数控定子绕线机伺服系统应用实例

图1 数控定子绕线机外观

目前绕线机的市场可谓庞大，品种繁多，有平行绕线机、环型绕线机、定转子绕线机、纺织绕线机等。本文主要介绍的是利用中达CNC数控系统和伺服产品构建出的设备：数控定子绕线机。他的最大特点是可以自动变换绕线方向，所绕的线圈整齐且圈数准确。操作简便，节省人工，提高产量，产品品质好，其绕线、排线、停车、换槽，完全按程序自动执行。排线宽幅可调，圈数准确。生产速度快，并大量节省线材。下面概述如何利用中达的数控和台达的伺服整合此方案。
二、技术和精度要求
客户原用PLC+伺服控制整台设备，因其加工出来的产品的合格率较低，且一些功能无法实现，满足不了市场上需求，故提出开发数控定子绕线机，并且需要控制系统和伺服满足如下条件：
1．伺服运动轴
在机械上，需要三轴的控制坐标系。其中，排线X轴采用伺服电机直接驱动螺距为4mm的滚珠丝杠，在连接工作台做直线运动；飞叉Y轴采用伺服电机驱动1：2的齿轮箱间接传动，做360度的圆周运动；分度Z轴采用伺服电机驱动1：9的齿轮箱间接传动，做360度的圆周运动。这3个轴要求能够联动。
此外，对于飞叉轴来说，由于在运动过程中，机械负载惯量会因为绕线的速度的不同而发生较大的变化，这就要求伺服系统具有优异的稳定性、相应性和对负载变化自适应能力。
2．精度要求
机械回零精度：排线轴0.005mm 飞叉轴+/-1度 分度轴+/-1度
定位精度：0.02mm +/-1度
要求控制系统和伺服系统能够具有检测反馈，来保证机械运动精度。
3．CNC控制系统
因定子绕线机不仅讲究绕的匝数要准确，而且排线出来的密度要均匀，即最少需要两轴之间做插补运算，实现联动；画面可以自由规划；要给客户方便传输加工程序，并且可以对NC程序编辑和存储；控制系统要提供一个D/A口，实现恒张力控制功能。
另外，客户希望数控系统再开放一个轴，以备后用。
三、方案可行性分析
通过对机械设计和控制技术的要求分析，确定采用一台中达电通通用的四轴H4-4上位机控制系统+3套台达B系列交流伺服ASD-B做下位机控制的控制架构。
具体分析如下：
1．中达电通通用数控H4的主要特点：
（1） 独立的伺服接口，可以实现多轴联动。
（2） 电压命令型（V-Comnand）伺服接口，最小解析精度0.001mm，可配合光栅尺或旋转编码器实现闭环、半闭环控制，能够满足精度要求。
（3） 最大响应速度500KPPS编码器反馈，能够满足快速定位的要求。
（4） 控制器内存512K的存储空间，可存储1000个NC加工程序，配合标准的CNC键盘可以轻松的编写加工程序。
（5） 通过CNC简易I/O控制命令和内制PLC开发，能够灵活的实现辅助机能。
（6） 内置可编程PLC，标准配置为24INPUT/16OUTPUT，最大可以在增加32INPUT/32OUTPUT。
（7） 2组D/A输出，2组A/D输入，完全可以满足实现恒张力的控制要求。
通过比较分析，完全可以满足做为上位机的控制要求。
2．台达交流伺服系统的主要特点：
（1） 具有多种控制模式，可与上位控制器灵活配合，应用广泛。
（2） 具有位置P-CURVE和速度S-CURVE功能。
（3） 强健式的控制模式，在负载惯量大范围的变化时，系统仍然可以保持优异的性能。
（4） 丰富的软件功能，方便用户调试。
通过比较分析，台达交流伺服系统完全可以满足做为下位机的控制要求。通过对机械结构、负载惯量、输出扭矩的分析计算，故选用：ASDB 400W*1颗、ASDB 750W*2颗做为下位控制器。

四、功能设计
1、系统架构

2、外观和功能需求
绕线机具有寻原点、点动模式、单次模式、自动模式、编程模式、参数设定、测试输出点功能等多项功能。
（1） 系统操作界面规划
操作界面主要分为以下几个功能区块：
开机画面：
系统在上电后，进入此画面。此时为待机状态，画面的最下一排是功能显示区。
原点模式：
当画面在原点模式下，分别按下X、Y、Z功能键，在按下启动键可以顺次执行回原点；或者可以按下X&Y&Z功能键，在按下启动键三轴同时回原点。

手动模式：
到进入手动模式后，可以分别按下X、Y、Z三轴按键，在按 可以实现前后移动或正反转。速度值的大小可以设定。

自动模式：
在自动模式下，当程式正在运行时，可以观察到目前的各轴的行进情况，目前的加工程式号，参数组别号，当前加工至第几极，以及完成一个工件所需时间。并且可以根据自己的需要，可以实现程式暂停、单步执行。

报警画面：
当出现报警故障出现时，系统会自动停止运行，并且画面会进入到报警画面，故障警号会反白显示出来。只有当把故障排除后，才可以执行其他动作。

设参数功能：
在此功能下，客户会根据实际的工件需要设置相应的参数，并且保存于当前的参数组别下，共可以保存12个工件参数，有6页画面的参数可设。客户也可以根据自己的需要，将参数读出来。

（2） 重要功能的实现
急停：
当设备在使用时，出现任何问题时，按下急停，即可阻止危险动作的发生。松开急停后，系统会按规定的动作程序执行归位。以下为动作流程图。

程序见主控制程式。
读、写参数功能的实现：
客户可根据实际工件规格要求设置相应的参数，并将参数储存于控制器中，目前开放了12个工件参数，同时方便客户直接读参数。程序见主控制程式。
极绕与层绕功能的实现：
不同的工件要求不同的绕制方式，目前有两种：极绕和层绕。极绕根据每个极的总匝数，实现自动排线，自动分层，直至绕制完成。层绕要求每个层的匝数可设，根据总匝数分成好多层，一般线径较粗的用此方式加工。程序见主控制程式。
工件程式的编制：
由于每个工件的极数，绕制方式，以及每个汽缸的动作顺序都有可能不一样，所以要求可以用G代码编写出来，这样从而可以节省不必要的环节，大量节约时间。工件程式的存储个数可以达到900多个，完全可以满足所有工件形式的加工。

3、I/O点规划及接线

五、结束语

该数控定子绕线机控制方案具有控制精度高，系统稳定性强，用户操作灵活的特点，为利用中达CNC系统和台达伺服在绕线机行业上的典型案例。
利用中达电通开放式、全功能通用数控系统，配合台达伺服系统优异的性能，可以灵活地整合出专用的控制系统，提供更有价值的整合方案以满足不同客户与行业的特殊要求。