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以其模塊化的結構、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構同時繞線，兩個繞線頭由兩臺電機分別驅(qū)動，因而使得整機的結構相對來說比較簡單，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)硬件設計

　　PLC是整個控制系統(tǒng)構成的核心，動作傳輸信號采用按鈕、接近開關、磁性開關等與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程序設計，它支持梯形圖、指令表及功能圖等編程方式，具有結構化程序設計的優(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，就一定要設置合理的待機張力、鉤線張力和繞線張力等。參數(shù)的設定最好在整機調(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)設置不合理或氣缸磁性開關動作不到位或接近開關故障時要及時進行相應的報警，所以在PLC程序設計中就要逐段檢測，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，設計了啟動，狀態(tài)顯示、參數(shù)設定、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上，電機處于自動工作狀態(tài)。粗夾磁性開關檢測是否到位，精夾磁性開關調(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 結束語

　　PLC是整機的控制核心，采用PLC設計系統(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。