精密自動繞線機的構成及系統分析

無獨有偶

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現代精密自動繞線機的控制系統是一個典型而又復雜的實時控制系統，即繞線機控制系統能對信息快速處理和響應。一個實時控制系統包括受控系統和控制系統兩大部分。受控系統由硬件設備組成，如電機及其驅動；控制系統由軟件及其支持硬件組成，共同完成繞線機數控化的基本功能。
    繞線機工作中的許多控制任務，如繞線程序的輸入線圈各項參數、插補運算、位置控制以及精度補償等都是由軟件實現。從邏輯上講，這些任務可看成一個個的功能模塊，模塊之間存在著耦合關系；從時間上來講，各功能模塊之間存在一個時序配合。在許多情況下，某些功能模塊必須同時運行，同時運行的模塊是由具體的加工控制要求所決定。例如,在線圈繞制的同時,要顯示屏上能看到其工作狀態,如繞線程序的執行過程、參數變化和當前部件的運動位置等，以方便操作者。這時，在控制軟件運行時管理軟件中的顯示模塊也必須同時運行；在控制軟件運行過程中，其本身的一些功能也必須同時運行。為使設備運行連續進行，在各程序段之間無停頓，則要求控制程序與設備響應速度必須同時進行。
    21世紀以來，各類科學技術得到了迅猛的發展；在我國國內，神五、神六已成功升空，但工業自動化設備的普及與技術更新卻遠遠落后于時代的發展。在工業生產領域，半自動化、甚至手工勞作等需要大量人工的現象仍普遍存在。在本人所在的珠三角地區為例，雖然屬于國內工業化、自動化最發達的地區，但是幾乎所有的工業區仍是以大量的手工操作工為主要生產力的工廠構成；在招工越來越難招、工人最低工資不斷提高的現實情況下，通過對原有生產設備控制系統的技術升級，以提高設備的自動化水平、提高設備的生產效率、提高產品的合格率，已成為刻不容緩的企業生存的必然選擇。
    自動繞線機的控制系統構成包括：專用數控系統、交流伺服電機、輸入輸出系統、步進電機及驅動器各一套；
    控制原理：交流電機帶動繞線旋轉，并將旋轉傳動至采樣編碼器，采樣編碼器脈沖信號接入控制器，通過預先設置的參數，將采樣編碼器脈沖數字過濾接入步進電機驅動器，完成步進電機對排線的控制。對于有些繞線系統，尤其是間隔繞線有較高需求的，我們提供利用兩個步進電機進行直線插補的方案，這是以控制系統的高速高精度為前提的。
    這對于新的繞線機數控系統，高速、高精度都不成問題。新的系統在內部運算直線插補的情況下，可以控制步進電機在500毫秒左右的時間加速至3000轉/分鐘。去掉交流電機和編碼器，改為兩軸步進系統，通過直線插補完成繞線過程。對于連續一致型繞線，只需設置一段直線插補；對于分段間隔繞線，有多少則設幾段直線插補；實際應用為一段緊密繞線（對繞制圈數、長度有要求），一段跳躍（要求繞制圈數越少越好，長度有要求）；利用新系統的高精準直線插補性能，實現均勻排線。
參數輸入設置為：設置繞線速度（轉/分）、預啟預制時間、間隔時間、間隔長度、圈數；
    顯示功能：運行中顯示當前速度、總圈數，程序步數、層數；
    啟停控制：開始鍵按下時運行程序，經過設定讀秒時間后自啟動繞線機、停止或暫停鍵按下時停止繞線過程；
    報警檢測：支持對斷線進行檢測判斷，如果發生斷線，系統停止工作；
    目前有些市面上生產的繞線機配置的排線電機（步進電機）速度較低；步進電機是一種剛性的執行機構，驅動電路一般采用開環控制，因此步進電機只能以較低速啟動，并經加速逐步達到較高的運行速度，否之，步進電機將出現丟步的現象，進而失去控制；系統對排線步進電機的控制是通過被動地對接收到的編碼器脈沖進行數字濾波，該編碼脈沖在設備運行時由于繞線電機的勻速運轉，脈沖頻率固定；因此對于連續一致型繞線，雖然啟動時繞制了不合格品，但由于交流電機亦由低速啟動，對于排線電機來講，自然得到了一個加速過程，雖加速不太理想，但畢竟能達到一個較高的速度，因此在此中情況下，系統勉強可行；但對分段間隔繞線，無論硬件或是軟件都很難通過對一固定頻率脈沖的數字濾波達到滿足步進電機運行特性的脈沖信號，并且還要滿足設定的間隔繞制參數。因此，要“質的提高”優化設備性能，必須采用新系統控制框架。