精密自动绕线机的构成及系统分析

无独有偶

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现代精密自动绕线机的控制系统是一个典型而又复杂的实时控制系统，即绕线机控制系统能对信息快速处理和响应。一个实时控制系统包括受控系统和控制系统两大部分。受控系统由硬件设备组成，如电机及其驱动；控制系统由软件及其支持硬件组成，共同完成绕线机数控化的基本功能。
    绕线机工作中的许多控制任务，如绕线程序的输入线圈各项参数、插补运算、位置控制以及精度补偿等都是由软件实现。从逻辑上讲，这些任务可看成一个个的功能模块，模块之间存在着耦合关系；从时间上来讲，各功能模块之间存在一个时序配合。在许多情况下，某些功能模块必须同时运行，同时运行的模块是由具体的加工控制要求所决定。例如,在线圈绕制的同时,要显示屏上能看到其工作状态,如绕线程序的执行过程、参数变化和当前部件的运动位置等，以方便操作者。这时，在控制软件运行时管理软件中的显示模块也必须同时运行；在控制软件运行过程中，其本身的一些功能也必须同时运行。为使设备运行连续进行，在各程序段之间无停顿，则要求控制程序与设备响应速度必须同时进行。
    21世纪以来，各类科学技术得到了迅猛的发展；在我国国内，神五、神六已成功升空，但工业自动化设备的普及与技术更新却远远落后于时代的发展。在工业生产领域，半自动化、甚至手工劳作等需要大量人工的现象仍普遍存在。在本人所在的珠三角地区为例，虽然属于国内工业化、自动化最发达的地区，但是几乎所有的工业区仍是以大量的手工操作工为主要生产力的工厂构成；在招工越来越难招、工人最低工资不断提高的现实情况下，通过对原有生产设备控制系统的技术升级，以提高设备的自动化水平、提高设备的生产效率、提高产品的合格率，已成为刻不容缓的企业生存的必然选择。
    自动绕线机的控制系统构成包括：专用数控系统、交流伺服电机、输入输出系统、步进电机及驱动器各一套；
    控制原理：交流电机带动绕线旋转，并将旋转传动至采样编码器，采样编码器脉冲信号接入控制器，通过预先设置的参数，将采样编码器脉冲数字过滤接入步进电机驱动器，完成步进电机对排线的控制。对于有些绕线系统，尤其是间隔绕线有较高需求的，我们提供利用两个步进电机进行直线插补的方案，这是以控制系统的高速高精度为前提的。
    这对于新的绕线机数控系统，高速、高精度都不成问题。新的系统在内部运算直线插补的情况下，可以控制步进电机在500毫秒左右的时间加速至3000转/分钟。去掉交流电机和编码器，改为两轴步进系统，通过直线插补完成绕线过程。对于连续一致型绕线，只需设置一段直线插补；对于分段间隔绕线，有多少则设几段直线插补；实际应用为一段紧密绕线（对绕制圈数、长度有要求），一段跳跃（要求绕制圈数越少越好，长度有要求）；利用新系统的高精准直线插补性能，实现均匀排线。
参数输入设置为：设置绕线速度（转/分）、预启预制时间、间隔时间、间隔长度、圈数；
    显示功能：运行中显示当前速度、总圈数，程序步数、层数；
    启停控制：开始键按下时运行程序，经过设定读秒时间后自启动绕线机、停止或暂停键按下时停止绕线过程；
    报警检测：支持对断线进行检测判断，如果发生断线，系统停止工作；
    目前有些市面上生产的绕线机配置的排线电机（步进电机）速度较低；步进电机是一种刚性的执行机构，驱动电路一般采用开环控制，因此步进电机只能以较低速启动，并经加速逐步达到较高的运行速度，否之，步进电机将出现丢步的现象，进而失去控制；系统对排线步进电机的控制是通过被动地对接收到的编码器脉冲进行数字滤波，该编码脉冲在设备运行时由于绕线电机的匀速运转，脉冲频率固定；因此对于连续一致型绕线，虽然启动时绕制了不合格品，但由于交流电机亦由低速启动，对于排线电机来讲，自然得到了一个加速过程，虽加速不太理想，但毕竟能达到一个较高的速度，因此在此中情况下，系统勉强可行；但对分段间隔绕线，无论硬件或是软件都很难通过对一固定频率脉冲的数字滤波达到满足步进电机运行特性的脉冲信号，并且还要满足设定的间隔绕制参数。因此，要“质的提高”优化设备性能，必须采用新系统控制框架。