利用中达CNC数控系统强大的轴控功能和台达伺服系统快速精准的运动响应，使绕线机的工作效率得到了很大的提高。
　　本文主要介绍了数控定子绕线机功能的需求，以及系统操作界面和I/O的规划。
　　一、前言
　　

　　图1 数控定子绕线机外观

　　目前绕线机的市场可谓庞大，品种繁多，有平行绕线机、环型绕线机、定转子绕线机、纺织绕线机等。本文主要介绍的是利用中达CNC数控系统和伺服产品构建出的设备：数控定子绕线机。他的最大特点是可以自动变换绕线方向，所绕的线圈整齐且圈数准确。操作简便，节省人工，提高产量，产品品质好，其绕线、排线、停车、换槽，完全按程序自动执行。排线宽幅可调，圈数准确。生产速度快，并大量节省线材。下面概述如何利用中达的数控和台达的伺服整合此方案。
　　
　　二、技术和精度要求
　　客户原用PLC+伺服控制整台设备，因其加工出来的产品的合格率较低，且一些功能无法实现，满足不了市场上需求，故提出开发数控定子绕线机，并且需要控制系统和伺服满足如下条件：
　　1．伺服运动轴
　　在机械上，需要三轴的控制坐标系。其中，排线X轴采用伺服电机直接驱动螺距为4mm的滚珠丝杠，在连接工作台做直线运动；飞叉Y轴采用伺服电机驱动1：2的齿轮箱间接传动，做360度的圆周运动；分度Z轴采用伺服电机驱动1：9的齿轮箱间接传动，做360度的圆周运动。这3个轴要求能够联动。
　　此外，对于飞叉轴来说，由于在运动过程中，机械负载惯量会因为绕线的速度的不同而发生较大的变化，这就要求伺服系统具有优异的稳定性、相应性和对负载变化自适应能力。
　　2．精度要求
　　机械回零精度：排线轴0.005mm 飞叉轴+/-1度 分度轴+/-1度
　　定位精度：0.02mm +/-1度
　　要求控制系统和伺服系统能够具有检测反馈，来保证机械运动精度。
　　3．CNC控制系统
　　因定子绕线机不仅讲究绕的匝数要准确，而且排线出来的密度要均匀，即最少需要两轴之间做插补运算，实现联动；画面可以自由规划；要给客户方便传输加工程序，并且可以对NC程序编辑和存储；控制系统要提供一个D/A口，实现恒张力控制功能。
　　另外，客户希望数控系统再开放一个轴，以备后用。
　　
　　三、方案可行性分析
　　通过对机械设计和控制技术的要求分析，确定采用一台中达电通通用的四轴H4-4上位机控制系统+3套台达B系列交流伺服ASD-B做下位机控制的控制架构。
　　具体分析如下：
　　1．中达电通通用数控H4的主要特点：
　　（1）独立的伺服接口，可以实现多轴联动。
　　（2）电压命令型（V-Comnand）伺服接口，最小解析精度0.001mm，可配合光栅尺或旋转编码器实现闭环、半闭环控制，能够满足精度要求。
　　（3）最大响应速度500KPPS编码器反馈，能够满足快速定位的要求。
　　（4）控制器内存512K的存储空间，可存储1000个NC加工程序，配合标准的CNC键盘可以轻松的编写加工程序。
　　（5）通过CNC简易I/O控制命令和内制PLC开发，能够灵活的实现辅助机能。
　　（6）内置可编程PLC，标准配置为24INPUT/16OUTPUT，最大可以在增加32INPUT/32OUTPUT。
　　（7）2组D/A输出，2组A/D输入，完全可以满足实现恒张力的控制要求。
　　通过比较分析，完全可以满足做为上位机的控制要求。
　　2．台达交流伺服系统的主要特点：
　　（1）具有多种控制模式，可与上位控制器灵活配合，应用广泛。
　　（2）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE功能。
　　（3）强健式的控制模式，在负载惯量大范围的变化时，系统仍然可以保持优异的性能。
　　（4）丰富的软件功能，方便用户调试。
　　通过比较分析，台达交流伺服系统完全可以满足做为下位机的控制要求。通过对机械结构、负载惯量、输出扭矩的分析计算，故选用：ASDB 400W*1颗、ASDB 750W*2颗做为下位控制器。
　　
　　四、功能设计
　　1、系统架构
　　

　　图2 系统架构

　　2、外观和功能需求
　　绕线机具有寻原点、点动模式、单次模式、自动模式、编程模式、参数设定、测试输出点功能等多项功能。
　　（1）系统操作界面规划
　　操作界面主要分为以下几个功能区块：
　　开机画面：
　　

　　图3 开机画面

　　系统在上电后，进入此画面。此时为待机状态，画面的最下一排是功能显示区。
　　
　　原点模式：
　　当画面在原点模式下，分别按下X、Y、Z功能键，在按下启动键
　　可以顺次执行回原点；或者可以按下X&Y&Z功能键，在按下启动键三轴同时回原点。
　　

　　图4 原点模式画面

　　手动模式：
　　到进入手动模式后，可以分别按下X、Y、Z三轴按键，在按下 可以实现前后移动或正反转。速度值的大小可以设定。
　　

　　图5 手动模式画面

　　自动模式：
　　在自动模式下，当程式正在运行时，可以观察到目前的各轴的行进情况，目前的加工程式号，参数组别号，当前加工至第几极，以及完成一个工件所需时间。并且可以根据自己的需要，可以实现程式暂停、单步执行。
　　

　　图6 自动模式画面

　　报警画面：
　　当出现报警故障出现时，系统会自动停止运行，并且画面会进入到报警画面，故障警号会反白显示出来。只有当把故障排除后，才可以执行其他动作。
　　

　　图7 报警画面

　　设参数功能：
　　在此功能下，客户会根据实际的工件需要设置相应的参数，并且保存于当前的参数组别下，共可以保存12个工件参数，有6页画面的参数可设。客户也可以根据自己的需要，将参数读出来。
　　

　　图8 参数设定画面

　　（2）重要功能的实现
　　急停：
　　当设备在使用时，出现任何问题时，按下急停，即可阻止危险动作的发生。松开急停后，系统会按规定的动作程序执行归位。以下为动作流程图。
　　

　　图9 急停松开后动作流程图

　　程序见主控制程式。
　　
　　读、写参数功能的实现：
　　客户可根据实际工件规格要求设置相应的参数，并将参数储存于控制器中，目前开放了12个工件参数，同时方便客户直接读参数。程序见主控制程式。
　　
　　极绕与层绕功能的实现：
　　不同的工件要求不同的绕制方式，目前有两种：极绕和层绕。极绕根据每个极的总匝数，实现自动排线，自动分层，直至绕制完成。层绕要求每个层的匝数可设，根据总匝数分成好多层，一般线径较粗的用此方式加工。程序见主控制程式。
　　
　　工件程式的编制：
　　由于每个工件的极数，绕制方式，以及每个汽缸的动作顺序都有可能不一样，所以要求可以用G代码编写出来，这样从而可以节省不必要的环节，大量节约时间。工件程式的存储个数可以达到900多个，完全可以满足所有工件形式的加工。
　　

　　图10 主程序控制流程图

　　3、I/O点规划及接线
　　

　　图11 输入信号表格

　　图12 输出信号表格

　　图13 伺服及其他电器接线图

　　4、主控制程式
　　o0000(JR1)
　　N01 G65 L01 P#160 A1
　　N05 G04 X2.2
　　G65 L50
　　G65 L82 P10 A#168 B1
　　G12 P13
　　G65 L80 P20
　　N10 G12 P14
　　N20 M104
　　G12 P15
　　M98 P700
　　G12 P8
　　G01 W#162 F#4
　　M98 P300
　　M210
　　G01 X#5 F8000
　　G12 P12
　　M98 P801
　　G04 X1.0
　　M98 P800
　　M209
　　G12 P8
　　G01 W#162 F#4
　　M98 P300
　　M210
　　G01 X#5 F8000
　　G12 P12
　　M98 P801
　　G04 X1.0
　　M98 P800
　　M209
　　G12 P8
　　G01 W#162 F#4
　　M98 P300
　　M210
　　G01 X#5 F8000
　　G12 P12
　　M98 P801
　　G04 X1.0
　　 •
　　 •
　　 •
　　M98 P800
　　M209
　　G12 P8
　　G01 W#162 F#4
　　M98 P300
　　M210
　　G01 X#5 F8000
　　G12 P12
　　M98 P801
　　M98 P301
　　M30
　　
　　o0001(CR1)
　　N01 G65 L01 P#160 A1
　　N05 G04 X3.0
　　G65 L50
　　G65 L82 P10 A#168 B1
　　G12 P13 B500
　　G65 L80 P20
　　N10 G12 P14 B500
　　N20 M104
　　G12 P15
　　
　　M98 P700
　　G12 P8
　　G01 W#162 F#4
　　M98 P300
　　G01 X#5 F5000
　　M98 P802
　　G04 X1.0
　　
　　M98 P800
　　M209
　　G12 P8
　　G01 W#162 F#4
　　M98 P300
　　G01 X#5 F5000
　　M98 P802
　　G04 X1.0
　　
　　M98 P800
　　M209
　　G12 P8
　　G01 W#162 F#4
　　M98 P300
　　G01 X#5 F5000
　　M98 P802
　　G04 X1.0
　　
　　M98 P800
　　M209
　　G12 P8
　　G01 W#162 F#4
　　M98 P300
　　G01 X#5 F5000
　　M98 P802
　　G04 X1.0
　　•
　　•
　　•
　　M98 P800
　　M209
　　G12 P8
　　G01 W#162 F#4
　　M98 P300
　　G01 X#5 F5000
　　M98 P802
　　G04 X1.0
　　M98 P301
　　M30
　　
　　o0888
　　G01 X0. F5000
　　M205
　　G12 P20
　　M212
　　G12 P99
　　M211
　　G12 P97
　　M210
　　G12 P12
　　M209
　　G12 P8
　　M208
　　G12 P10
　　M205
　　G12 P20
　　M206
　　G12 P22
　　G65 L50
　　G01 Z0. F10000
　　G04 X1.0
　　M204
　　G12 P16
　　M207
　　G12 P18
　　G01 Y0. F10000
　　M30
　　
　　o0900
　　G65 L03 P#22 A#21 B1
　　G65 L04 P#23 A#22 B300
　　G65 L02 P#24 A#23 B1001
　　G65 L02 P#25 A#24 B30
　　G65 L02 P#26 A#25 B40
　　G65 L07 P#1 A#900024 B20
　　G65 L07 P#300 A#900025 B36
　　G65 L07 P#505 A#900026 B150
　　M30
　　o0901
　　G65 L03 P#22 A#21 B1
　　G65 L04 P#23 A#22 B300
　　G65 L02 P#24 A#23 B1001
　　G65 L02 P#25 A#24 B30
　　G65 L02 P#26 A#25 B40
　　G65 L07 P#900024 A#1 B20
　　G65 L07 P#900025 A#300 B36
　　G65 L07 P#900026 A#505 B150
　　M30
　　
　　o0300
　　M107
　　G12 P17
　　M105
　　G12 P19
　　M106
　　M108
　　G12 P9
　　M109
　　G12 P7
　　M99
　　
　　o0301
　　M205
　　G12 P20
　　M206
　　G12 P22
　　G01 U-#7 F1500
　　M209
　　G12 P8
　　G01 Z0. F10000
　　M210
　　G12 P12
　　M111
　　G12 P96
　　M212
　　G12 P99
　　M211
　　G12 P97
　　G01 X0. F10000
　　M208
　　G12 P10
　　M204
　　G12 P16
　　M207
　　G12 P18
　　M99
　　
　　o0700
　　G65 L50
　　G65 L04 P#161 A#160 B5
　　G65 L02 P#161 A#161 B500
　　G65 L01 P#162 A#900161
　　G65 L02 P#161 A#161 B1
　　G65 L01 P#155 A#900161
　　G65 L02 P#161 A#161 B1
　　G65 L01 P#165 A#900161
　　G65 L02 P#161 A#161 B1
　　G65 L01 P#11155 A#900161
　　G65 L02 P#161 A#161 B1
　　G65 L01 P#166 A#900161
　　G65 L86 P200 A#165 B0
　　G65 L86 P200 A#155 B0
　　M99
　　
　　o0750
　　G01 U#130 V#121 F#165
　　G01 U-#130 V#121
　　M99
　　
　　o0800
　　M110
　　G12 P11
　　G01 U-#6 F5000
　　M209
　　G12 P8
　　G65 L50
　　G65 L04 P#161 A#160 B5
　　G65 L02 P#161 A#161 B500
　　G65 L01 P#162 A#900161
　　G65 L02 P#161 A#161 B1
　　G65 L01 P#155 A#900161
　　G65 L02 P#161 A#161 B1
　　G65 L01 P#165 A#900161
　　G65 L02 P#161 A#161 B1
　　G65 L01 P#11155 A#900161
　　G65 L02 P#161 A#161 B1
　　G65 L01 P#166 A#900161
　　G65 L86 P200 A#165 B0
　　G65 L86 P200 A#155 B0
　　M99
　　
　　o0801(JR)
　　G65 L50
　　G65 L05 P#120 A#2 B#3
　　G65 L04 P#121 A#120 B360000
　　G65 L04 P#122 A#155 B#3
　　G65 L05 P#123 A#122 B#2
　　G65 L05 P#124 A#123 B2
　　G65 L04 P#125 A#123 B#120
　　G65 L03 P#126 A#155 B#125
　　G65 L03 P#127 A#155 B2
　　G65 L04 P#128 A#127 B#3
　　G65 L04 P#129 A#127 B360000
　　G65 L04 P#130 A#3 B#120
　　G65 L04 P#131 A#126 B#3
　　G65 L04 P#132 A#126 B360000
　　G65 L03 P#140 A#123 B1
　　G65 L05 P#141 A#140 B2
　　N35 G65 L82 P40 A#123 B0
　　M210
　　G12 P12
　　G01 U-#128 V#129 F#165
　　G01 U#128 V720000
　　G01 X#5 Y0. F5000
　　G01 V#166 F10000
　　G65 L80 P80
　　N40 G65 L82 P50 A#124 B0
　　M210
　　G12 P12
　　G01 U-#130 V#121 F#165
　　G01 U#131 V#132
　　G01 X#5 Y0. F5000
　　G01 V#166 F10000
　　G65 L80 P80
　　N50 G65 L82 P60 A#123 B2
　　M210
　　G12 P12
　　G01 U-#130 V#121 F#165
　　G01 U#130 V#121
　　G01 U-#131 V#132
　　G01 X#5 Y0. F5000
　　G01 V#166 F10000
　　G65 L80 P80
　　N60 G65 L23 P#133 A#123 B2
　　G65 L81 P70 A#133 B0
　　M210
　　G12 P12
　　G01 U-#130 V#121 F#165
　　M98 P750 L#141
　　G01 U#131 V#132 F#165
　　G01 X#5 Y0. F5000
　　G01 V#166 F10000
　　G65 L80 P80
　　N70 M210
　　G12 P12
　　G01 U-#130 V#121 F#165
　　M98 P750 L#141
　　G01 U#130 V#121 F#165
　　G01 U-#131 V#132
　　G01 X#5 Y0. F5000
　　G01 V#166 F10000
　　N80 M112
　　G12 P98
　　G65 L02 P#160 A#160 B1
　　M99
　　
　　o0802(CR)
　　M210
　　G12 P12
　　G65 L50
　　G65 L81 P80 A#301 B0
　　G65 L04 P#400 A#301 B360000
　　G65 L03 P#401 A#2 B#300
　　G65 L03 P#402 A#401 B#302
　　G01 U-#300 F2500
　　G01 U-#402 V#400 F#165
　　G01 U-#302 F2500
　　G65 L81 P80 A#304 B0
　　G65 L04 P#403 A#304 B360000
　　G65 L03 P#404 A#2 B#303
　　G65 L03 P#405 A#404 B#305
　　G01 U#305 F2500
　　G01 U#405 V#403 F#165
　　G01 U#303 F2500
　　G65 L81 P80 A#307 B0
　　G65 L04 P#406 A#307 B360000
　　G65 L03 P#407 A#2 B#306
　　G65 L03 P#408 A#407 B#308
　　G01 U-#306 F2500
　　G01 U-#408 V#406 F#165
　　G01 U-#308 F2500
　　G65 L81 P80 A#310 B0
　　G65 L04 P#409 A#310 B360000
　　G65 L03 P#410 A#2 B#309
　　G65 L03 P#411 A#410 B#311
　　G01 U#311 F2500
　　G01 U#411 V#409 F#165
　　G01 U#309 F2500
　　G65 L81 P80 A#313 B0
　　G65 L04 P#412 A#313 B360000
　　G65 L03 P#413 A#2 B#312
　　G65 L03 P#414 A#413 B#314
　　G01 U-#312 F2500
　　G01 U-#414 V#412 F#165
　　G01 U-#314 F2500
　　G65 L81 P80 A#316 B0
　　G65 L04 P#415 A#316 B360000
　　G65 L03 P#416 A#2 B#315
　　G65 L03 P#417 A#416 B#317
　　G01 U#317 F2500
　　G01 U#417 V#415 F#165
　　G01 U#315 F2500
　　G65 L81 P80 A#319 B0
　　G65 L04 P#418 A#319 B360000
　　G65 L03 P#419 A#2 B#318
　　G65 L03 P#420 A#419 B#320
　　G01 U-#318 F2500
　　G01 U-#420 V#418 F#165
　　G01 U-#320 F2500
　　G65 L81 P80 A#322 B0
　　G65 L04 P#421 A#322 B360000
　　G65 L03 P#422 A#2 B#321
　　G65 L03 P#423 A#422 B#323
　　G01 U#323 F2500
　　G01 U#423 V#421 F#165
　　G01 U#321 F2500
　　G65 L81 P80 A#325 B0
　　G65 L04 P#424 A#325 B360000
　　G65 L03 P#425 A#2 B#324
　　G65 L03 P#426 A#425 B#326
　　G01 U-#324 F2500
　　G01 U-#426 V#424 F#165
　　G01 U-#326 F2500
　　G65 L81 P80 A#328 B0
　　G65 L04 P#427 A#328 B360000
　　G65 L03 P#428 A#2 B#327
　　G65 L03 P#429 A#428 B#329
　　G01 U#329 F2500
　　G01 U#429 V#427 F#165
　　G01 U#327 F2500
　　G65 L81 P80 A#331 B0
　　G65 L04 P#430 A#331 B360000
　　G65 L03 P#431 A#2 B#330
　　G65 L03 P#432 A#431 B#332
　　G01 U-#330 F2500
　　G01 U-#432 V#430 F#165
　　G01 U-#332 F2500
　　G65 L81 P80 A#334 B0
　　G65 L04 P#433 A#334 B360000
　　G65 L03 P#434 A#2 B#333
　　G65 L03 P#435 A#434 B#335
　　G01 U#335 F2500
　　G01 U#435 V#433 F#165
　　G01 U#333 F2500
　　N80 G01 X#5 Y0. F5000
　　G01 V#166 F10000
　　M112
　　G12 P98
　　G65 L02 P#160 A#160 B1
　　M99
　　五、结束语
　　

　　图14 加工成品图

　　该数控定子绕线机控制方案具有控制精度高，系统稳定性强，用户操作灵活的特点，为利用中达CNC系统和台达伺服在绕线机行业上的典型案例。
　　利用中达电通开放式、全功能通用数控系统，配合台达伺服系统优异的性能，可以灵活地整合出专用的控制系统，提供更有价值的整合方案以满足不同客户与行业的特殊要求。