摘要：针对目前市场上各种定子绑线机数控系统在功能和性能上的缺陷，基于MBS668K嵌入式运动控制器强大的多轴同步运动控制和PLC（I/O）控制功能，设计开发出了定子绑线机数控系统并实现与众多定子绑线机设备厂家配套。长期的生产应用表明，该数控系统具有功能全面、性能好、稳定性高、调试方便的特点，能很好地满足高速、高可靠性的定子绑线加工要求，其推广应用可显著提高国产定子绑线机的市场竞争力。本文介绍其解决方案。
关键词：绑线机；嵌入式运动控制器；数控系统；定子
1. 引言
定子绑线机是一种应用于各种电机生产过程中对定子绕组用线将其捆扎紧的加工装备，其广泛应用改变了以往电机生产过程绑线工序依靠手工操作来完成的状况，能大大减轻工人的劳动强度、提高生产效率、保证产品品质，从而显著提高经济效益。
随着近年来人工成本的不断上升，电机生产过程对加工装备的柔性自动化程度、加工速度、可靠性、使用的方便性等方面的要求越来越高。作为电机生产过程中的一种重要装备，为适应这些要求，定子绑线机的研发生产逐渐由单面绑线机（只有一根钩针）向双面绑线机（有上下两根钩针）转变，由机械式绑线机向数控绑线机转变。
针对目前市场上对定子绑线加工控制的各种需求，笔者开发了定子绑线机数控系统，并已在众多电机生产线上得到成熟应用。本文将介绍基于MBS668K嵌入式运动控制器的定子绑线机数控系统解决方案。
2. 定子绑线机的工作原理
定子绕组的绑线加工过程需通过几个运动轴之间按特定的协调关系来完成，其数控系统一般需要控制4个轴：凸轮轴、分度轴、上钩针轴、下钩针轴。分度轴和钩针轴的运动过程均根据凸轮轴的当前位置来决定。另外，定子绑线机实现一个完整的加工过程还需要张力控制装置、辅助气缸动作等功能的配合。
3. 定子绑线机数控系统设计开发
3.1 定子绑线机数控系统结构
目前数控系统的开发主要有以下几种实现模式：基于PLC的模式、基于通用PC机+运动控制卡的模式、基于嵌入式运动控制器的模式。目前中小型PLC虽已广泛应用于各种自动化设备中，但要实现多轴联动等复杂的运动控制功能，则代价很高。而基于通用PC机+运动控制卡模式的数控系统存在PC机价格相对较高、系统资源与需求不匹配、采用VB、VC开发难度高、操作系统不适合实时控制、可靠性低等问题。近年来，嵌入式运动控制器技术得到快速发展，其在功能、性能等方面兼具PLC和PC+运动控制卡模式的优点，是目前数控技术与系统发展的方向。因此，基于嵌入式运动控制器来实现定子绑线机数控系统是一种理想的解决方案。
定子绑线机数控系统的结构如图1所示。由于凸轮轴包含伺服系统和变频器+标准电动机两种方案，若采用变频器+标准电动机的方案，为了实时获取凸轮轴的运动位置，在凸轮轴机构中需要安装一个旋转编码器与运动控制器连接。
3.2 MBS668K嵌入式运动控制器的特点
MBS668K与定子绑线机数控系统相关的硬件部分特点如下：
1） 6轴运动控制、44路输入口、44路输出口、6路伺服报警信号输入口。
2） 1路RS232接口，支持modbus通讯协议连接不同厂家的触摸屏。
3） 1路手轮信号接口。2路DA接口，可对变频器的控制，实现凸轮轴的调速功能。
4） 1路U盘接口、方便实现控制器之间通过U盘拷贝加工工艺参数。
机电装备的数控系统软件是一种与被控设备应用工艺紧密相关的实时多任务软件系统。下面，基于数控系统软件的特点对MBS668K对于实现定子绑线机等专用数控系统的适用性进行介绍。
实时性方面：MBS668K嵌入式运动控制器支持类BASIC语言编程，具有功能强大且易学易用的明显优点。由于运动控制器已将多轴插补、电子凸轮、加减速处理等与实时控制相关的任务通过底层软硬件方式实现，上层软件只需调用相关指令实现复杂的运动控制和I/O控制功能。因此，采用类BASIC语言编写数控系统软件可满足整个系统的实时性。
多任务方面：雷信运动控制类BASIC语言在数控系统应用层软件支持6个以上的任务并行执行，每个任务可对应或多个任务号，任务号可重复使用。
应用工艺控制方面：MBS668K在运动控制功能方面具有速度控制、位置控制、多轴联动插补、连续插补、电子凸轮、回原点控制、手轮运动等丰富的运动控制功能；在I/O控制方面，支持普通PLC具备的所有逻辑控制功能。
基于以上功能和特点分析可知，MBS668K嵌入式运动控制器无论从硬件平台和软件平台方面来看都完全可以满足对定子绑线机进行运动控制和逻辑控制的要求。另外，采用类BASIC语言编写定子绑线机等数控系统软件，实现相同的功能，相对于采用C语言、VB、VC等开发方式能大大降低数控系统软件开发难度和工作量。
3.3 定子绑线机数控系统的功能
由于电机种类繁多，对于不同类型的电机其应用工艺有所差别。笔者开发的定子绑线机数控系统（如图2所示）一些典型功能如下：
1） 可设置若干个凸轮轴与钩针轴以及凸轮轴与分度轴间的触发角度，各触发位置可通过示教方式确定。
2） 定子槽数、首槽针数、收尾针数、绑线时分度轴运动方向等可设置。
3） 具有槽数表编辑功能，支持隔槽绑线、满槽绑线以及跳槽绑线等绑线模式。
4） 烫线和放线的打开关闭时间可设置，可选择多种夹具夹紧方式。
5） 支持加工参数U盘拷贝功能。
6） 具有故障诊断功能，帮助客户轻松排除使用过程中产生的故障。
7） 支持手轮引导调试绑线加工过程，使调机过程方便快捷，从而降低机器的调试难度。
另外，笔者对绑线加工过程各轴间的同步运动设计了专门的控制算法，可实现高速、低振动的使用效果，从而使有效绑线加工速度得到保证。经实际加工测试，在机械结构可承受范围内可实现最高每分钟250针以上的绑线速度。
目前，该数控系统已与众多设备厂家的定子绑线机实现配套使用，在各种电机生产线上创造着价值。长期的实际生产应用表明，该定子绑线机数控系统具有功能全面、性能好、稳定性高、调机方便等特点，能很好地满足高速、高可靠性的定子绑线加工要求，其推广应用可显著提高设备厂家定子绑线机的市场竞争力。
|
