0 前言

　　繞線機主要用于電機、電器繞組的制造，是電子工業(yè)中的重要工裝設(shè)備。隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，汽車、摩托車及電動設(shè)備等對轉(zhuǎn)子的需求量越來越大，要求越來越高。老式繞線機在使用時存在一些功能缺陷：匝數(shù)記數(shù)不清，在繞制細微漆包線時出現(xiàn)無法達到整齊排線，繞線張力無法控制等問題，這些嚴重影響了繞線的質(zhì)量。而近年來PLC以其模塊化的結(jié)構(gòu)、豐富的I／O接口、編程簡單易學和抗干擾能力強、可靠性高等諸多優(yōu)勢被廣泛應用于各個領(lǐng)域，特別是工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制中。在雙飛叉繞線機中采用PLC和觸摸屏相結(jié)合的方式進行柔性化控制，使電控系統(tǒng)簡潔緊湊，控制系統(tǒng)故障率低，軟、硬件模塊便于修改和維護，具有高可靠性，可大大提高生產(chǎn)率。

1 繞線機的工作原理

　　雙飛叉數(shù)控全自動轉(zhuǎn)子繞線機采用的是有三套伺服電機的控制系統(tǒng)，兩個電機用于雙飛叉，一個電機用于分度。控制系統(tǒng)主要采用氣動控制，氣動系統(tǒng)主要由電磁閥和氣缸并配合傳感器來實現(xiàn)。為便于程序控制和檢修，整機可分為手動操作和自動操作兩種，因而對應的輸入輸出點數(shù)就較多，若采用機械連接方式，則會大大增加硬件模塊及電氣連線，相應故障率也會大大增加。所以可采用PLC和觸摸屏相結(jié)合的方案。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)框圖

　　1.1 繞線部分

　　為提高繞線機的工作效率，繞線部分采用雙飛叉結(jié)構(gòu)同時繞線，兩個繞線頭由兩臺電機分別驅(qū)動，因而使得整機的結(jié)構(gòu)相對來說比較簡單，繞線伺服電機通過同步帶傳動至繞線主軸上，傳動速比可以根據(jù)繞線線徑的要求設(shè)計，以滿足不同線徑的電機繞線生產(chǎn)效率的要求。兩個繞線箱體通過四個直線軸承固定在臺面板上，繞線箱體的前后運動由粗夾緊氣缸及精夾緊氣缸來驅(qū)動，同時完成繞線模的微量進退，以配合分度電機實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的分度。

　　1.2 分度部分

　　分度部分的電機也是采用伺服電機，通過同步帶傳給分度軸，夾緊氣缸推動分度軸使彈簧夾頭夾緊轉(zhuǎn)子。平行氣缸推動鉤線外套，配合分度電機實現(xiàn)轉(zhuǎn)子整流子的自動掛鉤。鉤線套固定在箱體上，松開三個固定螺釘，可以調(diào)整鉤線套的掛鉤角度。整個箱體通過導軌固定在臺面上，可以前后移動，以調(diào)整轉(zhuǎn)子疊片在繞線模間的位置。

　　1.3 張力部分

　　張力部分采用電控張力器，漆包線通過夾緊毛氈，產(chǎn)生一定的預張力，然后在張力輪上纏繞3至5圈，通過導輪進入彈力臂，彈力臂的作用主要能使漆包線始終處于拉緊狀態(tài)，再通過導輪進入繞線主軸。電控張力器的核心部分是電控張力單元，通過給它加上不同的電壓，在它的輸出軸上產(chǎn)生不同的靜力矩，從而帶動張力輪使漆包線產(chǎn)生不同的張力。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　PLC是整個控制系統(tǒng)構(gòu)成的核心，動作傳輸信號采用按鈕、接近開關(guān)、磁性開關(guān)等與PLC輸入端相連，PLC輸出端直接和主要控制信號的電磁閥、指示燈，報警信號等相連。各種控制邏輯及時間控制全在PLC內(nèi)部實現(xiàn)，工作過程可在觸摸屏上進行動態(tài)顯示。根據(jù)數(shù)控全自動轉(zhuǎn)子繞線機的加工要求及生產(chǎn)工藝的要求，我們選用FX2N一80MR可編程控制器，F(xiàn)X—J2系列交流伺服放大器及交流伺服電機，氣動元件和高精度軸承。人機界面選用F940GOT—SWD圖示操作終端。將觸摸屏畫面使用專用軟件在計算機上設(shè)計完成后，再通過計算機的RS-232C串行通迅口下載到觸摸屏。

　　系統(tǒng)電氣控制原理圖如2所示。

圖2系統(tǒng)電氣控制原理圖

　　根據(jù)加工工藝要求對輸入輸出地址進行分配，I／O端口的地址分配分別為輸入36點，輸出37點，而FX2N一80MR是PLC中功能強大的小型PLC，利用FX．win—C進行PLC程序設(shè)計，它支持梯形圖、指令表及功能圖等編程方式，具有結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的優(yōu)點，在這里主要是以梯形圖的方式編制，分為控制部分和報警兩部分。觸摸屏設(shè)計選用F940GOT·SWD來完成。

圖3系統(tǒng)流程

　　本機采用雙飛叉繞線，故需要三個電機，一個分度電機，兩個繞線電機，而參數(shù)設(shè)定包括分度加速時間、分度速度，鉤槽移位角度，繞線加速時間、繞線速度、繞線位擺角、擺線加速時間、擺線速度、鉤線位擺角、回零加速時間、回零速度、剪線輔助轉(zhuǎn)角等。根據(jù)轉(zhuǎn)子型號需設(shè)定轉(zhuǎn)子的總槽數(shù)、元件匝數(shù)、鉤槽比、繞線方向等。要使繞制出的轉(zhuǎn)子不傷線，就一定要設(shè)置合理的待機張力、鉤線張力和繞線張力等。參數(shù)的設(shè)定最好在整機調(diào)試時利用觸摸屏系統(tǒng)顯示畫面進行監(jiān)視，調(diào)整。

　調(diào)試過程中如果參數(shù)設(shè)置不合理或氣缸磁性開關(guān)動作不到位或接近開關(guān)故障時要及時進行相應的報警，所以在PLC程序設(shè)計中就要逐段檢測，有各種報警提示，用戶畫面制作中也有相應界面進行自動切換。

4 觸摸屏部分

　　觸摸屏是觸摸式彩色液晶監(jiān)視屏的簡稱，是一種全新的監(jiān)控設(shè)備。通過觸摸屏的操作界面，可以方便地控制繞線機的運行動作、并能隨時觀察到當前的運行狀態(tài)。顯示的畫面色彩柔和、圖案清晰，所有操作界面和提示信息可全部中文顯示，操作過程一目了然。觸摸屏是可編程的，因此所有工作界面和相應參數(shù)均可根據(jù)要求及時進行更改和調(diào)整。觸摸屏的設(shè)計包括創(chuàng)建畫面和信息，并將它們和PLC程序相配合。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，設(shè)計了啟動，狀態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)定、手動控制和I／O檢測等界面組成，顯示畫面主要分為用戶制作畫面和系統(tǒng)畫面。

　　4.1 用戶制作畫面

　　用戶制作畫面具有顯示功能、監(jiān)視功能、數(shù)據(jù)變更功能和開關(guān)功能。圖4即為繞線機的自動加工過程的一個用戶制作面。

圖4自動加工運行監(jiān)視畫面

　　初始狀態(tài)所有電磁閥均處于原始復位狀態(tài)，按下啟動按鈕此時安全門關(guān)上，電機處于自動工作狀態(tài)。粗夾磁性開關(guān)檢測是否到位，精夾磁性開關(guān)調(diào)整至合適位置后，初定位完成，由大氣缸控制夾緊轉(zhuǎn)子，飛叉動作至繞線位。然后進行第一次移位，精夾磁性開關(guān)后退，掛線鉤轉(zhuǎn)位到鉤線位置，平行氣缸后退，將勾線套后拉，進行勾線，計數(shù)器會對勾線次數(shù)進行計數(shù)。一次勾線完成平行氣缸前進，轉(zhuǎn)子進行第二次移位，開始繞線動作，同時計數(shù)器計錄所繞匝數(shù)，繞完設(shè)定匝數(shù)后，分度電機旋轉(zhuǎn)一定角度重復進行勾線、繞線動作直至整個轉(zhuǎn)子繞線完成。輔助剪線電磁閥將線拉至一定角度，平行氣缸前推，將線剪斷。整體復位。所有過程可在觸摸屏的運行監(jiān)視畫面上顯示。

　　畫面右上角的#：##：##為系統(tǒng)時間顯示。畫面下方的已繞槽數(shù)：###；已繞鉤數(shù)：###；已繞匝數(shù)：##；左張力##.#；右張力###.#；班產(chǎn)量###等均為實時顯示，隨工作過程變化而不斷變化，前一動作完成，后一動作才有效，且正在動作處顯示高亮。繞線完畢，提示送料。當按下清零按鈕后，所有顯示復零。

　　4.2 系統(tǒng)畫面

　　系統(tǒng)畫面具有監(jiān)視功能、數(shù)據(jù)采樣功能和報警功能。

　　在整機聯(lián)調(diào)過程中系統(tǒng)畫面的使用相對比較頻繁，尤其是監(jiān)視功能和數(shù)據(jù)采樣功能的運用。在計算機上進行PLC的程序設(shè)計后，利用RS一232C傳輸線將程序和已制作好的用戶畫面下載到F940GOT上逐段調(diào)試以監(jiān)控繞線機運行情況。

5 結(jié)束語

　　PLC是整機的控制核心，采用PLC設(shè)計系統(tǒng)，利用程序內(nèi)部軟觸點代替以前的機械觸點，程序內(nèi)部計數(shù)器代替以住的拔碼計數(shù)器，且配合觸摸屏的使用，可以縮短設(shè)計周期，安裝調(diào)試十分方便，簡化了現(xiàn)場操作，提高了控制程序和人機界面的靈活性，并提供了完美的實時監(jiān)視功能，使系統(tǒng)性能更加安全可靠。此系統(tǒng)有較廣泛的推廣應用前景，稍加改進和完善后，可以直接應用到汽車、摩托車等各行業(yè)中去。