摘要：針對(duì)目前市場(chǎng)上各種定子綁線機(jī)數(shù)控系統(tǒng)在功能和性能上的缺陷，基于MBS668K嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器強(qiáng)大的多軸同步運(yùn)動(dòng)控制和PLC（I/O）控制功能，設(shè)計(jì)開發(fā)出了定子綁線機(jī)數(shù)控系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)與眾多定子綁線機(jī)設(shè)備廠家配套。長(zhǎng)期的生產(chǎn)應(yīng)用表明，該數(shù)控系統(tǒng)具有功能全面、性能好、穩(wěn)定性高、調(diào)試方便的特點(diǎn)，能很好地滿足高速、高可靠性的定子綁線加工要求，其推廣應(yīng)用可顯著提高國(guó)產(chǎn)定子綁線機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文介紹其解決方案。
關(guān)鍵詞：綁線機(jī)；嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器；數(shù)控系統(tǒng)；定子
1. 引言
定子綁線機(jī)是一種應(yīng)用于各種電機(jī)生產(chǎn)過程中對(duì)定子繞組用線將其捆扎緊的加工裝備，其廣泛應(yīng)用改變了以往電機(jī)生產(chǎn)過程綁線工序依靠手工操作來完成的狀況，能大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品品質(zhì)，從而顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。
隨著近年來人工成本的不斷上升，電機(jī)生產(chǎn)過程對(duì)加工裝備的柔性自動(dòng)化程度、加工速度、可靠性、使用的方便性等方面的要求越來越高。作為電機(jī)生產(chǎn)過程中的一種重要裝備，為適應(yīng)這些要求，定子綁線機(jī)的研發(fā)生產(chǎn)逐漸由單面綁線機(jī)（只有一根鉤針）向雙面綁線機(jī)（有上下兩根鉤針）轉(zhuǎn)變，由機(jī)械式綁線機(jī)向數(shù)控綁線機(jī)轉(zhuǎn)變。
針對(duì)目前市場(chǎng)上對(duì)定子綁線加工控制的各種需求，筆者開發(fā)了定子綁線機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，并已在眾多電機(jī)生產(chǎn)線上得到成熟應(yīng)用。本文將介紹基于MBS668K嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器的定子綁線機(jī)數(shù)控系統(tǒng)解決方案。
2. 定子綁線機(jī)的工作原理
定子繞組的綁線加工過程需通過幾個(gè)運(yùn)動(dòng)軸之間按特定的協(xié)調(diào)關(guān)系來完成，其數(shù)控系統(tǒng)一般需要控制4個(gè)軸：凸輪軸、分度軸、上鉤針軸、下鉤針軸。分度軸和鉤針軸的運(yùn)動(dòng)過程均根據(jù)凸輪軸的當(dāng)前位置來決定。另外，定子綁線機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的加工過程還需要張力控制裝置、輔助氣缸動(dòng)作等功能的配合。
3. 定子綁線機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)
3.1 定子綁線機(jī)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
目前數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)主要有以下幾種實(shí)現(xiàn)模式：基于PLC的模式、基于通用PC機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制卡的模式、基于嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器的模式。目前中小型PLC雖已廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化設(shè)備中，但要實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)等復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制功能，則代價(jià)很高。而基于通用PC機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制卡模式的數(shù)控系統(tǒng)存在PC機(jī)價(jià)格相對(duì)較高、系統(tǒng)資源與需求不匹配、采用VB、VC開發(fā)難度高、操作系統(tǒng)不適合實(shí)時(shí)控制、可靠性低等問題。近年來，嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器技術(shù)得到快速發(fā)展，其在功能、性能等方面兼具PLC和PC+運(yùn)動(dòng)控制卡模式的優(yōu)點(diǎn)，是目前數(shù)控技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展的方向。因此，基于嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器來實(shí)現(xiàn)定子綁線機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是一種理想的解決方案。
定子綁線機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于凸輪軸包含伺服系統(tǒng)和變頻器+標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)兩種方案，若采用變頻器+標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的方案，為了實(shí)時(shí)獲取凸輪軸的運(yùn)動(dòng)位置，在凸輪軸機(jī)構(gòu)中需要安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器與運(yùn)動(dòng)控制器連接。
3.2 MBS668K嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器的特點(diǎn)
MBS668K與定子綁線機(jī)數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)的硬件部分特點(diǎn)如下：
1） 6軸運(yùn)動(dòng)控制、44路輸入口、44路輸出口、6路伺服報(bào)警信號(hào)輸入口。
2） 1路RS232接口，支持modbus通訊協(xié)議連接不同廠家的觸摸屏。
3） 1路手輪信號(hào)接口。2路DA接口，可對(duì)變頻器的控制，實(shí)現(xiàn)凸輪軸的調(diào)速功能。
4） 1路U盤接口、方便實(shí)現(xiàn)控制器之間通過U盤拷貝加工工藝參數(shù)。
機(jī)電裝備的數(shù)控系統(tǒng)軟件是一種與被控設(shè)備應(yīng)用工藝緊密相關(guān)的實(shí)時(shí)多任務(wù)軟件系統(tǒng)。下面，基于數(shù)控系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)對(duì)MBS668K對(duì)于實(shí)現(xiàn)定子綁線機(jī)等專用數(shù)控系統(tǒng)的適用性進(jìn)行介紹。
實(shí)時(shí)性方面：MBS668K嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器支持類BASIC語言編程，具有功能強(qiáng)大且易學(xué)易用的明顯優(yōu)點(diǎn)。由于運(yùn)動(dòng)控制器已將多軸插補(bǔ)、電子凸輪、加減速處理等與實(shí)時(shí)控制相關(guān)的任務(wù)通過底層軟硬件方式實(shí)現(xiàn)，上層軟件只需調(diào)用相關(guān)指令實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制和I/O控制功能。因此，采用類BASIC語言編寫數(shù)控系統(tǒng)軟件可滿足整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
多任務(wù)方面：雷信運(yùn)動(dòng)控制類BASIC語言在數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用層軟件支持6個(gè)以上的任務(wù)并行執(zhí)行，每個(gè)任務(wù)可對(duì)應(yīng)或多個(gè)任務(wù)號(hào)，任務(wù)號(hào)可重復(fù)使用。
應(yīng)用工藝控制方面：MBS668K在運(yùn)動(dòng)控制功能方面具有速度控制、位置控制、多軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)、連續(xù)插補(bǔ)、電子凸輪、回原點(diǎn)控制、手輪運(yùn)動(dòng)等豐富的運(yùn)動(dòng)控制功能；在I/O控制方面，支持普通PLC具備的所有邏輯控制功能。
基于以上功能和特點(diǎn)分析可知，MBS668K嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器無論從硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)方面來看都完全可以滿足對(duì)定子綁線機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制和邏輯控制的要求。另外，采用類BASIC語言編寫定子綁線機(jī)等數(shù)控系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)相同的功能，相對(duì)于采用C語言、VB、VC等開發(fā)方式能大大降低數(shù)控系統(tǒng)軟件開發(fā)難度和工作量。
3.3 定子綁線機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的功能
由于電機(jī)種類繁多，對(duì)于不同類型的電機(jī)其應(yīng)用工藝有所差別。筆者開發(fā)的定子綁線機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（如圖2所示）一些典型功能如下：
1） 可設(shè)置若干個(gè)凸輪軸與鉤針軸以及凸輪軸與分度軸間的觸發(fā)角度，各觸發(fā)位置可通過示教方式確定。
2） 定子槽數(shù)、首槽針數(shù)、收尾針數(shù)、綁線時(shí)分度軸運(yùn)動(dòng)方向等可設(shè)置。
3） 具有槽數(shù)表編輯功能，支持隔槽綁線、滿槽綁線以及跳槽綁線等綁線模式。
4） 燙線和放線的打開關(guān)閉時(shí)間可設(shè)置，可選擇多種夾具夾緊方式。
5） 支持加工參數(shù)U盤拷貝功能。
6） 具有故障診斷功能，幫助客戶輕松排除使用過程中產(chǎn)生的故障。
7） 支持手輪引導(dǎo)調(diào)試綁線加工過程，使調(diào)機(jī)過程方便快捷，從而降低機(jī)器的調(diào)試難度。
另外，筆者對(duì)綁線加工過程各軸間的同步運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)了專門的控制算法，可實(shí)現(xiàn)高速、低振動(dòng)的使用效果，從而使有效綁線加工速度得到保證。經(jīng)實(shí)際加工測(cè)試，在機(jī)械結(jié)構(gòu)可承受范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)最高每分鐘250針以上的綁線速度。
目前，該數(shù)控系統(tǒng)已與眾多設(shè)備廠家的定子綁線機(jī)實(shí)現(xiàn)配套使用，在各種電機(jī)生產(chǎn)線上創(chuàng)造著價(jià)值。長(zhǎng)期的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用表明，該定子綁線機(jī)數(shù)控系統(tǒng)具有功能全面、性能好、穩(wěn)定性高、調(diào)機(jī)方便等特點(diǎn)，能很好地滿足高速、高可靠性的定子綁線加工要求，其推廣應(yīng)用可顯著提高設(shè)備廠家定子綁線機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
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