利用中達CNC數控系統強大的軸控功能和臺達伺服系統快速精準的運動響應，使繞線機的工作效率得到了很大的提高。
本文主要介紹了數控定子繞線機功能的需求，以及系統操作界面和I/O的規劃。
一、前言

圖1 數控定子繞線機外觀
目前繞線機的市場可謂龐大，品種繁多，有平行繞線機、環型繞線機、定轉子繞線機、紡織繞線機等。本文主要介紹的是利用中達CNC數控系統和伺服產品構建出的設備：數控定子繞線機。他的最大特點是可以自動變換繞線方向，所繞的線圈整齊且圈數準確。操作簡便，節省人工，提高產量，產品品質好，其繞線、排線、停車、換槽，完全按程序自動執行。排線寬幅可調，圈數準確。生產速度快，并大量節省線材。下面概述如何利用中達的數控和臺達的伺服整合此方案。

二、技術和精度要求
客戶原用PLC+伺服控制整臺設備，因其加工出來的產品的合格率較低，且一些功能無法實現，滿足不了市場上需求，故提出開發數控定子繞線機，并且需要控制系統和伺服滿足如下條件：
1．伺服運動軸
在機械上，需要三軸的控制坐標系。其中，排線X軸采用伺服電機直接驅動螺距為4mm的滾珠絲杠，在連接工作臺做直線運動；飛叉Y軸采用伺服電機驅動1：2的齒輪箱間接傳動，做360度的圓周運動；分度Z軸采用伺服電機驅動1：9的齒輪箱間接傳動，做360度的圓周運動。這3個軸要求能夠聯動。
此外，對于飛叉軸來說，由于在運動過程中，機械負載慣量會因為繞線的速度的不同而發生較大的變化，這就要求伺服系統具有優異的穩定性、相應性和對負載變化自適應能力。
2．精度要求
機械回零精度：排線軸0.005mm 飛叉軸+/-1度 分度軸+/-1度
定位精度：0.02mm +/-1度
要求控制系統和伺服系統能夠具有檢測反饋，來保證機械運動精度。
3．CNC控制系統
因定子繞線機不僅講究繞的匝數要準確，而且排線出來的密度要均勻，即最少需要兩軸之間做插補運算，實現聯動；畫面可以自由規劃；要給客戶方便傳輸加工程序，并且可以對NC程序編輯和存儲；控制系統要提供一個D/A口，實現恒張力控制功能。
另外，客戶希望數控系統再開放一個軸，以備后用。

三、方案可行性分析
通過對機械設計和控制技術的要求分析，確定采用一臺中達電通通用的四軸H4-4上位機控制系統+3套臺達B系列交流伺服ASD-B做下位機控制的控制架構。
具體分析如下：
1．中達電通通用數控H4的主要特點：
（1）獨立的伺服接口，可以實現多軸聯動。
（2）電壓命令型（V-Comnand）伺服接口，最小解析精度0.001mm，可配合光柵尺或旋轉編碼器實現閉環、半閉環控制，能夠滿足精度要求。
（3）最大響應速度500KPPS編碼器反饋，能夠滿足快速定位的要求。
（4）控制器內存512K的存儲空間，可存儲1000個NC加工程序，配合標準的CNC鍵盤可以輕松的編寫加工程序。
（5）通過CNC簡易I/O控制命令和內制PLC開發，能夠靈活的實現輔助機能。
（6）內置可編程PLC，標準配置為24INPUT/16OUTPUT，最大可以在增加32INPUT/32OUTPUT。
（7）2組D/A輸出，2組A/D輸入，完全可以滿足實現恒張力的控制要求。
通過比較分析，完全可以滿足做為上位機的控制要求。
2．臺達交流伺服系統的主要特點：
（1）具有多種控制模式，可與上位控制器靈活配合，應用廣泛。
（2）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE功能。
（3）強健式的控制模式，在負載慣量大范圍的變化時，系統仍然可以保持優異的性能。
（4）豐富的軟件功能，方便用戶調試。
通過比較分析，臺達交流伺服系統完全可以滿足做為下位機的控制要求。通過對機械結構、負載慣量、輸出扭矩的分析計算，故選用：ASDB 400W*1顆、ASDB 750W*2顆做為下位控制器。

四、功能設計
1、系統架構

圖2 系統架構
2、外觀和功能需求
繞線機具有尋原點、點動模式、單次模式、自動模式、編程模式、參數設定、測試輸出點功能等多項功能。
（1）系統操作界面規劃
操作界面主要分為以下幾個功能區塊：
開機畫面：

圖3 開機畫面
系統在上電后，進入此畫面。此時為待機狀態，畫面的最下一排是功能顯示區。

原點模式：
當畫面在原點模式下，分別按下X、Y、Z功能鍵，在按下啟動鍵
可以順次執行回原點；或者可以按下X&Y&Z功能鍵，在按下啟動鍵三軸同時回原點。

圖4 原點模式畫面
手動模式：
到進入手動模式后，可以分別按下X、Y、Z三軸按鍵，在按下 可以實現前后移動或正反轉。速度值的大小可以設定。

圖5 手動模式畫面
自動模式：
在自動模式下，當程式正在運行時，可以觀察到目前的各軸的行進情況，目前的加工程式號，參數組別號，當前加工至第幾極，以及完成一個工件所需時間。并且可以根據自己的需要，可以實現程式暫停、單步執行。

圖6 自動模式畫面
報警畫面：
當出現報警故障出現時，系統會自動停止運行，并且畫面會進入到報警畫面，故障警號會反白顯示出來。只有當把故障排除后，才可以執行其他動作。

圖7 報警畫面
設參數功能：
在此功能下，客戶會根據實際的工件需要設置相應的參數，并且保存于當前的參數組別下，共可以保存12個工件參數，有6頁畫面的參數可設。客戶也可以根據自己的需要，將參數讀出來。

圖8 參數設定畫面
（2）重要功能的實現
急停：
當設備在使用時，出現任何問題時，按下急停，即可阻止危險動作的發生。松開急停后，系統會按規定的動作程序執行歸位。以下為動作流程圖。

圖9 急停松開后動作流程圖
程序見主控制程式。

讀、寫參數功能的實現：
客戶可根據實際工件規格要求設置相應的參數，并將參數儲存于控制器中，目前開放了12個工件參數，同時方便客戶直接讀參數。程序見主控制程式。

極繞與層繞功能的實現：
不同的工件要求不同的繞制方式，目前有兩種：極繞和層繞。極繞根據每個極的總匝數，實現自動排線，自動分層，直至繞制完成。層繞要求每個層的匝數可設，根據總匝數分成好多層，一般線徑較粗的用此方式加工。程序見主控制程式。

工件程式的編制：
由于每個工件的極數，繞制方式，以及每個汽缸的動作順序都有可能不一樣，所以要求可以用G代碼編寫出來，這樣從而可以節省不必要的環節，大量節約時間。工件程式的存儲個數可以達到900多個，完全可以滿足所有工件形式的加工。

圖10 主程序控制流程圖
3、I/O點規劃及接線

圖11 輸入信號表格
圖12 輸出信號表格

圖13 伺服及其他電器接線圖

五、結束語

圖14 加工成品圖
該數控定子繞線機控制方案具有控制精度高，系統穩定性強，用戶操作靈活的特點，為利用中達CNC系統和臺達伺服在繞線機行業上的典型案例。
利用中達電通開放式、全功能通用數控系統，配合臺達伺服系統優異的性能，可以靈活地整合出專用的控制系統，提供更有價值的整合方案以滿足不同客戶與行業的特殊要求。