【正文】 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。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。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。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)。 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(jiǎn)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。 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。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。 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。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。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。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。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(jiǎn)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)。，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)）?？傊敬卧O(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。（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(jiǎn)單易學(xué)。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?？梢酝ㄟ^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。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。速應(yīng)性強(qiáng)是指反應(yīng)快、靈敏、響態(tài)品質(zhì)好。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)。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。又稱隨動(dòng)系統(tǒng)。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(chǎng)部得到了廣泛的應(yīng)用。人機(jī)界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介， 它實(shí)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。我國在1974年研制出第一臺(tái)PLC，目前也有不少廠家自主研發(fā)生產(chǎn)PLC，如和利時(shí)、匯川、南大傲拓等，一般的控制環(huán)境下應(yīng)用是具有較高的性價(jià)比的。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。對(duì)于本控制系統(tǒng)的硬件選用，主要是基于目前技術(shù)及性能都很成熟的產(chǎn)品，目的是能使設(shè)備的性能穩(wěn)定及成本都能得到有效的控制，以下對(duì)這些硬件分別作一些簡(jiǎn)要介紹。伺服系統(tǒng)：由伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電機(jī)組成，主要完成繞線工作。 系統(tǒng)硬件組成示意圖PLC：主要用來控制和協(xié)調(diào)其它硬件工作，與HMI通訊接收來自HMI的參數(shù)設(shè)定，并將一些主要的實(shí)時(shí)工況在HMI上顯示出來；對(duì)于伺服和步進(jìn)系統(tǒng)，根據(jù)其實(shí)現(xiàn)功能的不同，通過編程使用不同的控制算法，以達(dá)到動(dòng)作要求；系統(tǒng)外部事件捕捉與管理等。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與說明系統(tǒng)是通過HMI與PLC通訊，從而實(shí)現(xiàn)用HMI進(jìn)行繞線工藝的各種參數(shù)設(shè)定和設(shè)備實(shí)時(shí)工況的顯示，而PLC則通過對(duì)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制（如伺服、步進(jìn)等），從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)按工藝要求作出相應(yīng)的機(jī)械動(dòng)作，以完成繞線工藝動(dòng)作。其中大部分模塊可以形成標(biāo)準(zhǔn)的子程序，可方便地實(shí)現(xiàn)移植和調(diào)用。第三章介紹了系統(tǒng)硬件選型和主要電路設(shè)計(jì)，整個(gè)選型思路是圍繞系統(tǒng)工作穩(wěn)定和成本優(yōu)先的原則進(jìn)行。整個(gè)系統(tǒng)是有進(jìn)行仿真的。塑封電機(jī)在我國的生產(chǎn)及應(yīng)用目前仍處于高速增長(zhǎng)階段，定子鐵芯的塑封及繞組的繞線技術(shù)也得到了高速的發(fā)展，為近年來我國的塑封電機(jī)產(chǎn)能和品質(zhì)的提高提供了有力技術(shù)支持；由于競(jìng)爭(zhēng)激烈，中國企業(yè)憑借著產(chǎn)品生產(chǎn)成本優(yōu)勢(shì)，占據(jù)世界的半壁江山；目前國外廠家已幾乎完全退出塑封電機(jī)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，轉(zhuǎn)由中國進(jìn)口，同時(shí)，先進(jìn)國家除了在高端產(chǎn)品應(yīng)用的繞線技術(shù)外，用于一般大批量生產(chǎn)的定子繞線機(jī)技術(shù)幾乎不再投入研發(fā) ；縱觀國內(nèi)，卻是另番景象，生產(chǎn)塑封電機(jī)的廠家眾多，加上現(xiàn)在日本的同步電機(jī)和無刷直流電機(jī)也開始逐漸采用塑封結(jié)構(gòu)，使得半定繞線機(jī)的市場(chǎng)前景廣闊，為其控制技術(shù)提供極大的發(fā)展空間，這也是我們?cè)O(shè)計(jì)操作更簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)更合理、功能更強(qiáng)大、更經(jīng)濟(jì)的半定子繞線機(jī)控制系統(tǒng)推動(dòng)力。國內(nèi)研制生產(chǎn)塑封電機(jī)的廠家多集中在滬、粵、蘇、浙、閩等地。 美國生產(chǎn)的廚房用品上也較多采用塑封電機(jī)，如廚房垃圾粉碎機(jī)用的100W電機(jī)即為塑封結(jié)構(gòu)等。日本的同步電機(jī)和無刷直流電機(jī)也已開始采用塑封結(jié)構(gòu)，如索尼公司1985年研制出塑封結(jié)構(gòu)的HC型磁滯同步電機(jī)已用在盒式錄像機(jī)上作主導(dǎo)軸電機(jī)。此外日本產(chǎn)的高檔洗衣機(jī)為防潮及吸振減振也已開始采用塑封電機(jī)。 塑封電機(jī)在家用電器中應(yīng)用較多，其最大優(yōu)點(diǎn)是噪音低，因而它首先用在空調(diào)器上。在日本生產(chǎn)塑封電機(jī)的有松下、三菱、芝浦、草津、日立等公司。圖13 半定子繞線單機(jī)片機(jī)控制組成硬件實(shí)物圖本課題即以上述半定子繞線技術(shù)控制問題為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于PLC+觸摸屏+伺服的控制架構(gòu)，該系統(tǒng)在不增加控制成本的前提下，不僅可以大大提高生產(chǎn)效率，而且控制系統(tǒng)穩(wěn)定、功能擴(kuò)展靈活；友好的人機(jī)界面，使用配方的編輯功能簡(jiǎn)單快捷，能夠迅速轉(zhuǎn)換生產(chǎn)不同產(chǎn)品的參數(shù)配置，更在繞線細(xì)節(jié)上支持在繞線過程中運(yùn)動(dòng)中根據(jù)線徑和匝數(shù)更改排線的速度，使成品率大大提高。圖12 塑封電機(jī)實(shí)物圖眾所周知，電機(jī)的定子線圈的品質(zhì)直接決定著電機(jī)的性能，所以對(duì)半定子繞線機(jī)性能的要求可謂日趨嚴(yán)格。③日本草津電機(jī)株式會(huì)社采用壓合結(jié)構(gòu)，即在結(jié)合面上分別有相對(duì)應(yīng)的凸凹部 ，把二者壓合在一起，使之緊密配合。②日本松下公司采用的分半鐵芯扣合結(jié)構(gòu)，就是扣合后注塑，使兩個(gè)半圓成為一個(gè)整體。半圓型鐵芯結(jié)構(gòu)拼合方式有3種：①日本東芝公司采用的焊接結(jié)構(gòu)，兩個(gè)半圓型鐵芯繞完線后，采用氬弧焊焊接使兩個(gè)半圓型鐵芯形成整圓。半圓型鐵芯制成后用兩個(gè)半圓形的絕緣護(hù)套分別從半圓型鐵芯兩端套上，然后再繞線，拼合，即可塑封。塑封電機(jī)由塑封定子、軸、轉(zhuǎn)子、軸承、端蓋及熱保護(hù)器、引出線、插座等組成。結(jié)果表明，該P(yáng)LC+HMI+伺服+步進(jìn)組成的控制系統(tǒng)能夠?qū)Π攵ㄗ永@線機(jī)進(jìn)行各種控制，并能達(dá)到提高生產(chǎn)率的效果，因此該基于PLC+HMI+伺服+步進(jìn)組成的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。再次，介紹了該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括HMI的畫面組態(tài)。首先，本文介紹了半定子繞線技術(shù)的發(fā)展背景，半定子繞線的原理以及現(xiàn)在國內(nèi)外的半定