随着技术进步,绕线机市场的发展,绕线机已形成品种繁多庞大的市场。通用绕线机由最初的手工绕制向半自动绕线机,甚至是全自动绕线机的方向发展。各种新型高速、高精度专用绕线机也已经出现。虽然通用绕线机适合绕制的线圈种类较多,但对于特殊线圈的绕制,相对效率较低或无法绕制。对电机线圈的绕制已有各种绕线机,但对于旋转变压器线圈的绕制还没有非常适用的绕线机。我们叙述的绕线机是针对旋转变压器线圈的专用绕线机的控制系统的设计。

针对旋转变压器特殊绕制工艺要求研制的专用绕线机,其参数设置快捷、操作方便、适合大批量生产,能够提高生产效率,保证产品质量。

1、系统硬件设计

1.1绕线工艺

旋转变压器线圈的绕制采用绕线模方式。绕线模结构见图1.绕线模为塔式结构,同一直径槽为一组,直径从小到大,由若干等直径的槽组成若干绕线组。

1.1系统构成

控制系统的构成框图如图2。PLC输出信号控制伺服驱动器,配A/D扩展板接调速电位器,配文本显示器作为人机操作界面,可设置绕线参数和显示绕线运行状态和匝数。操作面板上设置按键和状态指示灯。

1.2PLC

可编程控制器是以微处理器为核心,综合了微电子技术、自动化技术、网络通讯技术为一体的通用工业控制装置。PLC具有体积小、功能强、程序设计简单,灵活通用、维护方便等一系列的优点,特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力。控制系统对PCL的要求主要有以下三点:

(l)输出脉冲和方向信号,运行频率在100kH以上,能够控制伺服驱动器的运行;

(2)读取位置反馈脉冲,计数频率在100kH以上;

(3)具有模拟量输入口,0～10V,12位分辨率。

采用台湾永宏公司的新款微型FBs系列PLC,不但可以满足以上(1)、(2)要求,还具有以下显著他点:

(l)电源电压100～240VAC或24VDC;

(2)平均执行时间0.33μs/顺序指令;

(3)最大程序容量20K words;

(4)Windwos编程界面,运转中可修改程序;

(5)4组32位元硬体高速计数器,具8种运作模式(U/D,U/D*2,K/R,K/R*2,A/B,A/B*2,A/B*3,A/B*4),计数频率可达920KHz;

(6)5组0.1ms高速计时器,其中4组为32位元,1组为16位元;

(7)单机最大4轴脉冲输出,最高频率可达920KHz,并具3种运作模式(U/D,K/R,刀B);

(8)机型齐全。有10点、14点、20点、24点、32点、40点、科点及60点主机及多种扩充机/模块;

(9)体积超小,具有价格优势;

1.3伺服驱动

控制系统对驱动电机的要求主要有两点:

(l)快速定位,定位精度0.1转;

(2)高速运行,转速大于1600rpm。

采用交流伺服系统驱动可以满足以上要求。

伺服电机的使用,在满足转矩要求的同时,要满足惯量匹配的要求。根据对于绕线模的转动惯量的计算结果,需要加3:1的减速机,才能与绕线模的惯量匹配。从安川伺服驱动器系统样本中的转矩一转速特性曲线可知:运行转速高于额定转速时,连续使用区域转矩小于额定转矩。实际绕线时,转速与使用的线径有关,线径细转速可以提高,而转矩降低。因此,可以使伺服电机运行在额定转速以上,在满足使用要求的前提下,尽可能使用功率较小的伺服电机。

1.4操作界面

绕线机对操作界面的主要是输入绕线参数和显示当前绕线匝数。选用触摸屏,价格较高,采用文本显示器在满足使用要求的前提下,可以大幅度降低成本。

文本显示器属于小型人机界面,它具有22个按键,其中31个功能键可自由定义,操作简单,可替代部分控制柜上的机械按键;带LED背光的显示屏,可显示24*4行英文,或12*4行汉字;支持多种通讯硬件接口,RS232R/5485/RS422任选,可直接连接PLC。