摘要：針對目前市場上各種定子綁線機數控系統在功能和性能上的缺陷，基于MBS668K嵌入式運動控制器強大的多軸同步運動控制和PLC（I/O）控制功能，設計開發出了定子綁線機數控系統并實現與眾多定子綁線機設備廠家配套。長期的生產應用表明，該數控系統具有功能全面、性能好、穩定性高、調試方便的特點，能很好地滿足高速、高可靠性的定子綁線加工要求，其推廣應用可顯著提高國產定子綁線機的市場競爭力。本文介紹其解決方案。
關鍵詞：綁線機；嵌入式運動控制器；數控系統；定子
1. 引言
定子綁線機是一種應用于各種電機生產過程中對定子繞組用線將其捆扎緊的加工裝備，其廣泛應用改變了以往電機生產過程綁線工序依靠手工操作來完成的狀況，能大大減輕工人的勞動強度、提高生產效率、保證產品品質，從而顯著提高經濟效益。
隨著近年來人工成本的不斷上升，電機生產過程對加工裝備的柔性自動化程度、加工速度、可靠性、使用的方便性等方面的要求越來越高。作為電機生產過程中的一種重要裝備，為適應這些要求，定子綁線機的研發生產逐漸由單面綁線機（只有一根鉤針）向雙面綁線機（有上下兩根鉤針）轉變，由機械式綁線機向數控綁線機轉變。
針對目前市場上對定子綁線加工控制的各種需求，筆者開發了定子綁線機數控系統，并已在眾多電機生產線上得到成熟應用。本文將介紹基于MBS668K嵌入式運動控制器的定子綁線機數控系統解決方案。
2. 定子綁線機的工作原理
定子繞組的綁線加工過程需通過幾個運動軸之間按特定的協調關系來完成，其數控系統一般需要控制4個軸：凸輪軸、分度軸、上鉤針軸、下鉤針軸。分度軸和鉤針軸的運動過程均根據凸輪軸的當前位置來決定。另外，定子綁線機實現一個完整的加工過程還需要張力控制裝置、輔助氣缸動作等功能的配合。
3. 定子綁線機數控系統設計開發
3.1 定子綁線機數控系統結構
目前數控系統的開發主要有以下幾種實現模式：基于PLC的模式、基于通用PC機+運動控制卡的模式、基于嵌入式運動控制器的模式。目前中小型PLC雖已廣泛應用于各種自動化設備中，但要實現多軸聯動等復雜的運動控制功能，則代價很高。而基于通用PC機+運動控制卡模式的數控系統存在PC機價格相對較高、系統資源與需求不匹配、采用VB、VC開發難度高、操作系統不適合實時控制、可靠性低等問題。近年來，嵌入式運動控制器技術得到快速發展，其在功能、性能等方面兼具PLC和PC+運動控制卡模式的優點，是目前數控技術與系統發展的方向。因此，基于嵌入式運動控制器來實現定子綁線機數控系統是一種理想的解決方案。
定子綁線機數控系統的結構如圖1所示。由于凸輪軸包含伺服系統和變頻器+標準電動機兩種方案，若采用變頻器+標準電動機的方案，為了實時獲取凸輪軸的運動位置，在凸輪軸機構中需要安裝一個旋轉編碼器與運動控制器連接。
3.2 MBS668K嵌入式運動控制器的特點
MBS668K與定子綁線機數控系統相關的硬件部分特點如下：
1） 6軸運動控制、44路輸入口、44路輸出口、6路伺服報警信號輸入口。
2） 1路RS232接口，支持modbus通訊協議連接不同廠家的觸摸屏。
3） 1路手輪信號接口。2路DA接口，可對變頻器的控制，實現凸輪軸的調速功能。
4） 1路U盤接口、方便實現控制器之間通過U盤拷貝加工工藝參數。
機電裝備的數控系統軟件是一種與被控設備應用工藝緊密相關的實時多任務軟件系統。下面，基于數控系統軟件的特點對MBS668K對于實現定子綁線機等專用數控系統的適用性進行介紹。
實時性方面：MBS668K嵌入式運動控制器支持類BASIC語言編程，具有功能強大且易學易用的明顯優點。由于運動控制器已將多軸插補、電子凸輪、加減速處理等與實時控制相關的任務通過底層軟硬件方式實現，上層軟件只需調用相關指令實現復雜的運動控制和I/O控制功能。因此，采用類BASIC語言編寫數控系統軟件可滿足整個系統的實時性。
多任務方面：雷信運動控制類BASIC語言在數控系統應用層軟件支持6個以上的任務并行執行，每個任務可對應或多個任務號，任務號可重復使用。
應用工藝控制方面：MBS668K在運動控制功能方面具有速度控制、位置控制、多軸聯動插補、連續插補、電子凸輪、回原點控制、手輪運動等豐富的運動控制功能；在I/O控制方面，支持普通PLC具備的所有邏輯控制功能。
基于以上功能和特點分析可知，MBS668K嵌入式運動控制器無論從硬件平臺和軟件平臺方面來看都完全可以滿足對定子綁線機進行運動控制和邏輯控制的要求。另外，采用類BASIC語言編寫定子綁線機等數控系統軟件，實現相同的功能，相對于采用C語言、VB、VC等開發方式能大大降低數控系統軟件開發難度和工作量。
3.3 定子綁線機數控系統的功能
由于電機種類繁多，對于不同類型的電機其應用工藝有所差別。筆者開發的定子綁線機數控系統（如圖2所示）一些典型功能如下：
1） 可設置若干個凸輪軸與鉤針軸以及凸輪軸與分度軸間的觸發角度，各觸發位置可通過示教方式確定。
2） 定子槽數、首槽針數、收尾針數、綁線時分度軸運動方向等可設置。
3） 具有槽數表編輯功能，支持隔槽綁線、滿槽綁線以及跳槽綁線等綁線模式。
4） 燙線和放線的打開關閉時間可設置，可選擇多種夾具夾緊方式。
5） 支持加工參數U盤拷貝功能。
6） 具有故障診斷功能，幫助客戶輕松排除使用過程中產生的故障。
7） 支持手輪引導調試綁線加工過程，使調機過程方便快捷，從而降低機器的調試難度。
另外，筆者對綁線加工過程各軸間的同步運動設計了專門的控制算法，可實現高速、低振動的使用效果，從而使有效綁線加工速度得到保證。經實際加工測試，在機械結構可承受范圍內可實現最高每分鐘250針以上的綁線速度。
目前，該數控系統已與眾多設備廠家的定子綁線機實現配套使用，在各種電機生產線上創造著價值。長期的實際生產應用表明，該定子綁線機數控系統具有功能全面、性能好、穩定性高、調機方便等特點，能很好地滿足高速、高可靠性的定子綁線加工要求，其推廣應用可顯著提高設備廠家定子綁線機的市場競爭力。
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