摘 要：焊絲層繞機是焊絲生產(chǎn)的關鍵設備之一,其控制的好壞直接影響到焊絲的質(zhì)量饼酱。目前的層繞機多采用零度角排線蠢络，可靠性低社裆。采用角度控制的排線系統(tǒng)實現(xiàn)了自動層繞與平穩(wěn)換向弹砚。角度傳感器和數(shù)字交流伺服電機的組合實現(xiàn)了恒角度與變角度的排線控制双仍。實踐表明提高了機器的層繞質(zhì)量和生產(chǎn)效率，角度檢測的分辨率為0.09°虫棚。
關鍵詞：PLC; 伺服電機; 角度傳感器; 焊絲排線系統(tǒng)

0 引言

目前國內(nèi)同類設備多是垂直層繞（焊絲與收線軸垂直）辽画，設備易受干擾，停車頻繁黔琢，焊絲的張力不均阀恳。基于滯后角控制的自動排線系統(tǒng)可提高排線的精度和性能寻癌。通過可編程控制器PLC進行角度閉環(huán)控制薇榨，使焊絲以固定的滯后角度 β在工字輪上進行高速層繞。PLC檢測到角度值并與設定值比較绪封，偏差使PLC發(fā)出脈沖信號給伺服電機驅(qū)動直線單元運動魏颠，使偏差趨于零，以達到焊絲以固定滯后角層繞历扭。利用人機界面完成設備數(shù)據(jù)的輸入和實時監(jiān)測软苗。設計實現(xiàn)了在換向區(qū)外正常速度跟蹤，換向開關動作后快速追趕至同步速度跟蹤棺氢，焊絲到達工字輪邊緣后再次形成新的滯后跟蹤的自動排線系統(tǒng)的控制心爷，滿足了排線系統(tǒng)自動平穩(wěn)排線的要求[1]-[2]。

1 層繞的工藝原理

自動排線器的結(jié)構(gòu)如圖1所示简软。排線器采用滯后角排線，伺服電機通過滾軸絲杠及滑軌推動排線器以一定的角度排線述暂。在收線工字輪的內(nèi)徑區(qū)域痹升，當從一側(cè)向另一側(cè)排線時建炫，整個區(qū)域分成一般跟蹤和換向跟蹤兩個區(qū)域。在一般跟蹤區(qū)域采用固定滯后角跟蹤模式疼蛾，在換向區(qū)內(nèi)采用變角度跟蹤模式肛跌。由于焊絲在層繞至工字輪邊緣時，會自動向相反方向?qū)永@察郁，在這個過程中衍慎，不允許焊絲有超前角度層繞，否則焊絲間會出現(xiàn)縫隙皮钠，下一層將出現(xiàn)瑕疵稳捆，層繞將被迫中斷。因此換向區(qū)內(nèi)的角度檢測與控制至關重要麦轰。

 
圖1 焊絲層繞機自動排線器

通過換向開關動作自動形成直線單元移動方向標志乔夯，左換向開關置位右行標志，復位左行標志;右換向開關置位左行標志潘吸，復位右行標志醇疮。收線與倒線開關的上升沿將對直線單元的左右行走標志取反。以收線右換向為例卤撬，當右換向開關動作瞬間巴移，直線單元以6倍基速快速推進至β≤0;當主電機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直線單元以基速繼續(xù)跟蹤柄楼，當焊絲纏繞接近至工字輪的最右邊一圈線時瞭驴，直線單元停止，同時復位直線單元右行標志殴据，置位左行標志墙目。收線左換向同理于收線右換向。收線左行時又信，角度α維持≤中心角+滯后角;右行時胰绢，角度α維持≥中心角-滯后角。換向區(qū)內(nèi)角度的變化過程如圖2所示抛冗。

 
 
圖2 換向區(qū)內(nèi)角度的變化過程

2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及工作原理

2.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)排線器的排線原理切省，控制系統(tǒng)首先必須完成排線角度的實時檢測。設計采用1000線增量式編碼器與PLC程序的結(jié)合實現(xiàn)的數(shù)字角度傳感器進行排線角度的實時檢測帕胆，傳感器的分辨率為0.09°朝捆，滿足最小線徑為0.8mm的焊絲在主軸上層繞一圈角度檢測的要求;通過接近開關的動作來實現(xiàn)直線單元正常區(qū)域和換向區(qū)域的跟蹤;通過PLC的輸出脈沖控制伺服電機驅(qū)動直線單元的運行[3]。

 
 
圖3 排線器控制系統(tǒng)

                                                                                     圖4 控制方框圖

2.2直線單元工作原理

直線單元的行進速度應與主軸轉(zhuǎn)速相匹配懒豹。通過主軸上安裝的速度傳感器芙盘，測算出主軸的旋轉(zhuǎn)角速度N（轉(zhuǎn)/秒）。工字輪上焊絲沿軸向的移動速度為V= N＊Φ 脸秽，其中Φ為焊絲線徑儒老，單位mm蝴乔，V的單位為mm/s。為保持排線機構(gòu)與主軸上焊絲移動速度的同步驮樊，即保持固定的滯后角薇正，直線單元的推進速度應等于V。為確保滯后角的精確同步囚衔，直線單元的行進速度應等于V加上角度回路輸出值（偏移量）挖腰，V轉(zhuǎn)換成伺服電機的轉(zhuǎn)速（脈沖數(shù)/秒）為：

脈沖速率=M＊N＊Φ/d（個/秒） （1）

其中, N為主軸的旋轉(zhuǎn)角速度（轉(zhuǎn)/秒）, Φ為焊絲線徑（毫米）, M為伺服電機的碼盤的每圈線數(shù)，d為滾軸絲杠的導程（毫米/轉(zhuǎn)）练湿。

根據(jù)式2-1伺服電機給定脈沖速率的計算公式场时，其取值范圍為0～25000 P/S，故MV的輸出飽和上限值應設為2500 P/S惧仪。

3 基于角度控制的程序編制

3.1排線角度檢測

硬件高速計數(shù)器采用4倍頻的工作模式两猛，在中斷服務程序中實現(xiàn)角度傳感器的回零功能。如程序1所示蠕艳。

 
 
程序1 角度檢測

3.2主軸速度檢測

采用M測速法椭肝，以固定時間中斷（不受PLC程序掃描時間的影響）的方式測算主軸速度，即由每0.4秒光電碼盤的計數(shù)脈沖值測算出主軸速度磺则。如程序2所示

 
 
程序2 主速度檢測

3.3滯后角層繞的閉環(huán)控制

這部分程序是層繞機控制系統(tǒng)軟件的核心玩困，流程框圖見圖5所示。

 
 
圖5 層繞程序流程圖

4 結(jié) 論

本文作者創(chuàng)新點：采用角度控制的自動排線器使得焊絲層繞的張力均勻牧俩，換向平穩(wěn)脉鼻，設備運行倒車率低，焊絲質(zhì)量大大提高妨迈。通過若干工程的應用表明度姑，角度傳感器檢測準確且靈敏度高，直線單元滯后角跟蹤穩(wěn)定呈枉、換向準確趁尼，極大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性猖辫。

參考文獻：
1 王樹梅酥泞，張東亮. 基于C8051 F005 的焊絲層繞機控制系統(tǒng)[J]. 測控技術,2006,25（6）:77～78
2 方天紅, 龔民. 全自動繞線機單片機控制系統(tǒng)的設計與開發(fā)[J]. 沈陽工業(yè)學院學報, 2004, 23 （3）: 36-37
3 于克龍，繞線機排線機構(gòu)的運動分析與控制[J].機械制造與自動化, 2005,34（3）:102～103
4 于靜啃憎，一種新型數(shù)字式角度傳感器的研究[J].微計算機信息芝囤，2007，1-1：163-165

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