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    【摘要】本文重點介紹臺達DVP-20PM運動控制器強大的數控功能如直線插補功能，簡單描述高速外定子外繞線機工作原理、工藝要求及相關控制程式概要。

    【Abstract】This paper introduces the key sets about the powerful numerical control function of DVP-20 PM motion controller, simple description of the stator winding outside the high-speed machine working principle, technique and related control program overview.

    【關鍵詞】外定子運動控制器；數控功能；G代碼；直線插補

    本文介紹的是全自動多極外定子繞線機，可以繞制不同規格的外定子線圈，外定子線圈如圖1所示。由于工藝比較特殊（每個極內部空間小，外部空間大，在靠近內側要少繞，外部要多繞），用過去20PM常用的電子凸輪功能實現繞排線，比較困難。用20PM的強大的數控功能實現，簡單可靠。全程序只用一個G01直線插補功能，就實現了復雜的工藝控制。
   
                 
                                      圖1 外定子線圈

    一般普通繞線機采用內置脈沖功能的小型PLC，通過繞線軸編碼器速度輸出到PLC內置高速輸入點，將繞線軸與排線軸的速比進行簡單速度同步，這種方法受PLC運算影響，同步精度差、計算量大、CPU處理時間較長，因此會出現繞線不均勻、堆積、塌陷等問題。

    還有的繞線機控制方式，是用現在具有高速脈沖輸出，具有直線插補指令的定位型PLC控制。一是現在市面上類似的PLC大多單獨高速輸出可達100K,但一旦用插補指令速度都在10k左右，速度較低。再就是利用電腦數控板卡，數控系統控制，一是成本比較貴，在系統抗擾方面也需要謹慎處理，不利于工業現場環境。另外，現場編程人員不僅需要具有工業控制方面的經驗，更需要有計算機軟件如C語言等知識。

    臺達DVP-20PM00D是一款專用運動控制型PLC，采用高速雙CPU結構形式，利用獨立CPU處理運動控制算法，可以很好地實現各種運動軌跡控制、邏輯動作控制、直線/圓弧插補控制等，在高速繞線機中正是利用了20PM運動控制器的直線插補功能很好的解決了上述繞線在換向時出現的繞制不均勻、堆積、不平整等問題。

    過去用繞線機都用的20PM電子凸輪方式比較多，因為本工藝比較特殊，采用20PM數控功能實現。
          
                        

    1 高速多極外定子繞線機簡介

    多極外定子繞線機是專用于各類多極外定子繞線的專業設備。設備繞線軌跡為矩形，自動排線，可以對槽寬較小的高槽滿率定子自動繞線，有效提高生產效率，提高產品質量。

    1.1 設備結構

    高速繞線機如圖2所示。
  
                      
                                      圖2 高速繞線機

    (1) 機架

    機架由角鋼框架及不銹鋼臺面組成，并設置腳輪便于移動，當設備到位后可將支腳調低作為穩定支撐。

    (2) 張力機構

    安裝于進線部分，作為繞線張力調節，保證線圈繞制時維持張力恒定，張力調節器具有調節旋鈕可針對不同需求進行張力調節設定，調整完畢后，張力調節器自動控制繞線張力。

    (3) 繞線機構

    主要由臺達伺服電機、同步齒形帶、繞線飛叉組成，是繞制主軸，銅線經過飛叉旋轉繞制于繞線模頭上，是繞線機主要運動部件之一。

    (4) 排線機構

    包括臺達伺服電機、精密直線螺桿、精密導軌、氣動滑叉等，是電子凸輪運動中的排線從軸，在繞線運動中跟隨繞線主軸正反向往復運動實現排線動作，是繞線機主要運動部件之一。

    (5) 工作轉臺

    由分度步進電機、旋轉臺、線叉、繞線模頭組成。

    (6) 剪線機構

    為氣動執行機構，主要是將繞制完成的線圈兩端引線剪斷。

    (7) 電氣控制

    包含電氣控制箱、觸摸屏操作盒。采用DVP-20PM00D運動控制器作為控制核心，觸摸屏作為人機交換機構，伺服電機作為執行機構，實現轉軸與排線的精確控制，從而保證繞線的精度。

    1.2 設備工藝流程

    設備控制主要分為手動與自動模式。在手動模式下，可實現各軸歸原點，正反點動；在自動模式下，通過設定好相應極數，層數等參數，實現整個產品的全自動控制。具體相關邏輯控制這里就不在贅述，不同的繞線其控制邏輯千差萬別，但是利用EH2強大的邏輯控制功能，可輕易實現復雜的邏輯控制。本文重點介紹如何用20PM的數控功能實現外定子線圈的繞制。因為不論何種形式的繞線機，其最核心的控制就在于繞線與排線的精密控制。

    1.3 電氣系統主要配置

    電氣控制主要包括繞排線部分、步進分度部分、氣缸動作控制部分。主要配置如表1所示。

    表1 電氣系統主要配置
              

    2 數控功能具體應用介紹

    本高速繞線機的主要控制功能在于20PM數控的應用，使繞制產品的成品品質及效率大大提高。以下對數控功能作簡單介紹：

    （1）DVP20PM特色。多段速執行及中斷定位，利用此項功能實現運動的平滑性及準確定位。64k步程序容量，100段運動程序，滿足不同加工需求；在20PM中最大可設置100種運動軌跡，同時利用64k的程序容量，預先將需要執行的各種不同運行曲線的G碼存儲在PLC中，當需要加工某種規格時，可以采用文本顯示器、觸摸屏等來調用。支持G碼的直接匯入，當采用CAM軟件生成文本格式的G碼后，可利用PMSOFT的匯入菜單直接匯入到PLC運動程序中。脈沖輸入輸出采用差動方式，最高達500kHz，滿足了絕大多數應用中速度的要求。支持手搖輪應用，這是運動控制中的一個基本功能，可做一些手動的調整。具備電子原點返回模式，在20PM內存中加入了原點記憶功能，只要設定了電子原點，即使設備斷電，在下次上電后也可以輕松找到原點位置。支持PLC順序語言及定位語言（G碼與M碼），實現了通用PLC與數控技術的一個完美結合。配置運動軌跡的離線仿真功能，在實際加工前利用該項功能可以檢查運動程序是否存在問題，可及時減少錯誤發生，如圖3所示。
  
              
                                       圖3 離線仿真器  

    （2）軸控方式。DVP 20PM是實現兩軸（X、Y軸）聯動插補的產品，支持數控程序中的G碼功能指令，同時可以處理第三軸的動作。

     20PM支持的G代碼功能如下：G0高速定位；G1雙軸聯動直線插補；G2順時針圓弧插補（設定圓心位置）；G3逆時針圓弧插補（設定圓心位置）；G2順時針圓弧插補（設定半徑長度）；G3逆時針圓弧插補（設定半徑長度）；G4停頓時間；G90設定絕對坐標系統；G91設定相對坐標系統。

    3 外定子繞排線難點分析及程序概要

              
                            圖4 每極內部空間小，外部空間大  

    由圖4可以看出每極內部空間小，外部空間大，在靠近內側要少繞，外部要多繞，如圖5為繞出效果。


                        
                                      圖5 繞出效果

    相應的對每極排線要求如下：

    排線形狀 繞線結束點，第四層
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     繞線起點，第一層

    因為圓形定子，外面的空間大，里面空間小，所以靠外面要多繞線，里面少繞線。如圖6所示。 
                         
                                      
                                        圖6 繞線示意圖  
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    這要求每次到下一層時，先排預設的幾毫米，再按預定的匝數開始繞，每層都如圖7所示設定空位、匝數。
          
                   
                                      圖7 空位、匝數設定  

    用電子凸輪方式做，存在的難點主要在于：主軸是繞線軸，從軸是排線軸，主軸必須運動，從軸才能開始運動，從而使排線軸每次先走，不好實現。而用20PM的數控功能，激活OX運動子程序，則可輕松實現。如圖8所示，每次X軸先排一空位，然后XY插補，繞排到預定匝數。只用了一個直線插補指令，解決工藝難點。
   
                
                            圖8 每次X軸先排一空位，然后XY插補，繞排到預定匝數  

    用EH2作為主機執行邏輯及順控，20PM作為從機數據交換十分便利，如圖9所示。
 
              
                              圖9 用EH2作為主機執行邏輯及順控

    4 結束語

    客戶反映繞線質量與效率有了大幅提升，繞制產品品質達到用戶需求，臺達20PM電子數控功能成功應用于高速外定子線圈繞線機中。在后續工作中，客戶準備將20PM用于如轉子等其他繞線設備上。