1 该客户是专注于马达生产设备开发研究和生产制造的企业，产品广泛应用于电动工具、吸尘器、汽车电机、摩托车起步电机等领域。其中串激励转子绕线机、转子和整流子外圆精车机。 目前该客户正在开发一种新产品，电机定子外线圈高速绕线机。需要用到其2轴伺服直线差补功能。客户原开发机使用的是研华adam－5000系列的分布式io站(plc)，使用其直线插补功能，操作面板使用的是中达电通的简易数控系统。 2 系统工艺流程 放线轮放线→张力摆杆控制张力→进入旋转绕线机构→绕到需要绕线的外定子上，工艺流程如图1所示。 图1 工艺流程示意图3 设计要求 绕线伺服旋转绕线，其速度可设定，运转时恒定，漆包线受张力控制，进退伺服利用丝杠控制绕线头前后进退，还有一套伺服用于旋转变换定子线圈受绕角度。进退伺服在一个线圈上进给分段，每段每匝间隙不同。分布在线圈上以匝数来定绕线多少。 绕线速度：每分钟大3000匝(可以根据使用要求调整)；每匝间距可调整，小线宽：0.7mm。 并且不同匝宽的过渡要平稳，绕线机在换向处不能出现绕线不均匀、堆积现象。 4 方案设计及主要配置 鉴于以上使用要求和机械机械结构，我们设计了如下的方案： 通过丝杠导程，每段规定的匝数，每匝的间距，伺服定义的每转脉冲数可以推导出每段进给的脉冲数，即x轴方向上的puls值： p(x轴)=(d*n)/l*p (p：脉冲数；d：每匝间距；n：匝数；l：丝杠导程；p：每转脉冲数) 由于设定的转速恒定，通过每段规定的匝数(即绕线的的圈数)，伺服定义的每转脉冲数，即可以推导出每段绕线的长度的脉冲数，即y轴的puls值： p(y轴)= n*p (p：脉冲数；n：匝数即圈数；p：每转脉冲数) z轴用于切换调整电机定子外线圈绕线柱头，其旋转角度由电机定子外线圈绕线柱头数决定，由每次相同批次绕线前事先设定。 图2 电机定子外线圈绕线形式示意图在绕线时x轴和y轴实时联动，根据设定的好的参数，两轴分别走相应的脉冲数，每段之间匝距变换，设定加减速时间，其实这就相当于绕线伺服和进给伺服之间做一个直线插补功能。而由于cp1h本身没有直线插补功能，cp1h有着独立4轴100k的高速脉冲输出，在计算量不是很大的情况下，其实也可以做到直线插补功能。这就为本系统使用cp1h创造了条件。 本方案使用omron的解决方案配置为： cp1h-xa40dt-d 一台， cpm1a-20edr1一台， cp1w-cif01一台， r88d-gt08h-z 两台， r88d-gt04h-z一台， r88m-g75030h-s2-z 两台， r88m-g40030h-s2-z一台， ns8-tv00b-ecv2一台。 本方案主要难点在于cp1h的本身不带有直线插补功能，为此需要设计一套直线插补的程序，本方案中使用了时间分割直线插补算法，此方法在一些书籍中都有论述，这里就不做介绍了。由于本方案涉及多步连续运行，在这里将直线插补程序参照omron的nc模块的内存操作模式，打包成功能块，如图3所示。 图3 功能块应用图示其中: 输入： start： 启动定位序列位。 step： 定位序列数设定——设定范围&1～&100。 step_ctrl：启动下一步（可结合内存设定中，独立模式时生效）。 se：定位序列设定区域。 0：d区 1：h区 se：定位序列起始地址设定。 se为0时：设定范围&0～&9900 se为1时：设定范围&0～&400 orgxy：返回初始位置位（参见内存定位序列设定）。 输出： step_running： 当前定位步号。 5 内存定位序列 图4 内存定位序列示意以se=0；se=0为例，内存设定如图4所示。 a：每个定位序列占有10个字。 b：设定内容： d0~d1：x轴位置。 d2~d3：y轴位置。 d4：插补起始速度。 d5：插补加速度。 d6：插补减速度。 d7~d8：插补目标速度。 d9：定位模式设定 0：独立模式 本行所设定序列完成后即停止，可由功能块输入“step_ctrl”启动下个序列。 1：连续模式 本行所设定序列完成后继续运行下个序列。 c：个序列为起始位置，如不需要使用可将x、y设定为(0，0)。当功能块输入 “orgxy”为“on”时，返回此处设定位置。 这样在实际使用该功能块配合由用户在触摸屏上设定的参数而计算出来的结果赋值到序列中。构成完整的输出。来达到给电机定子外线圈按规定绕线的目的。 图5 左图开始绕线，右图换匝 图6 左图换定子，右图绕好的定子线圈实际设备安装完毕后对不同的进行了电机定子外线圈试绕线，结果比较满意，绕线匝数，每匝间距精度能够达到设计要求。图5、图6是设备图和绕线成品图。1 注塑机是注塑成型的主设备，注塑机的技术参和性能与塑料性质和注塑成型工艺有着密切的关系。注塑成型设备的进一步完善和发展必将推动注塑成型技术的进步，为注塑制品的开发和应用创造条件[1]。老式中小型注塑机的电气控制系统大多采用继电器控制，线路复杂，故障率高，维修麻烦。而可编程序控制器是专为工业环境下应用而设计的工业计算机，由于它具有可靠性高、编程方便、抗干扰能力强、维修方便等特点，广泛用于各种类型的机械或生产过程的控制[2]。 2 注塑机的工作原理 注塑机是借助螺杆(或柱塞)的推力，将已塑化好的熔融状态(即粘流态)的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制柜操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度及电流、电压的监控，注射压力和背压压力的调节等。注塑机生产一个产品的工作循环包括(1)快速合模；(2)慢速合模；(3)模板锁合；(4)射台前移到位；(5)注塑；(6)冷却和保压；(7)预塑；(8)射台后退；(9)开模；(10)顶出制品。工艺流程如图1所示。 图1 注塑机工艺流程注塑机在操作过程中需要实现手动控制、半自动控制和全自动控制。手动控制是在一个生产周期中，每一个动作都是由操作者拨动操作开关，控制相应的电磁铁得电而实现液压系统的控制。手动操作一般在试机调模时才选用。注塑机运行通常工作在半自动或全自动状态。半自动操作时，机器可以自动完成一个工作周期的动作，但每一个生产周期完毕后，操作者必须拉开安全门，取下工件，再关上安全门，机器方可以继续下一个周期的生产。如果顶出装置能将工件可靠地从模具中顶出，注塑机可以工作于全自动状态。全自动操作时注塑机在完成一个工作周期的动作后，可自动进入下一个工作周期，生产效率更高。 3 plc控制系统开发 3.1 输入输出点数的确定 m230注塑机生产工艺要求有多种操作方式转换，并以行程控制和时间控制来实现动作的转换等特点，其控制是典型的顺序控制，适合选择采用可编程序控制器实现注塑机的各个工步的控制。在选择可编程序控制器时，需要知道系统开关信号的输入点数和输出点数。本控制系统的输入设备有启动按钮sb1、停止按钮sb2，限位开关sq1～sq12，半自动需要检测安全门限位开关sa4。工作方式的选择对应转换开关sa1～sa3输入，加上控制面板上的12个控制按钮，需要输入点数30个。输出需要控制21个开关电磁阀，实现快速合模、慢速合模、锁模等注塑机的15个状态控制，需输出点数21个。 3.2 plc选型 本系统选用三菱公司的fx-2系列的fx2-64mr。该型号的plc具有丰富的指令系统，快速的输入响应功能以及完善的脉冲输出功能，为64点i/o型，其中输入点数为32点，输出点数为32点，继电器型，可直接驱动开关电磁阀，满足系统要求[3]。 3.3 plc输入输出接线图设计 本系统设计有启动按钮sb1、停止按钮sb2，限位开关sq1～sq12，半自动需要控制安全门开关sa4，工作方式选择的转换开关sa1～sa3，以及控制面板上的12个控制按钮。输出需要21个电磁阀来控制15个状态。输入信号分别接到fx2的x接线端，控制输出分别接到输出接线端，系统输入输出接线如图2所示。 图2 plc输入输出接线图3.4 梯形图设计 注塑机的控制是典型的顺序控制，它的工作循环是从慢速合模工步开始，一步一步有条不紊进行，每一个工步执行都使相应电磁阀动作，用行程开关或定时器定时来判断每一步是否完成，并决定是否启动下一个工步，采用步进梯形指令可以方便地完成相应的控制过程。本系统的设计有手动、半自动和全自动多种工作方式，采用条件控制指令来实现工作方式的选择。半自动与全自动的控制程序基本相同，手动控制是将控制面板上的闭模、锁模(芯移入)、射台前进、注射、保压、预塑、抽胶、射台退回、芯移出、开模、顶出的12个控制按钮接入plc，将转换开关打到手动档，x15接通，中间继电器m300得电，启动后进入手动控制子程序。全自动时，安全们不用打开，注塑机自动完成闭模、锁模(芯移入)、射台前进、注射、保压、预塑、抽胶、射台退回、芯移出、开模、顶出等过程。半自动时主要是防止顶出动作完成后，产品不能自动从模具中脱离，应此在开模时需要打开安全门，人工取下产品，关闭安全门，开始下一个产品生产周期，比全自动多了打开安全门和关闭安全门的动作。全自动控制部分梯形图如图3所示。 图3所示的全自动控制程序采用步进梯形指令，注塑机每一个工步与一条set指令对应，设计方便，易于实现。 图3 全自动控制梯形图4 本设计针对m230型注塑机，根据其工艺流程，使用三菱公司的fx2可编程序控制器作为注塑机的核心控制部件，实现了注塑机系统的全自动控制、半自动控制和手动控制过程，实际系统运行表明，设计的系统操作简便，运行可靠
