台达数控定子绕线机伺服系统应用实例(9)(1).docx

台达数控定子绕线机伺服系统应用实例

利用中达CNC数控系统强大的轴控功能和台达伺服系统快速精准的运动响应，使绕线机的工作效率得到了很大的提高。
　　本文主要介绍了数控定子绕线机功能的需求，以及系统操作界面和I/O的规划。
　　一、前言

　　图1 数控定子绕线机外观

　　目前绕线机的市场可谓庞大，品种繁多，有平行绕线机、环型绕线机、定转子绕线机、纺织绕线机等。本文主要介绍的是利用中达CNC数控系统和伺服产品构建出的设备：数控定子绕线机。他的最大特点是可以自动变换绕线方向，所绕的线圈整齐且圈数准确。操作简便，节省人工，提高产量，产品品质好，其绕线、排线、停车、换槽，完全按程序自动执行。排线宽幅可调，圈数准确。生产速度快，并大量节省线材。下面概述如何利用中达的数控和台达的伺服整合此方案。

　　二、技术和精度要求
　　客户原用PLC+伺服控制整台设备，因其加工出来的产品的合格率较低，且一些功能无法实现，满足不了市场上需求，故提出开发数控定子绕线机，并且需要控制系统和伺服满足如下条件：
　　1．伺服运动轴
　　在机械上，需要三轴的控制坐标系。其中，排线X轴采用伺服电机直接驱动螺距为4mm的滚珠丝杠，在连接工作台做直线运动；飞叉Y轴采用伺服电机驱动1：2的齿轮箱间接传动，做360度的圆周运动；分度Z轴采用伺服电机驱动1：9的齿轮箱间接传动，做360度的圆周运动。这3个轴要求能够联动。
　　此外，对于飞叉轴来说，由于在运动过程中，机械负载惯量会因为绕线的速度的不同而发生较大的变化，这就要求伺服系统具有优异的稳定性、相应性和对负载变化自适应能力。
　　2．精度要求
　　机械回零精度：排线轴0.005mm 飞叉轴+/-1度 分度轴+/-1度
　　定位精度：0.02mm +/-1度
　　要求控制系统和伺服系统能够具有检测反馈，来保证机械运动精度。
　　3．CNC控制系统
　　因定子绕线机不仅讲究绕的匝数要准确，而且排线出来的密度要均匀，即最少需要两轴之间做插补运算，实现联动；画面可以自由规划；要给客户方便传输加工程序，并且可以对NC程序编辑和存储；控制系统要提供一个D/A口，实现恒张力控制功能。
　　另外，客户希望数控系统再开放一个轴，以备后用。

　　三、方案可行性分析
　　通过对机械设计和控制技术的要求分析，确定采用一台中达电通通用的四轴H4-4上位机控制系统+3套台达B系列交流伺服ASD-B做下位机控制的控制架构。
　　具体分析如下：
　　1．中达电通通用数控H4的主要特点：
　　（1）独立的伺服接口，可以实现多轴联动。
　　（2）电压命令型（V-Comnand）伺服接口，最小解析精度0.001mm，可配合光栅尺或旋转编码器实现闭环、半闭环控制，能够满足精度要求。
　　（3）最大响应速度500KPPS编码器反馈，能够满足快速定位的要求。
　　（4）控制器内存512K的存储空间，可存储1000个NC加工程序，配合标准的CNC键盘可以轻松的编写加工程序。
　　（5）通过CNC简易I/O控制命令和内制PLC开发，能够灵活的实现辅助机能。
　　（6）内置可编程PLC，标准配置为24INPUT/16OUTPUT，最大可以在增加32INPUT/32OUTPUT。
　　（7）2组D/A输出，2组A/D输入，完全可以满足实现恒张力的控制要求。
　　通过比较分析，完全可以满足做为上位机的控制要求。
　　2．台达交流伺服系统的主要特点：
　　（1）具有多种控制模式，可与上位控制器灵活配合，应用广泛。
　　（2）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE功能。
　　（3）强健式的控制模式，在负载惯量大范围的变化时，系统仍然可以保持优异的性能。
　　（4）丰富的软件功能，方便用户调试。
　　通过比较分析，台达交流伺服系统完全可以满足做为下位机的控制要求。通过对机械结构、负载惯量、输出扭矩的分析计算，故选用：ASDB 400W*1颗、ASDB 750W*2颗做为下位控制器。

　　四、功能设计
　　1、系统架构

　　图2 系统架构

　　2、外观和功能需求
　　绕线机具有寻原点、点动模式、单次模式、自动模式、编程模式、参数设定、测试输出点功能等多项功能。
　　（1）系统操作界面规划
　　操作界面主要分为以下几个功能区块：
　　开机画面：

　　图3 开机画面

　　系统在上电后，进入此画面。此时为待机状态，画面的最下一排是功能显示区。

　　原点模式：
　　当画面在原点模式下，分别按下X、Y、Z功能键，在按下启动键
　　可以顺次执行回原点；或者可以按下X&Y&Z功能键，在按下启动键三轴同时回原点。

　　图4 原点模式画面

　　手动模式：
　　到进入手动模式后，可以分别按下X、Y、Z三轴按键，在按下 可以实现前后移动或正反转。速度值的大小可以设定。

　　图5 手动模式画面

　　自动模式：
　　在自动模式下，当程式正在运行时，可以观察到目前的各轴的行进情况，目前的加工程式号，参数组别号，当前加工至第几极，以及完成一个工件所需时间。并且可以根据自己的需要，可以实现程式暂停、单步执行。

　　图6 自动模式画面

　　报警画面：
　　当出现报警故障出现时，系统会自动停止运行，并且画面会进入到报警画面，故障警号会反白显示出来。只有当把故障排除后，才可以执行其他动作。

　　图7 报警画面

　　设参数功能：
　　在此功能下，客户会根据实际的工件需要设置相应的参数，并且保存于当前的参数组别下，共可以保存12个工件参数，有6页画面的参数可设。客户也可以根据自己的需要，将参数读出来。

　　图8 参数设定画面

　　（2）重要功能的实现
　　急停：
　　当设备在使用时，出现任何问题时，按下急停，即可阻止危险动作的发生。松开急停后，系统会按规定的动作程序执行归位。以下为动作流程图。

　　图9 急停松开后动作流程图

　　程序见主控制程式。

　　读、写参数功能的实现：
　　客户可根据实际工件规格要求设置相应的参数，并将参数储存于控制器中，目前开放了12个工件参数，同时方便客户直接读参数。程序见主控制程式。

　　极绕与层绕功能的实现：
　　不同的工件要求不同的绕制方式，目前有两种：极绕和层绕。极绕根据每个极的总匝数，实现自动排线，自动分层，直至绕制完成。层绕要求每个层的匝数可设，根据总匝数分成好多层，一般线径较粗的用此方式加工。程序见主控制程式。

　　工件程式的编制：
　　由于每个工件的极数，绕制方式，以及每个汽缸的动作顺序都有可能不一样，所以要求可以用G代码编写出来，这样从而可以节省不必要的环节，大量节约时间。工件程式的存储个数可以达到900多个，完全可以满足所有工件形式的加工。

　　图10 主程序控制流程图

　　3、I/O点规划及接线

　　图11 输入信号表格

　　图12 输出信号表格

　　图13 伺服及其他电器接线图

　　五、结束语

　　图14 加工成品图

　　该数控定子绕线机控制方案具有控制精度高，系统稳定性强，用户操作灵活的特点，为利用中达CNC系统和台达伺服在绕线机行业上的典型案例。
　　利用中达电通开放式、全功能通用数控系统，配合台达伺服系统优异的性能，可以灵活地整合出专用的控制系统，提供更有价值的整合方案以满足不同客户与行业的特殊要求。