【文章內(nèi)容簡介】 頁 不斷在變壓器繞線機上的應(yīng)用，新的機型功能上也變得更強大，柔性預(yù)壓緊裝置的出現(xiàn)代替了傳統(tǒng)的人工敲打整形的煩瑣工藝，使變壓器繞制過程變得更為簡單。 繞線機國內(nèi)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 繞線機是電氣行業(yè)常見加工設(shè)備，其結(jié)構(gòu) 、控制系統(tǒng)、功能隨著行業(yè)生產(chǎn)工藝的需求，迫使繞線機生產(chǎn)單位加大技術(shù)投入和研發(fā)，以適應(yīng)現(xiàn)代漆包線加工的高品質(zhì)要求，從傳統(tǒng)機械式、數(shù)控型、半自動型向全自動型轉(zhuǎn)變。繞線加工早已不是費時費力的工作。目前我國繞線機生產(chǎn)單位已超百家，但有將近一半的生產(chǎn)單位沒有技術(shù)研發(fā)能力，技術(shù)停留在抄襲和防止階段，造成了市場機種單一，產(chǎn)品無論是外觀還是配置吳技術(shù)亮點，繞線機技術(shù)的核心在控制系統(tǒng)。目前國內(nèi)廠家大多采用由系統(tǒng)供應(yīng)商提供的成套控制系統(tǒng)，產(chǎn)品標準一旦制定無法根據(jù)客戶工藝要求修改。由于部分控制系統(tǒng)供應(yīng)商對繞線機行業(yè)的工藝要求并不 熟悉，導(dǎo)致了許多好看卻并不實用的功能。繞線機廠家對控制系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用掌握程度也影響著制造工藝。目前市場上多見的是普通數(shù)控型、 CNC 機型和廠家自制控制系統(tǒng)的機型。 目前 ， 國內(nèi)只有幾家大電機廠使用了進口繞線機設(shè)備 ， 這主要是由于國內(nèi)的繞線機起步較晚 ， 而且主要是仿造日本的產(chǎn)品 ， 一些關(guān)鍵技術(shù)如自動編程是保密的 ， 仿造不了。所以國內(nèi)大部分繞線機設(shè)備質(zhì)量可靠性差、加工精度較低、生產(chǎn)率較低 ， 雖然價格低于國外同類產(chǎn)品 ， 但還是法占領(lǐng)市場 。 近年來 ， 國內(nèi)外許多廠家 ， 將傳統(tǒng)的掛鉤式換向器 ， 采用刻槽式的工藝來代替 ， 以提高電機的各項性能 指標。 [06]本文在繞線機結(jié)構(gòu)上吸收國外先進產(chǎn)品的優(yōu)點 ， 同時又根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)狀況、結(jié)合國內(nèi)需求的實際情況 ， 自主開發(fā)了全自動雙飛叉嵌線式轉(zhuǎn)子繞線機。 [07] 未來隨著行業(yè)工藝要求的提高，繞線機控制技術(shù)必將向著自動化、智能化等方向發(fā)展。全自動機型就是在這種行業(yè)需求的推動下研發(fā)而成的，實現(xiàn)了一人看管多臺設(shè)備，極大程度滿足了高產(chǎn)能的要求：全伺服控制應(yīng)用于繞線機打打提高了繞線機的繞線精度，滿足了高品質(zhì)線圈的加工要求，未來更智能化、繞線精度更高的機型必將誕生以滿足電氣行業(yè)的發(fā)展要求。 常州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 37 頁 2 基于觸摸屏 的繞線機控制系統(tǒng)總體方案 隨著科技的飛速發(fā)展，越來越多的機器與現(xiàn)場操作都趨向于使用人機界面，而 PIE控制器強大的功能及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理也要求有一種功能與之匹配而操作簡便的人機界面。觸摸屏的出現(xiàn)無疑是 2l 世紀自動化領(lǐng)域的一個巨大革新?。觸摸屏和 PLC 的組合使用已經(jīng)成為主導(dǎo)形式。 PIE 是一種結(jié)構(gòu)簡單、通用性好、功能較完備的新型控制元件，其主要優(yōu)點是抗干擾能力強，可以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性以及生產(chǎn)效率，特別適用于工業(yè)控制。觸摸屏是一種連接人和機器的人機界面，它代替了原始的控制臺和顯示器，可用于數(shù)據(jù)顯示和參數(shù)設(shè)置， 并且可以用動態(tài)曲線的形式描述系統(tǒng)的控制過程；擴展了PLC 的功能，減少了按鈕、開關(guān)、儀表等儀器的使用。 繞線機控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計 圖 系統(tǒng)控制框圖 圖 為整個系統(tǒng)的控制框圖。 本系統(tǒng)是利用 PLC 產(chǎn)生的脈沖對步進電機驅(qū)動器和伺服電機驅(qū)動器的控制，進而對步進電機和伺服電機進行控制，實現(xiàn)一個繞線機的效果。系統(tǒng)主要由機架，床身，導(dǎo)桿，滾珠絲杠，左端位置固定的左旋轉(zhuǎn)夾頭，中間由絲杠驅(qū)動的移動拖板，其上安置有可調(diào)放線張力的放絲機構(gòu)與芯線扶持支座，兩導(dǎo)軌上還裝有根據(jù)不同產(chǎn)品芯桿 長度確定位置的右旋轉(zhuǎn)夾頭之移動拖板及與其由拉壓簧相連的鎖緊拖板，機床右端上方的電氣操作箱與下方的電氣控制箱等組成。電氣控制系統(tǒng)采用文本顯示器作為人機界面，可編程控制器作為總控制單元。 觸摸屏的原理 為了操作方便，人們用觸摸屏來代替鼠標和鍵盤。工作時，我們必須用手指或其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測部件安裝在顯示 常州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 37 頁 器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接收后送觸摸屏控制器。而觸摸屏控制器的主要作用是 從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，將它轉(zhuǎn)換為出點坐標，送給 CPU，它同時能接收 CPU 發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。 觸摸屏的分類 觸摸屏系統(tǒng)一般包括觸摸屏控制器 (卡 )和觸摸檢測裝置兩個部分。其中，觸摸屏控制器 (卡 )的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給 CPU，它同時能接收 CPU 發(fā)來的命令并加以執(zhí)行：觸摸檢測裝置一般安裝在顯示器的前端，主要作用是檢測用戶的觸摸位置，并傳送給觸摸屏控制卡。 電阻觸摸屏 電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面相匹配的多層復(fù)合薄 膜，由一層玻璃或有機玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層透明導(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細小 (小于千分之一英寸 )的透明隔離點把它們隔開絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時，平常相互絕緣的兩層導(dǎo)電層就在觸摸點位置有了一個接觸，因其中一面導(dǎo)電層接通 Y 軸方向的 5V 均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇?，這種接通狀態(tài)被控制器偵測到后，進行 A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與 5V 相比即可得到觸摸點的 Y軸坐標，同理得出 X軸的坐標，這就是所有電阻技術(shù)觸摸屏共同的最 基本原理。電阻類觸摸屏的關(guān)鍵在于材料科技。電阻屏根據(jù)引出線數(shù)多少，分為四線、五線、六線等多線電阻觸摸屏。電阻式觸摸屏在強化玻璃表面分別涂上兩層 OTI透明氧化金屬導(dǎo)電層，最外面的一層 OTI涂層作為導(dǎo)電體，第二層 OTI則經(jīng)過精密的網(wǎng)絡(luò)附上橫豎兩個方向的 +5V 至 0V 的電壓場，兩層 OTI 之間以細小的透明隔離點隔開。當(dāng)手指接觸屏幕時，兩層 OTI 導(dǎo)電層就會出現(xiàn)一個接觸點，電腦同時檢測電壓及電流，計算出觸摸的位置，反應(yīng)速度為 1020ms。五線電阻觸摸屏的外層導(dǎo)電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導(dǎo)電層由于頻繁觸摸， 使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命，但是工藝成本較為高昂。鎳金導(dǎo)電層雖然延展性好，但是只能作透明導(dǎo)體，不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因為它導(dǎo)電率高，而且金屬不易做到厚度非常均勻，不宜作電壓分布層，只能作為探層。 電阻觸摸屏是一種對外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵和水汽，它可以用任何物體來觸摸 ,可以用來寫字畫畫，比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域及辦公室內(nèi)有限人的使用。電阻觸摸屏共同的缺點是因為復(fù)合薄膜的外層采用塑膠材料 ,不知道的人太用力或使用銳器觸摸可能劃傷整個觸摸屏而導(dǎo)致報廢。不過 ,在限度之內(nèi)，劃傷只會 傷及外導(dǎo)電層，外導(dǎo)電層的劃傷對于五線電阻觸摸屏來說沒有關(guān)系 ,而對四線電阻觸摸屏來說是致命的。 紅外線觸摸屏 紅外線觸摸屏安裝簡單，只需在顯示器上加上光點距架框，無需在屏幕表面加上涂層或接駁控制器。光點距架框的四邊排列了紅外線發(fā)射管及接收管，在屏幕表面形成一個紅外線網(wǎng)。用戶以手指觸摸屏幕某一點，便會擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，電腦便可即時算出觸摸點的位置。任何觸摸物體都可改變觸點上的紅外線而實現(xiàn)觸摸屏操 常州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 37 頁 作。早期觀念上，紅外觸摸屏存在分辨率低、觸摸方式受限制和易受環(huán)境干擾而誤動作等技術(shù)上的局限， 因而一度淡出過市場。此后第二代紅外屏部分解決了抗光干擾的問題，第三代和第四代在提升分辨率和穩(wěn)定性能上亦有所改進，但都沒有在關(guān)鍵指標或綜合性能上有質(zhì)的飛躍。但是，了解觸摸屏技術(shù)的人都知道，紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適宜惡劣的環(huán)境條件，紅外線技術(shù)是觸摸屏產(chǎn)品最終的發(fā)展趨勢。采用聲學(xué)和其它材料學(xué)技術(shù)的觸屏都有其難以逾越的屏障，如單一傳感器的受損、老化，觸摸界面怕受污染、破壞性使用，維護繁雜等等問題。紅外線觸摸屏只要真正實現(xiàn)了高穩(wěn)定性能和高分辨率，必將替代其它技術(shù)產(chǎn)品而成為觸摸屏市場主流。過去的紅外觸摸屏 的分辨率由框架中的紅外對管數(shù)目決定，因此分辨率較低，市場上主要國內(nèi)產(chǎn)品為 32*3 40*32，另外還有說紅外屏對光照環(huán)境因素比較敏感，在光照變化較大時會誤判甚至死機。這些正是國外非紅外觸摸屏的國內(nèi)代理商銷售宣傳的紅外屏的弱點。而最新的技術(shù)第五代紅外屏的分辨率取決于紅外對管數(shù)目、掃描頻率以及差值算法，分辨率已經(jīng)達到了 1000*720，至于說紅外屏在光照條件下不穩(wěn)定，從第二代紅外觸摸屏開始，就已經(jīng)較好的克服了抗光干擾這個弱點。第五代紅外線觸摸屏是全新一代的智能技術(shù)產(chǎn)品，它實現(xiàn)了 1000*720 高分辨率、多層 次自調(diào)節(jié)和自恢復(fù)的硬件適應(yīng)能力和高度智能化的判別識別，可長時間在各種惡劣環(huán)境下任意使用。并且可針對用戶定制擴充功能，如網(wǎng)絡(luò)控制、聲感應(yīng)、人體接近感應(yīng)、用戶軟件加密保護、紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。原來媒體宣傳的紅外觸摸屏另外一個主要缺點是抗暴性差，其實紅外屏完全可以選用任何客戶認為滿意的防暴玻璃而不會增加太多的成本和影響使用性能，這是其他的觸摸屏所無法效仿的。 紅外線式觸摸屏價格便宜、安裝容易、能較好地感應(yīng)輕微觸摸與快速觸摸。但是由于紅外線式觸摸屏依靠紅外線感應(yīng)動作，外界光線變化，如陽光、室內(nèi)射燈等均會影響其準確度 。而且紅外線式觸摸屏不防水和怕污垢，任何細小的外來物都會引起誤差，影響其性能，不適宜置于戶外和公共場所使用。 電容式觸摸屏 電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導(dǎo)體層外上一塊保護玻璃，雙玻璃設(shè)計能徹底保護導(dǎo)體層及感應(yīng)器。 此外，在附加的觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導(dǎo)電體內(nèi)形成一個低電壓交流電場。用戶觸摸屏幕時，由于人體電場、手指與導(dǎo)體層間會形成一個耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點，而其強弱與手指及電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器便會計算電 流的比例及強弱，準確算出觸摸點的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護導(dǎo)體及感應(yīng)器，更有效地防止外在環(huán)境因素給觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵埃或油漬，電容式觸摸屏依然能準確算出觸摸位置。 電容觸摸屏的透光率和清晰度優(yōu)于四線電阻屏，當(dāng)然還不能和表面聲波屏和五線電阻屏相比。電容屏反光嚴重，而且，電容技術(shù)的四層復(fù)合觸摸屏對各波長光的透光率不均勻，存在色彩失真的問題，由于光線在各層間的反射，還造成圖像字符的模糊。電容屏在原理上把人體當(dāng)作一個電容器元件的一個電極使用，當(dāng)有導(dǎo)體靠近與夾層 ITO 工作面之間耦合出足 夠量容值的電容時，流走的電流就足夠引起電容屏的誤動作。我們知道， 常州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 37 頁 電容值雖然與極間距離成反比，卻與相對面積成正比，并且還與介質(zhì)的的絕緣系數(shù)有關(guān)。因此，當(dāng)較大面積的手掌或手持的導(dǎo)體物靠近電容屏而不是觸摸時就能引起電容屏的誤動作，在潮濕的天氣，這種情況尤為嚴重，手扶住顯示器、手掌靠近顯示器 7 厘米以內(nèi)或身體靠近顯示器 15 厘米以內(nèi)就能引起電容屏的誤動作。電容屏的另一個缺點用戴手套的手或手持不導(dǎo)電的物體觸摸時沒有反應(yīng)，這是因為增加了更為絕緣的介質(zhì)。電容屏更主要的缺點是漂移：當(dāng)環(huán)境溫度、濕度改變時，環(huán)境電場發(fā)生改變時，都 會引起電容屏的漂移，造成不準確。例如：開機后顯示器溫度上升會造成漂移：用戶觸摸屏幕的同時另一只手或身體一側(cè)靠近顯示器會漂移；電容觸摸屏附近較大的物體搬移后回漂移，你觸摸時如果有人圍過來觀看也會引起漂移；電容屏的漂移原因?qū)儆诩夹g(shù)上的先天不足，環(huán)境電勢面（包括用戶的身體）雖然與電容觸摸屏離得較遠，卻比手指頭面積大的多，他們直接影響了觸摸位置的測定。此外，理論上許多應(yīng)該線性的關(guān)系實際上卻是非線性，如：體重不同或者手指濕潤程度不同的人吸走的總電流量是不同的，而總電流量的變化和四個分電流量的變化是非線性的關(guān)系，電容觸 摸屏采用的這種四個角的自定義極坐標系還沒有坐標上的原點，漂移后控制器不能察覺和恢復(fù)，而且， 4個 A/D 完成后，由四個分流量的值到觸摸點在直角坐標系上的 X、 Y 坐標值的計算過程復(fù)雜。由于沒有原點，電容屏的漂移是累積的，在工作現(xiàn)場也經(jīng)常需要校準。電容觸摸屏最外面的矽土保護玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲擊，敲出一個小洞就會傷及夾層 ITO，不管是傷及夾層 ITO還是安裝運輸過程中傷及內(nèi)表面 ITO層，電容屏就不能正常工作了。 表面聲波觸摸屏 表面聲波觸摸屏的觸摸屏部分可以是一塊平面、球面或是柱面的玻 璃平板，安裝在CRT、 LED、 LCD 或是等離子顯示器屏幕的前面。這塊玻璃平板只是一塊純粹的強化玻璃，區(qū)別于別類觸摸屏技術(shù)是沒有任何貼膜和覆蓋層。玻璃屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定了兩個相應(yīng)的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個周邊則刻有 45176。 角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。 工作原理以右下角的 X軸發(fā)射換能器為例：發(fā)射換能器把控制器通過觸摸屏電纜送來的電信號轉(zhuǎn)化為