1 引言

該客戶是專注于馬達生產設備開發研究和生產制造的專業企業，產品廣泛應用于電動工具、吸塵器、汽車電機、摩托車起步電機等領域。其中串激勵轉子繞線機、轉子和整流子外圓精車機。

目前該客戶正在開發一種新產品，電機定子外線圈高速繞線機。需要用到其2軸伺服直線差補功能。客戶原開發機使用的是研華adam－5000系列的分布式io站(plc)，使用其直線插補功能，操作面板使用的是中達電通的簡易數控系統。

2 系統工藝流程

　 放線輪放線→張力擺桿控制張力→進入旋轉繞線機構→繞到需要繞線的外定子上，工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程示意圖

3 設計要求

繞線伺服旋轉繞線，其速度可設定，運轉時恒定，漆包線受張力控制，進退伺服利用絲杠控制繞線頭前后進退，還有一套伺服用于旋轉變換定子線圈受繞角度。進退伺服在一個線圈上進給分段，每段每匝間隙不同。分布在線圈上以匝數來定繞線多少。

　　繞線速度：每分鐘最大3000匝(可以根據使用要求調整)；每匝間距可調整，最小線寬：0.7mm。

　　并且不同匝寬的過渡要平穩，繞線機在換向處不能出現繞線不均勻、堆積現象。

4 方案設計及主要配置

　　鑒于以上使用要求和機械機械結構，我們設計了如下的方案：

　　通過絲杠導程，每段規定的匝數，每匝的間距，伺服定義的每轉脈沖數可以推導出每段進給的脈沖數，即x軸方向上的puls值：

　　p(x軸)=(d*n)/l*p

　　(p：脈沖數；d：每匝間距；n：匝數；l：絲杠導程；p：每轉脈沖數)

　　由于設定的轉速恒定，通過每段規定的匝數(即繞線的的圈數)，伺服定義的每轉脈沖數，即可以推導出每段繞線的長度的脈沖數，即y軸的puls值：

　　p(y軸)= n*p

　　(p：脈沖數；n：匝數即圈數；p：每轉脈沖數)

　　z軸用于切換調整電機定子外線圈繞線柱頭，其旋轉角度由電機定子外線圈繞線柱頭數決定，由每次相同批次繞線前事先設定。

圖2 電機定子外線圈繞線形式示意圖

　　在繞線時x軸和y軸實時聯動，根據設定的好的參數，兩軸分別走相應的脈沖數，每段之間匝距變換，設定加減速時間，其實這就相當于繞線伺服和進給伺服之間做一個直線插補功能。而由于cp1h本身沒有直線插補功能，但是cp1h有著獨立4軸100k的高速脈沖輸出，在計算量不是很大的情況下，其實也可以做到直線插補功能。這就為本系統使用cp1h創造了條件。

所以本方案使用omron的解決方案配置為：

cp1h-xa40dt-d 一臺，
cpm1a-20edr1一臺，
cp1w-cif01一臺，
r88d-gt08h-z 兩臺，
r88d-gt04h-z一臺，
r88m-g75030h-s2-z 兩臺，
r88m-g40030h-s2-z一臺，
ns8-tv00b-ecv2一臺。

　　本方案主要難點在于cp1h的本身不帶有直線插補功能，為此需要設計一套直線插補的程序，本方案中使用了時間分割直線插補算法，此方法在一些書籍中都有論述，這里就不做介紹了。由于本方案涉及多步連續運行，所以在這里將直線插補程序參照omron的nc模塊的內存操作模式，打包成功能塊，如圖3所示。

圖3 功能塊應用圖示

　　其中:

　　輸入：

start： 啟動定位序列位。
step： 定位序列數設定——設定范圍&1～&100。
step_ctrl：啟動下一步（可結合內存設定中，獨立模式時生效）。
sequ_areaid：定位序列設定區域。
0：d區
1：h區
sequ_areano：定位序列起始地址設定。
sequ_areaid為0時：設定范圍&0～&9900
sequ_areaid為1時：設定范圍&0～&400
orgxy：返回初始位置位（參見內存定位序列設定）。

　　輸出：

step_running： 當前定位步號。

5 內存定位序列

圖4 內存定位序列示意

　　以sequ_areaid=0；sequ_areano=0為例，內存設定如圖4所示。

a：每個定位序列占有10個字。
b：設定內容：
d0~d1：x軸位置。
d2~d3：y軸位置。
d4：插補起始速度。
d5：插補加速度。
d6：插補減速度。
d7~d8：插補目標速度。
d9：定位模式設定
0：獨立模式 本行所設定序列完成后即停止，可由功能塊輸入“step_ctrl”啟動下個序列。
1：連續模式 本行所設定序列完成后繼續運行下個序列。
c：第一個序列為起始位置，如不需要使用可將x、y設定為(0，0)。當功能塊輸入
“orgxy”為“on”時，返回此處設定位置。
這樣在實際使用該功能塊配合由用戶在觸摸屏上設定的參數而計算出來的結果賦值到序列中。構成完整的輸出。來達到給電機定子外線圈按規定繞線的目的。

實際設備安裝完畢后對不同的進行了電機定子外線圈試繞線，結果比較滿意，繞線匝數，每匝間距精度能夠達到設計要求。圖5、圖6是設備圖和繞線成品圖。

圖5 左圖開始繞線，右圖換匝

圖6 左圖換定子，右圖繞好的定子線圈