学，电子技术，高等教育出版社，1998，1
[22] 常健生，检测与转换技术，机械工业出版社，2000，5
[23] 陈强 解云龙 廖宝剑 郭建政，机械系统的微机控制，清华大学出版社1999，8
[24] 陈西文，微型计算机系统与接口，成都电子科技大学出版社，1991
[25] 王永章，机床的数字控制技术，哈尔滨工业大学出版社，1998，1
[26] 张根保，自动化制造系统，机械工业出版社，1999，5
[27] 冯敬华，计算机辅助绘图，兵器工业出版社，1997，3
[28] 许振清，水轮机叶片自动堆焊焊炬多自由度控制，1997，7
[29] 王学武，水轮机叶片修复用弧焊机械手的控制，2000，6，
[30] 任玉田 焦振学 王宏甫，机床计算机数控技术，北京理工大学出版社，1996，9
[31] 杨萍 李鹤岐 胡赤兵，水轮机修复专用机器人系统设计，机械工程师 2001，12，10-11
[32] 赵玉刚 周锦进 汪世成，复杂曲面三坐标数字化磁粒光整加工控制系统 中国机械工程，1999，1，1-4
[33] 常程 李金良 阎善权，自动磨削机控制方法的研制，机械工程师 2001，9，40-42
[34] 孙海涛 陈德桂 李兴文 刘庆江，可视化技术在三维磁场分析软件前后处理中的应用，工程图学学报，2002，3，59-63
[35] 朱文宏 陈辉堂 张钟俊，机械手的高精度轨迹跟踪控制研究，机器人 1993，3，1-8
[36] 刘伟 刘景泰 卢桂章，机器人实时数据采集分析系统RTAAS的研制，机器人1993，3，24-28
[37] 韦庆 常文森 张彭，机器人操作器力控制稳定性分析，机器人，1996，5，173-179
[38] 宋开臣 张国雄，自由曲面的非接触扫描测量，中国机械工程，1999，6，661-664
[39] 高军，自有曲面数控加工刀具轨迹优化算法的研究，新技术新工艺，2001，11．16-18
[40] 胡海静 程哗 叶蓓华 王长芝，快速探测的坐标测量机动态误差计算分析，制造技术与机床，2002，9，36-40
[41] 张鑫 员超 张刚 赵雁南 王家钦，大型复杂曲面钢板水火成型机器人系统研究，机器人，2002，7，41-46
[42] Landis Gardner Waynesboro, Automotive grinding, Tooling& Production,V64.1998.9 65-67
[43] Prof.tng.habil, Computer-aided Process Control System For Robot Metal-arc Active Gas Welding of Thin Sheets,Welding and Cutting, 1992.9
[44] D.L. Butlera, L.A.Bluntb, B.K. Seec, J.A. Websterd, K.J. Stoutb, The characterisation of grinding wheels using 3D surface measurement techniques,Journal of Materials Processing Technology V127.2002.234-237
[45] H. Huanga, Z.M. Gonga, X.Q. Chena, L. Zhoub, Robotic grinding and polishing for turbine-vane overhaul, Journal of Materials Processing Technology V127.2002.140-145
[46] Anna Puig, LluPerez-Vidal, DaniTost, 3D simulation of tool machining Computers &Graphics, V27.2003.99-106
[47] Sacmi, What's New: Milling and Grinding, The American Ceramic Society Bulletin, V77.1998.2.48--49
[48] Ohmori H, Robots for Cutting and Welding, Welding Design and Fabrication,1997.12
[49] Jean-LucFihey, A Portable Robotic System for the Insitu Repair If Cavitations Damages in Hydraulic Turbine Runners ,CEA Cavitations Workshop, 1994.3
[50] Hoche. Developing an Object Oriented Frame Work for the Control of Small Manufacturing Cells, Computer Integrated Manufacturing Systems ,Vol. 9 1996.4.200-205
[51] Industrial Robots-Combining Dynamic Performance and Low Energy Consumption, Welding Review International. 1997.5.100-107
[52] Kim. J. Dlee, Advanced manufacturing techniques and investmentfor world—class operation, Precision Dolmaker, 1997.15.23—24
[53] Sacmi, What's New: Milling and Grinding, The American CeramicSociety Bulletin, V77.1998.2.48—49
[54] J.N & SedaCosta, Position Sensing and Motor Control in Industrial Robotics [J], IEEE International System on Industrial Electronics, Vo13.866-871
[55] Kim Gauen. Designing a Dc Servo Positioning using a Microcomputer [J],Control Engineering, July. 1993. p80-83
[56] A. Agogino, S. Russell&R. Guha, Application to Milling Machine Monitoring and Control, Artificial Intelligence in Engineering, 1988.3.333-357