1 引言

該客戶是專注于馬達(dá)生產(chǎn)設(shè)備開發(fā)研究和生產(chǎn)制造的專業(yè)企業(yè)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電動(dòng)工具、吸塵器、汽車電機(jī)、摩托車起步電機(jī)等領(lǐng)域。其中串激勵(lì)轉(zhuǎn)子繞線機(jī)、轉(zhuǎn)子和整流子外圓精車機(jī)。

目前該客戶正在開發(fā)一種新產(chǎn)品，電機(jī)定子外線圈高速繞線機(jī)。需要用到其2軸伺服直線差補(bǔ)功能?？蛻粼_發(fā)機(jī)使用的是研華adam－5000系列的分布式io站(plc)，使用其直線插補(bǔ)功能，操作面板使用的是中達(dá)電通的簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)工藝流程

　 放線輪放線→張力擺桿控制張力→進(jìn)入旋轉(zhuǎn)繞線機(jī)構(gòu)→繞到需要繞線的外定子上，工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程示意圖

3 設(shè)計(jì)要求

繞線伺服旋轉(zhuǎn)繞線，其速度可設(shè)定，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)恒定，漆包線受張力控制，進(jìn)退伺服利用絲杠控制繞線頭前后進(jìn)退，還有一套伺服用于旋轉(zhuǎn)變換定子線圈受繞角度。進(jìn)退伺服在一個(gè)線圈上進(jìn)給分段，每段每匝間隙不同。分布在線圈上以匝數(shù)來定繞線多少。

　　繞線速度：每分鐘最大3000匝(可以根據(jù)使用要求調(diào)整)；每匝間距可調(diào)整，最小線寬：0.7mm。

　　并且不同匝寬的過渡要平穩(wěn)，繞線機(jī)在換向處不能出現(xiàn)繞線不均勻、堆積現(xiàn)象。

4 方案設(shè)計(jì)及主要配置

　　鑒于以上使用要求和機(jī)械機(jī)械結(jié)構(gòu)，我們?cè)O(shè)計(jì)了如下的方案：

　　通過絲杠導(dǎo)程，每段規(guī)定的匝數(shù)，每匝的間距，伺服定義的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)可以推導(dǎo)出每段進(jìn)給的脈沖數(shù)，即x軸方向上的puls值：

　　p(x軸)=(d*n)/l*p

　　(p：脈沖數(shù)；d：每匝間距；n：匝數(shù)；l：絲杠導(dǎo)程；p：每轉(zhuǎn)脈沖數(shù))

　　由于設(shè)定的轉(zhuǎn)速恒定，通過每段規(guī)定的匝數(shù)(即繞線的的圈數(shù))，伺服定義的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，即可以推導(dǎo)出每段繞線的長(zhǎng)度的脈沖數(shù)，即y軸的puls值：

　　p(y軸)= n*p

　　(p：脈沖數(shù)；n：匝數(shù)即圈數(shù)；p：每轉(zhuǎn)脈沖數(shù))

　　z軸用于切換調(diào)整電機(jī)定子外線圈繞線柱頭，其旋轉(zhuǎn)角度由電機(jī)定子外線圈繞線柱頭數(shù)決定，由每次相同批次繞線前事先設(shè)定。

圖2 電機(jī)定子外線圈繞線形式示意圖

　　在繞線時(shí)x軸和y軸實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，根據(jù)設(shè)定的好的參數(shù)，兩軸分別走相應(yīng)的脈沖數(shù)，每段之間匝距變換，設(shè)定加減速時(shí)間，其實(shí)這就相當(dāng)于繞線伺服和進(jìn)給伺服之間做一個(gè)直線插補(bǔ)功能。而由于cp1h本身沒有直線插補(bǔ)功能，但是cp1h有著獨(dú)立4軸100k的高速脈沖輸出，在計(jì)算量不是很大的情況下，其實(shí)也可以做到直線插補(bǔ)功能。這就為本系統(tǒng)使用cp1h創(chuàng)造了條件。

所以本方案使用omron的解決方案配置為：

cp1h-xa40dt-d 一臺(tái)，
cpm1a-20edr1一臺(tái)，
cp1w-cif01一臺(tái)，
r88d-gt08h-z 兩臺(tái)，
r88d-gt04h-z一臺(tái)，
r88m-g75030h-s2-z 兩臺(tái)，
r88m-g40030h-s2-z一臺(tái)，
ns8-tv00b-ecv2一臺(tái)。

　　本方案主要難點(diǎn)在于cp1h的本身不帶有直線插補(bǔ)功能，為此需要設(shè)計(jì)一套直線插補(bǔ)的程序，本方案中使用了時(shí)間分割直線插補(bǔ)算法，此方法在一些書籍中都有論述，這里就不做介紹了。由于本方案涉及多步連續(xù)運(yùn)行，所以在這里將直線插補(bǔ)程序參照omron的nc模塊的內(nèi)存操作模式，打包成功能塊，如圖3所示。

圖3 功能塊應(yīng)用圖示

　　其中:

　　輸入：

start： 啟動(dòng)定位序列位。
step： 定位序列數(shù)設(shè)定——設(shè)定范圍&1～&100。
step_ctrl：?jiǎn)?dòng)下一步（可結(jié)合內(nèi)存設(shè)定中，獨(dú)立模式時(shí)生效）。
sequ_areaid：定位序列設(shè)定區(qū)域。
0：d區(qū)
1：h區(qū)
sequ_areano：定位序列起始地址設(shè)定。
sequ_areaid為0時(shí)：設(shè)定范圍&0～&9900
sequ_areaid為1時(shí)：設(shè)定范圍&0～&400
orgxy：返回初始位置位（參見內(nèi)存定位序列設(shè)定）。

　　輸出：

step_running： 當(dāng)前定位步號(hào)。

5 內(nèi)存定位序列

圖4 內(nèi)存定位序列示意

　　以sequ_areaid=0；sequ_areano=0為例，內(nèi)存設(shè)定如圖4所示。

a：每個(gè)定位序列占有10個(gè)字。
b：設(shè)定內(nèi)容：
d0~d1：x軸位置。
d2~d3：y軸位置。
d4：插補(bǔ)起始速度。
d5：插補(bǔ)加速度。
d6：插補(bǔ)減速度。
d7~d8：插補(bǔ)目標(biāo)速度。
d9：定位模式設(shè)定
0：獨(dú)立模式 本行所設(shè)定序列完成后即停止，可由功能塊輸入“step_ctrl”啟動(dòng)下個(gè)序列。
1：連續(xù)模式 本行所設(shè)定序列完成后繼續(xù)運(yùn)行下個(gè)序列。
c：第一個(gè)序列為起始位置，如不需要使用可將x、y設(shè)定為(0，0)。當(dāng)功能塊輸入
“orgxy”為“on”時(shí)，返回此處設(shè)定位置。
這樣在實(shí)際使用該功能塊配合由用戶在觸摸屏上設(shè)定的參數(shù)而計(jì)算出來的結(jié)果賦值到序列中。構(gòu)成完整的輸出。來達(dá)到給電機(jī)定子外線圈按規(guī)定繞線的目的。

實(shí)際設(shè)備安裝完畢后對(duì)不同的進(jìn)行了電機(jī)定子外線圈試?yán)@線，結(jié)果比較滿意，繞線匝數(shù)，每匝間距精度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖5、圖6是設(shè)備圖和繞線成品圖。

圖5 左圖開始繞線，右圖換匝

圖6 左圖換定子，右圖繞好的定子線圈