嚴春平

（九江職業(yè)技術(shù)學院，九江 332000）

自動繞線機是把線狀物體纏繞到特定工件骨架上的機器。常用的自動繞線機繞制的線多為漆包銅線，如繞制電子、電氣產(chǎn)品的電感線圈。在自動繞線過程中，排線的換向是決定繞線質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素。通常排線換向時刻由控制器根據(jù)槽寬的大小來決定，但是在一些特定工件骨架上，尤其是在換向的兩頭具有一些凸起擋板時，若不能自適應(yīng)調(diào)整換向時刻，繞線的質(zhì)量將難以得到保證[1]。

文章設(shè)計了一種新的排線換向系統(tǒng)，即將排線穿過編碼器，通過編碼器將排線的抖動情況反饋給控制器。將該系統(tǒng)應(yīng)用在自動繞線機的排線換向中，可自適應(yīng)一些凸起擋板的工件骨架，極大地提高了繞線質(zhì)量。

1 系統(tǒng)組成及運行原理

系統(tǒng)組成框圖如圖1 所示。以三菱FX3U-32MT可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）為控制器，系統(tǒng)的運行狀態(tài)由觸摸屏顯示查看，同時可以通過觸摸屏設(shè)置系統(tǒng)運行參數(shù)。排線運行到工件骨架兩端產(chǎn)生的抖動信號由編碼器來檢測，再通過高速計數(shù)端口將抖動值傳送給PLC。經(jīng)過程序判斷，PLC 發(fā)出排線換向信號給步進驅(qū)動器，從而改變排線電機的方向，實現(xiàn)排線自動換向。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

系統(tǒng)運行原理如下。將排線穿過針管，裝在一個增量編碼器的軸上。在繞線過程中，當排線針管到達工件骨架的兩端時，工件骨架的擋板會碰到排線，產(chǎn)生一個橫向的阻力，進而導致排線針管的轉(zhuǎn)動。此時，編碼器能夠檢測出排線針管的轉(zhuǎn)動，將該信號傳給PLC，發(fā)出換向信號[2]。PLC 得到換向信號后，立即改變步進電機的方向控制信號端口，控制排線的步進電機換向。排線針管換向后，繼續(xù)按設(shè)定的排線速度排線，直到工件骨架的另一端排線又碰到工件骨架擋板，排線針管遇到阻力被迫轉(zhuǎn)動，排線電機跟著換向。上述過程一直循環(huán)往復，直到完成繞線[3]。

通過人機接口（Human Machine Interface，HMI）觸摸屏可以設(shè)定編碼器的轉(zhuǎn)動值。排線抖動的反饋信號通過編碼器，由高速計數(shù)端口采集。當編碼器轉(zhuǎn)動超過設(shè)定值時，控制器啟動排線換向信號，經(jīng)控制器的排線電機方向控制端口傳輸給排線電機驅(qū)動器，從而控制排線換向，使換向更加合理[4]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

硬件接線圖如圖2 所示。控制器選擇的具體型號是三菱FX3U-32MT PLC，屬于晶體管漏型輸出。該款PLC 在目前三菱公司小型PLC 系列里性價比較高，能夠較好地完成本控制系統(tǒng)的邏輯控制和運算等任務(wù)。對編碼器反饋信號啟用PLC 的高速計數(shù)端口，采用了二相輸入（A-B）高速計數(shù)器C251，對應(yīng)的PLC 信號輸入端口為X0（連接編碼器A 相）和X1（連接編碼器B 相）。排線電機采用步進電機，電機驅(qū)動器的脈沖輸入信號端口連接到PLC 的Y1，方向信號端口連接到PLC 的Y3。

圖2 硬件接線圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

程序流程框圖如圖3 所示。程序開始運行后進入系統(tǒng)初始化，初始化程序主要完成整個控制系統(tǒng)的復位，所有電機回到初始原點。根據(jù)繞線的具體情況設(shè)定好編碼器換向參數(shù)。排線過程中，先判斷排線的位置是否進入換向范圍，若已進入，則判斷高速計數(shù)器的計數(shù)值是否達到設(shè)定值。若達到則發(fā)出排線換向信號，完成一次換向動作。

圖3 程序流程框圖

由于排線時存在一定的微量抖動，需要判別其是換向信號還是排線針管微量的抖動信號。為了消除抖動造成的影響，由調(diào)試人員設(shè)定一個值，當編碼器的轉(zhuǎn)動信號達到該值時，就認為排線碰到了擋板，步進電機要換向。當編碼器的轉(zhuǎn)動信號小于設(shè)定值時，認為是排線時針管的微量抖動，排線沒有碰到擋板，步進電機不換向。

為了減少在繞線中產(chǎn)生的一些意外抖動導致編碼器換向的誤動作，在判斷編碼器的高速計數(shù)是否達到設(shè)定值之前，還增加了一項輔助判斷，即判斷排線電機的位置是否進入換向的區(qū)間范圍[5]。該區(qū)間范圍根據(jù)不同的工件骨架形狀進行設(shè)置，一般為2 ～5 mm。

參考程序如圖4 所示。當M100 閉合時，接通可變脈沖輸出指令DPLSV，實現(xiàn)排線電機的運動控制。其中，寄存器D60 為排線電機的脈沖輸出頻率存儲地址，Y1 為排線電機的輸出脈沖端口，Y3 為電機旋轉(zhuǎn)方向的輸出端口。該指令運行時，從輸出口Y1 輸出頻率為D60 的脈沖串，若D60 為正值，則Y3 輸出為ON，排線電機正轉(zhuǎn)；若D60 為負值，則Y3 輸出為OFF，排線電機反轉(zhuǎn)。由此可見，排線的方向由D60 里面數(shù)值的正負號決定，排線換向時只需改變數(shù)值的正負號即可。主軸電機旋轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)設(shè)置為3 200。D8140 為主軸脈沖數(shù)存儲地址，M31 為主軸電機啟動后旋轉(zhuǎn)10 圈后的中間信號，該信號用于保證初始啟動時排線方向的正確。當D8140 大于32 000時（即主軸旋轉(zhuǎn)圈數(shù)大于10 圈），M31 線圈得電，對應(yīng)的常開觸點M31 閉合，此時允許進入排線換向判斷程序。D10 為排線右側(cè)正轉(zhuǎn)換向區(qū)間值，當D8350大于等于該值后，允許換向。同理，D12 為排線左側(cè)反轉(zhuǎn)換向區(qū)間值，當D8350 小于等于該值后，允許換向。是否允許換向，通過中間信號M90 的閉合來實現(xiàn)。C251 為高速計數(shù)器，記錄編碼器旋轉(zhuǎn)的數(shù)值，該高速計數(shù)器的預置值必須大于編碼器換向參數(shù)值，本程序中C251 的預置值設(shè)為500。當C251 的計數(shù)值大于D14 或者小于D16 時（即編碼器旋轉(zhuǎn)值大于排線正轉(zhuǎn)或者小于排線反轉(zhuǎn)的設(shè)定值），置位中間信號M89，則常開觸點M89 閉合，接通乘法指令DMULP，將D60 里面的數(shù)值乘以-1（即取反），從而實現(xiàn)排線換向。同時，定時器T28 延時1.2 s 后，復位信號M89和C251，為下一次換向做好準備。整個排線換向程序循環(huán)往復，直到完成繞線。

圖4 參考程序

4 結(jié)語

文章設(shè)計的自動繞線機排線換向系統(tǒng)利用編碼器采集排線的抖動情況和具體抖動范圍，通過HMI 設(shè)定編碼器換向參數(shù)，經(jīng)過程序設(shè)計極大地提升了排線換向的準確性，使其在一些不規(guī)則的工件骨架上實現(xiàn)自動換向。該控制方式簡單有效，自適應(yīng)能力強，而且整個控制系統(tǒng)的成本較低，具有很高的實際應(yīng)用價值。