全自动绕线机系统在电子工厂里应用己经较为广泛和普遍了，现在的绕线机也广泛地应用于其它行中行业。在这些行业中，发现有些材料比较细，而且没有张力，对它们进行高精度的绕线有一定的困难，因此需要一个高精度绕线控制系统来解决这种问题。

1、绕线机的总体控制方案设计

(1) 绕线机的机械结构

    全自动绕线机由放线机构、绕线机构和排线机构三部分所组成。在排线过程中只要绕线电动机和排线电动机保持恒定的转速比就可以实现等螺距卷绕。

(2) 卷取张力控制方案

    下图所示的控制系统中，主调节器为张力调节器，主调节器接受张力定值信号;速度调节器在主轴转动时保持线速度的恒定，电流调节器保证电机的稳定。两条副回路只是在卷取过程中起粗调作用，而主回路才是对卷取张力的细调。当张力高于或低于设定值时，其调节器发生调节信号，校正卷取系统的给定值，不断纠正张力，保持卷取时张力的恒定。

(3) 绕线控制方案

    下图中的主调节器为位置调节器，保证每次绕线都能达到所需的位置，接下来传递给矢量调节器，到达一定位置后能往相反的位置行走。在整个过程中，要保证导轨丝杠行走的速度保持一定。通过速度调节器，保证速度保持稳定。

2、绕线机控制系统设计

    此次设计的控制系统中，参与运作的主要设备器件有伺服电机机、变频器、交流异步电动机、PLC。其中伺服电机和交流异步电动机实现对各个控制环节的调节;变频器对重要控制参数进行调节调整;PLC作为核心控制器最终实现绕线的控制系统。

(1) 硬件设计

    整个控制系统由PLC、变频器、驱动器等构成。PLC是控制中心，完成所有的运算和自动控制;变频器是电能控制装置，能实现对由伺服电机驱动的横动装置部分和由交流异步电机驱动的卷绕装置部分的变频控制;控制而板和触摸屏接收到速度脉冲的信号与PLC进行信息交换形成自动控制，硬件系统的连接如下图所示。

(2)  I/0地址分配表

    西门子S7 200系列作为绕线机系统的控制器，进行全开关量输入、输出的控制，完成西门子S7 200型PLC对控制系统的作用。其中I/0地址分配图如表1所示。

(3)  I/0接线图

   I/0地址接线图如图5所示。它和表1所示的电气控制系统的资源配置I/0口地址分配相对应。

3、系统的仿真

    为检验此设计系统的可靠性、正确性以及稳定性，在这里使用MATLAB语言来实现仿真，确定系统的可靠性，验证所做设计的准确性。

(1) 恒张力仿真

    由于此系统恒张力控制比较复杂，不易精确求得数学模型、被控对象的参数变化较大，因此采用PID校正能得到满意的控制效果。

    经上文分析可以知道，卷取张力的控制实际是一个速度跟踪器，下而将对这一系统进行仿真。张力仿真控制框图如图6所示。

(2) 绕线伺服系统的仿真

    绕线系统主要是由伺服电机控制的，而来回往复运动是由位置控制的，因此，这里主要测试位置环的阶跃性。

    上面为大家介绍了绕线机机械结构的组成和工作原理。为实现焊丝的自动绕线，设计了硬件控制系统和软件控制系统。硬件由模拟量采集模块来处理张力传感器输入的张力信号，由可编程序控制器对模拟量模块的信号进行操作和计算，模拟量输出传给变频器，变频器可以实现对电机速度的控制，以实现焊丝的高精度绕线。

并且能使绕线伺服系统适应各种变化而不断地修正控制器的参数，控制速度环跟随理想模型，从而使位置环输出达到理想效果，实现高精度绕线。