【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在 著人機(jī)界面。目前我國人機(jī)界面的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，近年國內(nèi)涌現(xiàn)不少性價(jià)比極高的產(chǎn)品，如：威綸通、昆侖通態(tài)、同辰、顯控等，這些產(chǎn)品憑著較高的性價(jià)比，在國內(nèi)市場部得到了廣泛的應(yīng)用。 伺服系統(tǒng)（sevro system）伺服系統(tǒng)是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。又稱隨動(dòng)系統(tǒng)。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)， 其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。伺服系統(tǒng)具備可控性好，穩(wěn)定性高和速應(yīng)性強(qiáng)等基本性能。說明一下，可控性好是指訊號(hào)消失以后，能立即自行停轉(zhuǎn)。穩(wěn)定性高是指轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)距的增加而均勻下降。速應(yīng)性強(qiáng)是指反應(yīng)快、靈敏、響態(tài)品質(zhì)好。由于近年來伺服應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展迅速，伺服的生產(chǎn)技術(shù)成熟及成本不斷下降，國內(nèi)也有不少廠家看好其前景，投入伺服的研發(fā)和生產(chǎn)，其中主要有：廣數(shù)、華中、匯川等，此類產(chǎn)品目前在低端應(yīng)用還是能夠滿足要求的。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。目前國內(nèi)步進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)己經(jīng)相當(dāng)成熟，國內(nèi)企業(yè)基本不再使用進(jìn)口產(chǎn)品。第三章 系統(tǒng)硬件選型及主要電路設(shè)計(jì) 硬件選型由于目前國內(nèi)廠家在工控產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)都比較成熟，加上本設(shè)備的工藝要求不算太高，出于成本控制考慮，本控制系統(tǒng)硬件均選擇國內(nèi)產(chǎn)品，具體如下：（1）PLC：選用匯川的H1U1410MT,此CPU本體是14DI/10DO（晶體管輸出），含4路高速脈沖計(jì)數(shù)器及3路100KHz高速脈沖輸出，正好滿足本系統(tǒng)一套伺服和兩套步進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制要求，可以說是物美價(jià)廉的產(chǎn)品。（2）伺服系統(tǒng)：選用匯川近年才推出的IS500 400W伺服系統(tǒng)，此產(chǎn)品性能一般，最大的亮點(diǎn)是使用單相220V交流輸入，省去變壓器的成本及需要三相380V電源供電的缺點(diǎn)，由于本系統(tǒng)的控制精度要求不算高，用此伺服能夠滿足工藝要求并有利于控制成本。（3）HMI：選用同辰的7吋真彩觸摸屏，此屏價(jià)格便宜，美觀大方、能兼容多款主流PLC；組態(tài)軟件簡單易學(xué)。（4）步進(jìn)：選用固若金的產(chǎn)品，此品牌在國內(nèi)屬中上位置，有著極高的性價(jià)比?？傊?，本次設(shè)計(jì)是本著成本優(yōu)先、夠用就好的原則進(jìn)行的，并不盲目追求高性能和大品牌。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是完成半定子的繞線工藝動(dòng)作的自動(dòng)化控制，因此只作主要部件的電路設(shè)計(jì)，其他輔助電路并未作詳細(xì)設(shè)計(jì)闡述。，繞線設(shè)備的主要執(zhí)行部件是三個(gè)電機(jī)（一個(gè)伺服電機(jī)和兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)）。通過控制器去控制三個(gè)電機(jī)的相互動(dòng)作配合，完成整個(gè)半定子繞線的工藝過程，其中伺服電機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)飛叉以完成繞線工藝動(dòng)作；主要作速度控制；步進(jìn)電機(jī)1主要驅(qū)動(dòng)分度盤（即完成換槽動(dòng)作）；而步進(jìn)電機(jī)2主要驅(qū)動(dòng)半夾具所在的軸，使其均速來回?fù)u擺從而完成排線動(dòng)作。在這三個(gè)工藝動(dòng)作里，精度及動(dòng)作要求最高的是繞線動(dòng)作，它的繞線速度最快達(dá)3000轉(zhuǎn)，而其它兩個(gè)電機(jī)只是作分度及均速 搖擺的簡單動(dòng)作，故出于制造成本考慮，才會(huì)有繞線飛叉使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而分度和排線卻使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特別設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)主回路示意圖(一)（二）。它們是通過一個(gè)中間繼電器KA01來控制三個(gè)接觸器KM0KM0KM03的吸合，從而控制三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電源的通斷，KA01是由則由PLC的輸出Y6來控制，而L01指示亮起表示回路得電，電機(jī)就緒。，PLC的輸入主要有：啟動(dòng)(AN1)、復(fù)位(AN2)、電機(jī)就緒按鈕（AN3）、安全保護(hù)（門開關(guān)）以及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)原點(diǎn)等信號(hào)；而輸出主要是各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的脈沖控制信號(hào)（包括速度、方向、全能等）和安全門驅(qū)動(dòng)氣閥。各脈沖輸出信號(hào)端串入的電阻是分壓起限流作用，以保護(hù)驅(qū)動(dòng)器的輸入端光偶不被擊穿。 系統(tǒng)主控制回路示意圖、排線、繞線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器電路示意圖，為了增強(qiáng)信號(hào)的抗干攏能力，本設(shè)計(jì)使用PUL+接24V，PUL接脈沖信號(hào)P的接法。由于分度盤到位后就要鎖定不動(dòng)，所以分度動(dòng)作完成后需要給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器一個(gè)使能信號(hào)（DI1）以鎖定分度盤，而排線則不需要，讓它自由懸空。而伺服是需要使能信號(hào)才能工作，故DI3是連接到CN1的第40針上。 分度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路示意圖 排線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路示意圖 繞線伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路示意圖由于塑封電機(jī)都是小功率微型電機(jī)，其定子都是比較小的工件，所以繞線機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的容量都是比較小的，整個(gè)電路中基本上沒有較大的電流流過。所以電路設(shè)計(jì)方面是比較簡單的，比較少電氣元件，非常易于安裝。第四章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)部分主要介紹一下主程序的設(shè)計(jì)和HMI功能設(shè)計(jì)及組態(tài)等，本系統(tǒng)軟件部分開發(fā)主要是基于PLC和HMI生產(chǎn)廠家的專用編程軟件和組態(tài)軟件進(jìn)行二次開發(fā)的。PLC及HMI技術(shù)相當(dāng)成熟的今天，這些軟件的開發(fā)介面是非常友好易用的，而且功能也比較強(qiáng)大和完善，程序?qū)懫饋硪彩欠浅７奖愕摹?主程序設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)主程序，首先必須了解半定子結(jié)構(gòu)及繞線的工藝要求，每個(gè)半定子共有八個(gè)槽，分別繞兩極線圈（也就是在上面繞兩個(gè)不同向的繞組），如圖設(shè)由左至右的槽號(hào)是18號(hào)，那么按照繞線工藝要求，6為一個(gè)繞組，8為一個(gè)繞組，但方向與前者相反，由于夾具裝夾方式原因（夾具夾在最右的槽即8槽上），工序?yàn)橄壤@1256槽，然后機(jī)完成工作返回原點(diǎn)，等待操作人員將工件反轉(zhuǎn)重新裝夾，原來的由左至右18槽順序變?yōu)?1槽，夾具夾在1槽（其實(shí)此時(shí)已變?yōu)閷?shí)際上的第8槽）上，繞線按8743順序進(jìn)行，而繞線方向正好與之前的繞組相反（繞線飛叉也不需要相對(duì)原來的方向反轉(zhuǎn)），滿足工藝要求, 也就是說一個(gè)半定子繞線要分兩次完成。如果電機(jī)是設(shè)計(jì)有分檔的話，還要分層多繞一次工序。 半定子結(jié)構(gòu)示意圖其次，我們還要了解機(jī)械結(jié)構(gòu)，在此對(duì)1～7號(hào)部件作一下簡要說明：1是繞線飛叉：由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，是繞線機(jī)的主要部件，2是工作轉(zhuǎn)盤：其分為兩層，上層為分度盤，下層為基盤。分度盤由分度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在分度時(shí)分度盤相對(duì)基盤作逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，起到分度作用，而基盤則由排線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在排線的時(shí)候分度盤與基盤一起擺動(dòng)，作排線動(dòng)作；3是分度步進(jìn)電機(jī)：其安裝于分度盤上，隨分度盤一起運(yùn)動(dòng)；4是飛叉轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)及原點(diǎn)檢測(cè)轉(zhuǎn)盤：在盤上有一個(gè)小缺口，通過光電開關(guān)提供計(jì)數(shù)及檢測(cè)原點(diǎn)位置信號(hào)；5是排線原點(diǎn)檢測(cè)：也由是一個(gè)隨工作轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的帶缺口的轉(zhuǎn)盤和光電開關(guān)組成；6是夾具，其固定在分度盤上隨分度盤一起運(yùn)動(dòng)；7是分度原點(diǎn)檢測(cè)：是一個(gè)小限位開關(guān)，當(dāng)分度盤回到原點(diǎn)會(huì)觸發(fā)信號(hào)。其中排線及分度均以右邊為原點(diǎn)，工作時(shí)逆時(shí)針向左運(yùn)動(dòng)，回原點(diǎn)時(shí)作順時(shí)針運(yùn)動(dòng)。 繞線機(jī)機(jī)臺(tái)圖片通過上述對(duì)機(jī)械部件和工藝工作的分析，我們可以總結(jié)出繞線機(jī)整個(gè)動(dòng)作流程其實(shí)只分成四個(gè)步驟完成動(dòng)作就可以了：第一步，系統(tǒng)初始化。第二步，全部執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)位（找原點(diǎn)），包括繞線飛叉、分度盤、排線。第三步，操作人員輸入（或調(diào)用參數(shù)）。第四步，按啟動(dòng)鈕啟動(dòng)繞線，設(shè)備從1槽開始繞線，計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定匝數(shù)后停止并等待，轉(zhuǎn)一個(gè)分度，在2槽上開始繞線，達(dá)到設(shè)定匝數(shù)后停止并等待，分度盤轉(zhuǎn)3個(gè)分度，在5槽上開始繞線，完成后再轉(zhuǎn)一個(gè)分度在6槽上繞線，達(dá)到設(shè)定匝數(shù)后，停止；當(dāng)然，在繞線過程中需要監(jiān)測(cè)是否有斷線或無線。如果設(shè)備連續(xù)工作的話，只要一直重復(fù)第二到第四步就行了。根據(jù)上述的分析，得出是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)動(dòng)作流程框圖（）： 半定子繞線機(jī)動(dòng)作流程示意圖，主程序可以設(shè)計(jì)為循環(huán)方式運(yùn)行，設(shè)備在完成一個(gè)半定子繞線后，如果過程中沒有檢測(cè)到斷線等故障，等待處理和按“復(fù)位”回復(fù)原點(diǎn)，等待工作換下一個(gè)工件，然后重復(fù)前邊的動(dòng)作；而出現(xiàn)故障的話，設(shè)備停止執(zhí)行工作并發(fā)出報(bào)警，等待工人排除故障后手動(dòng)復(fù)位。系統(tǒng)工作過程中主要檢測(cè)原點(diǎn)是否正確、繞線時(shí)是否有斷線、繞線匝數(shù)等。其實(shí)系統(tǒng)的整個(gè)控制流程并不復(fù)雜，所以使用技術(shù)成熟的PLC作為主控制器是能夠大大提高控制工作的穩(wěn)定性，從而提高設(shè)備生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)成本。，是按照動(dòng)作流程設(shè)計(jì)的PLC主程序控制流程框圖，可以看出，主程序是以循環(huán)方式工作，與動(dòng)作流程吻合。 半定子繞線機(jī)PLC主控程序流程框圖程序代碼使用PLC生產(chǎn)廠家自主研發(fā)的編程軟件AutoS