0 前言
绕线机主要用于电机、电器绕组的制造，是电子工业中的重要工装设备。随着我国国民经济的迅速发展，汽车、摩托车及电动设备等对转子的需求量越来越大，要求越来越高。老式绕线机在使用时存在一些功能缺陷：匝数记数不清，在绕制细微漆包线时出现无法达到整齐排线，绕线张力无法控制等问题，这些严重影响了绕线的质量。而近年来PLC以其模块化的结构、丰富的I／O接口、编程简单易学和抗干扰能力强、可靠性高等诸多优势被广泛应用于各个领域，特别是工业生产过程的自动控制中。在双飞叉绕线机中采用PLC和触摸屏相结合的方式进行柔性化控制，使电控系统简洁紧凑，控制系统故障率低，软、硬件模块便于修改和维护，具有高可靠性，可大大提高生产率。
1 绕线机的工作原理
双飞叉数控全自动转子绕线机采用的是有三套伺服电机的控制系统，两个电机用于双飞叉，一个电机用于分度。控制系统主要采用气动控制，气动系统主要由电磁阀和气缸并配合传感器来实现。为便于程序控制和检修，整机可分为手动操作和自动操作两种，因而对应的输入输出点数就较多，若采用机械连接方式，则会大大增加硬件模块及电气连线，相应故障率也会大大增加。所以可采用PLC和触摸屏相结合的方案。系统框图如图1所示。
图1系统框图
1.1 绕线部分
为提高绕线机的工作效率，绕线部分采用双飞叉结构同时绕线，两个绕线头由两台电机分别驱动，因而使得整机的结构相对来说比较简单，绕线伺服电机通过同步带传动至绕线主轴上，传动速比可以根据绕线线径的要求设计，以满足不同线径的电机绕线生产效率的要求。两个绕线箱体通过四个直线轴承固定在台面板上，绕线箱体的前后运动由粗夹紧气缸及精夹紧气缸来驱动，同时完成绕线模的微量进退，以配合分度电机实现转子的分度。
1.2 分度部分
分度部分的电机也是采用伺服电机，通过同步带传给分度轴，夹紧气缸推动分度轴使弹簧夹头夹紧转子。平行气缸推动钩线外套，配合分度电机实现转子整流子的自动挂钩。钩线套固定在箱体上，松开三个固定螺钉，可以调整钩线套的挂钩角度。整个箱体通过导轨固定在台面上，可以前后移动，以调整转子叠片在绕线模间的位置。
1.3 张力部分
张力部分采用电控张力器，漆包线通过夹紧毛毡，产生一定的预张力，然后在张力轮上缠绕3至5圈，通过导轮进入弹力臂，弹力臂的作用主要能使漆包线始终处于拉紧状态，再通过导轮进入绕线主轴。电控张力器的核心部分是电控张力单元，通过给它加上不同的电压，在它的输出轴上产生不同的静力矩，从而带动张力轮使漆包线产生不同的张力。
2 系统硬件设计
PLC是整个控制系统构成的核心，动作传输信号采用按钮、接近开关、磁性开关等与PLC输入端相连，PLC输出端直接和主要控制信号的电磁阀、指示灯，报警信号等相连。各种控制逻辑及时间控制全在PLC内部实现，工作过程可在触摸屏上进行动态显示。根据数控全自动转子绕线机的加工要求及生产工艺的要求，我们选用FX2N一80MR可编程控制器，FX—J2系列交流伺服放大器及交流伺服电机，气动元件和高精度轴承。人机界面选用F940GOT—SWD图示操作终端。将触摸屏画面使用专用软件在计算机上设计完成后，再通过计算机的RS-232C串行通迅口下载到触摸屏。
系统电气控制原理图如2所示。
图2系统电气控制原理图
根据加工工艺要求对输入输出地址进行分配，I／O端口的地址分配分别为输入36点，输出37点，而FX2N一80MR是PLC中功能强大的小型PLC，利用FX．win—C进行PLC程序设计，它支持梯形图、指令表及功能图等编程方式，具有结构化程序设计的优点，在这里主要是以梯形图的方式编制，分为控制部分和报警两部分。触摸屏设计选用F940GOT·SWD来完成。
图3系统流程
本机采用双飞叉绕线，故需要三个电机，一个分度电机，两个绕线电机，而参数设定包括分度加速时间、分度速度，钩槽移位角度，绕线加速时间、绕线速度、绕线位摆角、摆线加速时间、摆线速度、钩线位摆角、回零加速时间、回零速度、剪线辅助转角等。根据转子型号需设定转子的总槽数、元件匝数、钩槽比、绕线方向等。要使绕制出的转子不伤线，就一定要设置合理的待机张力、钩线张力和绕线张力等。参数的设定最好在整机调试时利用触摸屏系统显示画面进行监视，调整。
调试过程中如果参数设置不合理或气缸磁性开关动作不到位或接近开关故障时要及时进行相应的报警，所以在PLC程序设计中就要逐段检测，有各种报警提示，用户画面制作中也有相应界面进行自动切换。
4 触摸屏部分
触摸屏是触摸式彩色液晶监视屏的简称，是一种全新的监控设备。通过触摸屏的操作界面，可以方便地控制绕线机的运行动作、并能随时观察到当前的运行状态。显示的画面色彩柔和、图案清晰，所有操作界面和提示信息可全部中文显示，操作过程一目了然。触摸屏是可编程的，因此所有工作界面和相应参数均可根据要求及时进行更改和调整。触摸屏的设计包括创建画面和信息，并将它们和PLC程序相配合。根据系统功能要求，设计了启动，状态显示、参数设定、手动控制和I／O检测等界面组成，显示画面主要分为用户制作画面和系统画面。
4.1 用户制作画面
用户制作画面具有显示功能、监视功能、数据变更功能和开关功能。图4即为绕线机的自动加工过程的一个用户制作面。
图4自动加工运行监视画面
初始状态所有电磁阀均处于原始复位状态，按下启动按钮此时安全门关上，电机处于自动工作状态。粗夹磁性开关检测是否到位，精夹磁性开关调整至合适位置后，初定位完成，由大气缸控制夹紧转子，飞叉动作至绕线位。然后进行第一次移位，精夹磁性开关后退，挂线钩转位到钩线位置，平行气缸后退，将勾线套后拉，进行勾线，计数器会对勾线次数进行计数。一次勾线完成平行气缸前进，转子进行第二次移位，开始绕线动作，同时计数器计录所绕匝数，绕完设定匝数后，分度电机旋转一定角度重复进行勾线、绕线动作直至整个转子绕线完成。辅助剪线电磁阀将线拉至一定角度，平行气缸前推，将线剪断。整体复位。所有过程可在触摸屏的运行监视画面上显示。
画面右上角的#：##：##为系统时间显示。画面下方的已绕槽数：###；已绕钩数：###；已绕匝数：##；左张力##.#；右张力###.#；班产量###等均为实时显示，随工作过程变化而不断变化，前一动作完成，后一动作才有效，且正在动作处显示高亮。绕线完毕，提示送料。当按下清零按钮后，所有显示复零。
4.2 系统画面
系统画面具有监视功能、数据采样功能和报警功能。
在整机联调过程中系统画面的使用相对比较频繁，尤其是监视功能和数据采样功能的运用。在计算机上进行PLC的程序设计后，利用RS一232C传输线将程序和已制作好的用户画面下载到F940GOT上逐段调试以监控绕线机运行情况。
5 结束语
PLC是整机的控制核心，采用PLC设计系统，利用程序内部软触点代替以前的机械触点，程序内部计数器代替以住的拔码计数器，且配合触摸屏的使用，可以缩短设计周期，安装调试十分方便，简化了现场操作，提高了控制程序和人机界面的灵活性，并提供了完美的实时监视功能，使系统性能更加安全可靠。此系统有较广泛的推广应用前景，稍加改进和完善后，可以直接应用到汽车、摩托车等各行业中去。
(审核编辑: 沧海一土)
