台达总线型运动控制器10MC在16头高速绕线机上的应用

       顾名思义，绕线机就是把现状的物体缠绕到固定工件上的机器。主要以漆包线为主，广泛应用在各种电子类线圈行业；如继电器、各种微电机、电子变压器、电感线圈、高压点火线圈、空心线圈、磁石定子电机、充电铁芯等。

       对于目前绕线机这个行业来说，有着很光明的前景，因为我们用到的相当多的电子产品都需要用到线圈，小到一个耳机，大到汽车电子，都离不开线圈这个必不可少的电子部件。随着对产品卓越性能的不断追求，对各个部件质量的要求也在不断提高，那就需要加工部件的机械加工出来的产品不但要符合应用上的标准，同时也要美观。

       台达目前生产的总线型运动控制器10MC就很适合在绕线机上应用，它不但能满足高速数据处理的要求，而且有很高的响应速度，其主要特点如下：

       内建高速总线（CANOPEN），可控制高达16实轴；

       内部可构建虚轴以及外部编码器虚主轴（虚轴及外部编码器主轴范围为1~18，不可与实轴编号重复）；
强大的现场网络支持（DeviceNet主从站，CanOpen主从站以及Profibus-DP从站），可组建功能复杂的控制系统；

       支持众多的I/O扩展（左侧高速AIAO,右侧低速AIAO以及DIDO,温度模块等）；

       使用简单，功能完整，方便应用的软件界面；

       提供标准的总线电缆，中断电阻等，配线简单，即插即用，无需用户自己加工。

1  绕线机台达方案

1.1系统架构

图1 系统架构图

1.2实物照以及产品照片

图2 绕线机实物照
 
图3 台达产品

1.3绕线功能实现

       在绕线功能的实现中，首先要能准确的计算出每一层需要绕线的圈数，不同的骨架，对应的绕线圈数也不同；其次要保证在绕线的过程中让机器能暂停，重启之后在原来的基础上继续运行；最后，要保证绕出来的线圈的美观性以及线圈表面的平整度。

       在这个系统当中，绕线功能是通过10MC强大的电子凸轮来实现的，为保证绕线的精度以及稳定性，通过10MC内建虚轴的功能，让两个绕线轴依照凸轮表的关系，跟随虚主轴动作，这样能在很大程度上降低系统误差。

       假设：骨架长度为L、漆包线线径为R、每层绕线圈数为N，则N=L/R。

       凸轮曲线如图4和图5所示。

图4 绕线轴凸轮表
 
 图5 旋转轴凸轮表

       根据以上凸轮表的关系，在10MC电子凸轮关系指令（MC_CanIn）中填入已经计算好的主轴放大倍率（MasterScaling）和从轴放大倍率（SlaveScaling）,可以轻松实现绕线功能，相应MC运动程序如下图。

图6 虚轴的建立
 
图7 绕线功能的MC运动程序

        绕线过程中的暂停以及重启，可以通过绝对位移指令（MC_MoveAbsolute）,停止指令（MC_Stop）以及使能指令（MC_Power）来轻松实现，相应MC运动程序如下图所示：

图8 绕线过程中暂停和重启的MC运动程序

       暂停时，使用MC_Stop,使建立的虚主轴停止运行，那么跟它建立了凸轮关系的两个绕线的从轴也将停止运行。

       启动时，使用MC_Power使能伺服驱动器，然后再用它的完成未去使能绝对位移指令，那么伺服会从暂停的位置开始，重新跑完未完成的距离。

1.4缠脚功能的实现

       在绕线开始时和绕线结束后，要把漆包线缠绕在相应骨架的Pin脚上，那么就需要进行缠脚的动作，此功能也是通过电子凸轮来实现，首先建立一个虚轴，让这个虚轴作为主轴，以X,Y,Z三个实轴作为从轴，从轴与主轴之间通过凸轮表建立相应关系，主轴运动时，从轴跟随主轴做相关动作。

       缠脚的模式分为两种，一种是以Z轴为缠绕轴，以X,Y轴作为平面轴进行缠脚；一种是以X轴作为缠绕轴，以Y,Z轴作为平面轴进行缠脚，缠脚的框图如图9所示。

图9 缠脚框图

       当以Z轴作为缠绕轴，以X、Y轴作为平面轴时，各个轴相对应的凸轮曲线如图10、图11以及图12所示。

 图10 Z轴凸轮曲线

 图11 X轴凸轮曲线 

图12 Y轴凸轮曲线

       当以X轴作为缠绕轴，以Y、Z轴作为平面轴时，各个轴相对应的凸轮曲线如下图所示。

图13 X轴凸轮曲线

 图14 Z轴凸轮曲线

图15 Y轴凸轮曲线

       缠脚动作对应的MC程序如下所示：

       虚轴建立之后，让其进行绝对位移，各从轴会跟随这个虚轴进行运动。

图16 缠脚动作MC程序

       在虚轴建立完成之后，开始进行缠脚时，各从轴要和虚轴建立凸轮关系，这部分的执行就是通过图17中的程序来完成。

图17 从轴和虚轴建立凸轮关系执行程序

       缠脚的第二种方式在程序上的实现，与上面的程序类似，只是将轴号稍做修改，这里就不再重复说明了。

2  总结

       在绕线机行业里面，采用的Solution主要是以YASKAWA，MITSUBISHI等厂家的为主，相信在以后的发展中，台达的Solution在这个行业里面也会有其一片广阔的天空。

作者简介：

       张兵辉，男，毕业于兰州大学电子信息科学与技术专业，现任中达电子应用技术中心专案工程师，具有丰富的专案开发经验，为客户提供优质的自动化解决方案。