特种电机用绕线机控制系统设计
电机控制系统的设计与模拟分析
电机控制系统的设计与模拟分析随着机电一体化技术的不断发展，电机控制系统已经成为工业自动化和智能控制领域的重要组成部分。
在各种机电设备中，电机的控制系统负责将电能转化为运动能，实现对电机的启动、停止、速度、转向等控制功能，是确保设备正常运转和提高生产效率的关键部分。
本文将介绍电机控制系统的设计步骤、控制方法及模拟分析，旨在为工程师提供参考和指导。
一、电机控制系统设计步骤1. 确定电机控制要求：根据设备的使用需求，确定电机的启动、停止、运行和控制速度等基本要求。
同时，需要考虑到应用环境、电机参数和负载特性等因素，确定控制系统的参数和性能指标。
2. 选择控制器：根据控制要求和负载特性，选择相应的控制器。
常用的电机控制器有单片机控制器、PLC控制器、DSP控制器等。
3. 选取传感器：为了得到电机的转速、位置等信息，需要在适当的位置安装相应的传感器。
常用的传感器有光电传感器、霍尔传感器等。
4. 设计驱动电路：根据电机参数和控制系统要求，设计和选择适当的驱动电路，保证电机正常运行。
常用的驱动电路有单相半桥和全桥、三相桥等。
5. 线路连接和布线：按照设计要求进行电气线路的连接和布线，保证控制系统可靠性和稳定性。
6. 编写控制程序：根据控制器和传感器的选择，编写控制程序，完成电机的启停和控制。
二、电机控制方法1. 电压控制方法：通过控制电机输入电压来控制电机的转速和负载特性。
通过调节电源电压大小和频率等参数，可以实现对电机的启停、正反转、变速等控制。
但该方法的精度和响应速度较低。
2. PWM控制方法：通过将输入电源对电机输出的电压进行调制，控制电机平均电压和频率，实现对电机的控制。
PWM控制方法可以实现电机转速和负载特性的准确控制，并且具有高效率和响应速度快等优点。
3. 矢量控制方法：通过对电机的电流和磁场进行控制，实现对电机转速、扭矩和负载特性的精确控制。
该方法具有高精度、高效率和广泛的应用范围。
三、电机控制系统的模拟分析在电机控制系统的设计和优化过程中，模拟分析是一种重要的手段。
毕业设计(论文)-绕线机PLC
毕业设计（论文）- 绕线机PLC引言绕线机是一种常见的机械设备，用于在电子产品制造过程中将导线快速且精确地绕绕在组件上。
在过去的几十年中，随着自动化技术的不断发展，传统的手工绕线方式已被自动绕线机所取代。
自动绕线机不仅可以提高生产效率，还可以提高产品质量和一致性。
在自动绕线机的控制系统中，PLC（可编程逻辑控制器）起着至关重要的作用。
本文将研究和设计一种具有高可靠性和稳定性的绕线机PLC控制系统。
研究目标本文的研究目标是设计一种高可靠性和稳定性的绕线机PLC控制系统，以提高绕线机的生产效率和产品质量。
具体的研究目标如下：1.研究绕线机的工作原理和传统控制系统的局限性；2.设计一种基于PLC的绕线机控制系统，实现精确的线圈绕制；3.优化控制算法，提高绕线机的生产效率；4.实现控制系统的可靠性和稳定性，以保证连续长时间的运行；5.进行实验验证，评估控制系统的性能和效果。
研究方法本文将采用以下研究方法来实现研究目标：1.文献调研：通过查阅相关文献和资料，了解绕线机的工作原理和传统控制系统的局限性，为后续的研究提供理论基础。
2.系统设计：根据绕线机的工作原理和要求，设计基于PLC的控制系统，包括硬件和软件的设计。
3.控制算法优化：通过对绕线机的运行过程进行分析和优化，提高绕线机的生产效率，并确保线圈绕制的精度。
4.可靠性和稳定性设计：通过设计合理的硬件结构和软件逻辑，实现控制系统的可靠性和稳定性，以保证绕线机的长时间稳定运行。
5.实验验证：设计并进行实验，评估控制系统的性能和效果，与传统控制系统进行对比分析。
预期结果通过本文的研究，预期可以实现以下结果：1.设计出一种高可靠性和稳定性的绕线机PLC控制系统，能够提高绕线机的生产效率和产品质量。
2.优化控制算法，提高绕线机的线圈绕制精度。
3.实现控制系统的可靠性和稳定性，保证绕线机连续长时间运行。
4.通过实验验证，评估控制系统的性能和效果，并与传统控制系统进行对比分析。
数控细微绕线机控制系统的设计与实现
３ 控 制 系 统 原 理
如 图 １ 示 的 以 ＡＴ８ Ｃ５ 所 ９ ２单 片机 为 中心 构 成 的
控 制 系统 ，由 于程 序 存 储 器 在 单 片 机 内部 ， 四个 口都 可 以作 为 ｉｏ 使 用 ， 大 简 化 了外 围 电 路 ， 高 了 系 ／ 大 提 统 的可靠 性 。
２ 实现 原理
与 普 通绕 线 机一 样 ， 密 绕线 机 的排 线 也 是 用 步 精 进 电 机来 实 现 的 ， 线 张力 的控 制 也用 了弹 簧 摩 擦 片 放
擦 片 式 ， 过细 致 调节 完全 可 以 满足 要求 。 经 ２ ２ 排 线原 理 ． 绕 细线 线 圈 时一 般 采 用 两 种 排 线 方 式 ， 自由排 即 线 和强 制排 线 。 这两 种 排线 方 法各 有 千秋 ， 自由排线 靠 线 的张 力 及摆 动 轮或 摆 锤 的摆 动 来 排 线 ， 轮 与 线 圈 导 骨架 之 间 的距 离较 远 ， 只要 调 节得 当 ， 匝线 都 能 紧密 每 排绕 ， 全 可 以使 绕 出 的线 圈达 到“ 面 ” 果 ， 是调 完 镜 效 但 节起 来 比较 困难 ， 主要 是 机械 方 面 的调试 量 太 多 ； 强制 排线 利 用 绕 线 主 轴 与排 线 轴 的 同步 运 动 技 术 ， 每 绕 使 圈 ， 线 机构 步进 一 定 的距 离 ， 排 一般 是 步进 一 个线 径 的距 离 ， 电子 数控 技 术发 展 的今 天 ， 现起 来 并 不 困 在 实 难， 只要 事 先设 置 好绕 线参 数 ， 需 要太 多 的调 试 即可 不 绕线 ， 经 过我 们 反复 试 验 ， 但 强制 排 线方 式 用 于高ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ速绕 制 ０１ ． ｍｍ 以下 的线 圈 时 非 常 困难 ， 常 出 现 乱 绕 现 经
特种电动机控制电路设计及应用.
课题名称：特种电动机控制电路设计及应用姓名赵婷婷学号201203320065 所在系电子电气工程学院专业年级P11电气6班指导教师李贤温职称教授二O一四年五月六日目录摘要 (2)第一章绪论 (3)1.1 课题背景 (3)1.2 课题意义及主要工作 (3)第2章伺服电动机 (4)2.1直流伺服电动机 (4)2.2直流伺服电动机的运行特征 (4)2.3直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态 (5)2.4直流伺服电动机的机械特性和调节特性 (6)第3章步进电动机 ............... (8)3.1步进电动机的结构与工作原理 (8)3.1.1步进电动机的结构 (8)3.1.2步进电动机的工作原理 (9)3.2步进电动机的工作方式 (9)3.3步进电动机的控制 (10)3.3.1环形分配器 (10)3.3.2功率放大器 (11)第4章应用 (11)4.1直流伺服电动机的应用 (11)4.2步进电动机的应用 (12)第5章总结 (13)参考文献 (14)致谢 (15)摘要随着自动化技术、计算机技术、电力电子技术的发展，特别是高性能永磁材料的问世，电动机制造技术水平得到了极大的提高，也为特种电动机的制造、控制和应用提出了更高的要求，提供了更广阔的发展空间。
对于一般的三相鼠笼式交流电动机及其变频调速控制方式，大家都比较熟悉，同时也有较多的资料和书籍介绍这方面的内容。
但对于具有特殊应用要求的特种电动机及其控制和应用，由于其应用面相对较窄使其需求应用较少，而且其控制装置较贵，相关的书籍较少，使得这方面的理论知识和应用经验较为缺乏。
特种电机是电机中的一类主要是指因为使用环境和制作工业的特殊而区别通用电机的名称。
随着工业化发展以及自动化技术提高特种电机的使用范围越来广泛种类越来越多。
是以一类新型特种电机（步进电动机、自整角机、直线电动机、超声波电动机等等之类的）为例，综述其原理，结构，性能，应用以及研究热点。
本次设计既有理论论述，又有实际工程应用介绍，具有全面性、系统性、实用性、可读性的特点，避免繁琐的数学运算和高深的理论，从实际出发，深入浅出，涉及的范围广，内容丰富，特别是有具体的实例介绍，对于学习特种电动机应用具有重要的参考价值。
高性能电机控制系统的设计与实现
高性能电机控制系统的设计与实现一、引言电机是现代工业中最常用的设备之一，其控制技术的高效与稳定性直接影响到生产效率和产品质量。
本文旨在介绍一种高性能电机控制系统的设计与实现，以提高电机的工作效率和控制精度，并且使之具备更强大的功能。
二、电机控制系统的要求1. 高响应速度：电机控制系统需要具备快速响应的能力，以满足高速运动需求。
2. 高精度控制：电机控制系统应能够实现精确的位置、速度和力矩控制，以适应各种工业应用场景。
3. 高效能耗：优化能耗是电机控制系统设计过程中的重要目标，以提高能源利用率和减少运行成本。
4. 可靠性和稳定性：电机控制系统需要具备高可靠性和稳定性，以确保长时间运行和安全操作。
三、高性能电机控制系统的设计与实现1. 电机选择与驱动根据应用需求，选择合适的电机类型（如直流电机、交流电机等）以及对应的驱动器。
重点考虑电机的额定功率、扭矩、转速范围等参数，结合应用场景确定适合的型号。
2. 控制算法设计针对电机控制系统，设计合适的控制算法是至关重要的。
常见的控制算法有PID控制、模糊控制、自适应控制等。
根据实际需求，选择最合适的控制算法，并进行参数调优，以实现高精度控制和快速响应。
3. 传感器选择与布置为了实现精确的控制，需要选择合适的传感器来反馈电机的状态信息。
比如，位置传感器可以用于反馈电机当前位置，速度传感器可以获取电机的实时转速。
合理选择传感器类型，并进行布置，以确保准确的反馈，提高控制系统性能。
4. 控制系统硬件设计控制系统的硬件设计应考虑电气安全、抗干扰能力和稳定性。
选择高性能的处理器、驱动电路和通信模块，设计合理的电源和排热系统，确保控制系统具备高效能耗和稳定的工作环境。
5. 控制系统软件开发基于所选的控制算法和硬件设计，进行控制系统的软件开发。
采用合适的编程语言和开发工具，编写控制算法、传感器数据处理、通信协议等相关软件模块，实现对电机控制系统的全面控制。
6. 性能优化与测试在完成控制系统设计与实现后，进行性能优化和测试，以确保系统满足要求。
缠绕机的自动化控制系统设计
缠绕机的自动化控制系统设计对于缠绕机行业而言，自动化控制系统的设计是至关重要的一环。
缠绕机的自动化控制系统可以有效地提高生产效率、降低劳动成本，并确保产品质量的一致性。
本文将介绍缠绕机的自动化控制系统的设计原则、关键组成部分以及其功能和优势。
1. 设计原则在缠绕机的自动化控制系统的设计中，应遵循以下原则：1.1 系统稳定性：自动化控制系统应具备稳定性，能够在长时间运行中保持稳定的工作状态，确保生产过程的可靠性。
1.2 灵活性：自动化控制系统应具备灵活性，能够适应不同规格和尺寸的产品进行生产。
系统应具备可调节性，方便根据不同产品的要求进行调整。
1.3 可扩展性：自动化控制系统应具备可扩展性，能够适应未来的技术发展和市场需求的变化。
系统应具备可升级性，以便随着需求的增长而进行扩展。
1.4 安全性：自动化控制系统应具备安全性，能够保障操作人员的安全。
系统应具备防护机制，能够及时检测和处理潜在的危险。
2. 关键组成部分缠绕机的自动化控制系统主要由以下几个关键组成部分构成：2.1 PLC控制器：PLC（可编程逻辑控制器）是缠绕机自动化控制系统的核心。
它能够实时监测和控制缠绕机的运行状态，并根据设定的程序进行相应的操作。
PLC控制器具有高可靠性、高精确性和高速度的特点，并且具备可编程性，易于进行调试和修改。
2.2 传感器：传感器是缠绕机自动化控制系统中的重要组成部分，用于检测和监测缠绕机的各项参数。
例如，位置传感器可以用于检测产品的位置和运动状态，压力传感器可以用于监测缠绕力度的大小等。
传感器的选择应根据具体的应用需求进行，以确保系统的准确性和可靠性。
2.3 人机界面：人机界面是操作人员与自动化控制系统之间进行交互的接口。
通过人机界面，操作人员可以监视系统的运行情况、修改控制参数以及获取故障报警信息等。
人机界面应具备友好、直观、易操作的特点，以便提高操作人员的工作效率。
2.4 伺服驱动器：伺服驱动器是用于控制缠绕机的电动机的速度和位置的装置。
三相绕线式异步电动机的启动控制系统设计
前言绕线式三相异步电动机，转子回路中可以外串三相对称电阻，以增大电动机的启动转矩，启动结束后可以切除外串电阻，电动机的效率不受影响。
它可用在重载和频繁启动的生产机械上.1。
设计要求三相绕线式异步电动机的起动控制系统设计，学习和掌握三相异步电动机的启动特性，起动是指电动机从静止状态开始转动起来,直至最后达到稳定运行.对于任何一台电动机,在起动时，都有下列两个基本的指标要求：(1)起动转矩要足够大堵转状态时电动机刚接通电源,转子尚未转动时的工作状态，工作点在特性曲线上的S 点。
这时的转差s=1，转速n=0，对应的电磁转矩T st称为起动转矩。
堵转状态说明了电动机的直接起动能力.因为只有在T st>T L<一般要求T st〉（1.1～1。
2）T L，电动机才能起动起来。
T st大，电动机才能重载起动；T st小,电动机只能轻载,甚至空载起动。
所以只有T st≧T L时,电动机才能改变原来的静止状态，拖动生产机械运转.一般要求T st>（1.1~1.2）T L。
T st越大于T L,起动过程所需要的时间就越短。
（2）起动电流不要超过允许范围对三相异步电动机来说,由于起动瞬间s=1，旋转磁场于转子之间的相对运动速度很大，转子电路的感应电动势及电流都很大,所以起动电流远大于额定电流。
在电源容量与电动机的额定功率相比不是足够大时，会引起输电线路上电压的增加，造成供电电压的明显下降，不仅影响了同一供电系统中其他负载的工作，而且会延长电动机本身的起动时间.此外在起动过于频繁时，还会引起电动机过热。
在这两种情况下，就必须设法减小起动电流。
2.方案设计常见的三相绕线转子异步电动机的起动方法： (1）转子回路串接频敏电阻器起动对于单纯限制启动电流、增大启动转矩的绕线式异步电机，可采用转子串频敏变阻器启动。
频敏变阻器是由三相铁芯线圈组成，每一相的等效电路与变压器空载运行的等效电路一致。
（2)转子串电阻分级起动一方面可以减小起动电流，另一方面可以增加最初起动转矩，当串入某一合适电阻时，还能使电动机以它的最大转矩T 起动.当然，所串联的电阻超过一定数值后，最初起动转矩反而会减小。
绕线式异步电动机交流调速控制系统设计
绕线式异步电动机交流调速控制系统设计(总35页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--绕线式异步电动机交流调速控制系统设计摘要本文主要通过对选择绕线式异步电机系统来控制造纸机，最终的选择串级调速控制系统，该系统是由异步电动机、转子整流器、频敏变阻器、有源逆变器、触发装置和信号检测等元件组成。
文章的重点就是系统参数的设计。
关键词：绕线式异步电动机调速控制系统ABSTRACTThis paper mainly through to choose wound rotor asynchronous motor system to control the paper machine, the final choice bunch_rank speed-control control system, this system is made asynchronous motor, rotor rectifier, frequency sensitivity rheostat, active inverter, triggering device and signal detection components. The article is to focus on the design of system parameters.Keywords: Wound rotor asynchronous motor Speed Control system前言由于绕线式异步电动机要求启动转矩大，能平滑调速的场合。
所以它是工农业生产及国民经济各部门中应用最为广泛而且需要量最大的一种电机。
金属切削机床、轧钢设备、鼓风机、粉碎机、水泵、油泵、轻工机械、纺织机械、矿山机械等，绝大部分都采用绕线式异步电动机拖动。
绕线式异步电动机的控制方式可以分为3点：启动，调速与制动。
第 1 章系统方案的选择本论文的目的经过前言部分我们主要讲解了绕线式异步电机的使用场合和它的三种控制方式。
绕线机毕业设计
绕线机毕业设计绕线机毕业设计绕线机是一种常见的自动化设备，广泛应用于电子、电器、通信等行业中。
它的主要功能是将导线或电缆自动绕制在线轴或线圈上，提高生产效率和产品质量。
在现代工业中，绕线机的设计和研发成为了一个重要的课题，特别是在电子信息领域的快速发展下，对于绕线机的要求也越来越高。
一、绕线机的基本原理和结构绕线机的基本原理是通过电机驱动线轴旋转，将导线或电缆从线盘上拉取并绕制在线轴或线圈上。
其结构主要包括电机、传动装置、线盘、线轴、控制系统等部分。
电机提供动力，传动装置将电机的旋转运动转化为线轴的旋转运动，线盘存放待绕线材料，线轴用来绕制线材，控制系统则用来控制绕线机的运行和绕线的精度。
二、绕线机的设计要点1. 机械结构设计：绕线机的机械结构设计是关键，要考虑到绕线机的稳定性、刚性和精度。
在设计过程中，需要合理选择材料、加工工艺和结构形式，以确保机械结构的稳定性和刚性，同时提高绕线的精度和效率。
2. 传动装置设计：传动装置的设计直接影响到绕线机的运行效果和稳定性。
在设计传动装置时，需要考虑到传动效率、传动精度和噪音等因素，选择合适的传动方式和传动比例，以提高绕线机的运行效率和稳定性。
3. 控制系统设计：控制系统是绕线机的核心部分，它负责控制绕线机的运行和绕线的精度。
在控制系统设计中，需要考虑到绕线机的自动化程度、控制精度和稳定性等因素，选择合适的控制器和传感器，以实现绕线机的自动化控制和精确绕线。
三、绕线机的发展趋势随着电子信息技术的快速发展，绕线机的应用领域也越来越广泛。
未来，绕线机的发展趋势主要体现在以下几个方面：1. 自动化程度的提高：随着人工智能和机器学习等技术的发展，绕线机的自动化程度将进一步提高。
未来的绕线机将能够自动调整绕线参数、自动检测绕线质量，并能够与其他设备实现智能联动。
2. 精度和效率的提升：绕线机的精度和效率是衡量其性能的重要指标。
未来的绕线机将采用更先进的传感器和控制算法，以提高绕线的精度和效率，满足不同行业对绕线质量和生产效率的要求。
高压线圈半自动绕线机控制系统的硬件设计
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全自动双飞叉嵌线式转子绕线机控制系统的设计与开发
图 ２所 示 画 面 。
表 １ Ｐ Ｃ的 ＩＯ 端 口 地 址 Ｌ ／
图 ３ 主 程 序 流 程 图
输入端 口
紧 急停 止 按钮 Ｘ Ｏ
输出端 口
左 飞 叉 电 磁 阀 Ｙ１
操作者放好工件按下启动按钮系统初始化参数输入输出及显示故障检测报警及处理人工复位处理程序张力控制程序各参数运算及处理绕线主程序飞叉定位夹具合拢转子定位转子分度处理嵌线飞叉绕线整个转子是否完毕嵌最后一次线是否停止工作结束
维普资讯
工 业
自
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全 自动双飞叉嵌线式转子绕线机控制系统的设计与开发 镌
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４绕 线 机 控 制 系 统 软 件 设 计
绕 线 机 控 制 系 统 软 件 有 三 种 工 作 状 态 ：编 辑 状 态 、手 动 状 态 和 自动 状 态 。在 编 辑 状 态 下 ，进 行参 数 输 入 、读 出
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自动 双 飞 叉 嵌 线 式 转 子 绕 线 机 工 艺 流 程 和 技 术 指 标 的 基 础 上
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电机绕组绕线机控制器的设计
电机绕组绕线机控制器的设计作者：邝杰峰来源：《价值工程》2010年第12期摘要:随着机电产品对绕组质量要求的提高,原有的PLC控制系统的绕线机已很难满足不断发展的机电产品的要求。
PLC控制系统的绕线机存在成本高,工作方式单一和人机交互不便等缺点。
为解决此问题,我们设计了一种能代替PLC控制系统的新的控制系统--利用单片机进行控制的电机绕组绕线机控制器。
Abstract: With the increased demand of mechanical and electrical products on the winding quality,the original PLC control system of winding machine has been difficult to meet the requirements of evolving mechanical and electrical products. Winding machine PLC control system has the disadvantages of high cost,single work way and inconvenient human computer interaction. To solve this problem,we designed a new control system that could replace PLC control system - using single chip to control motor windings machine controller.关键词:单片机;步进电机驱动器;加/减速控制Key words: singlechip;stepper motor driver;accelerate/deceleration control中图分类号:F270 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)12-0218-011系统性能及控制要求1.1 系统性能在本控制系统中,主要利用控制器输出的CP、CW脉冲信号,通过步进电机驱动器对三台步进电机的转速、转向进行控制,带动机械传动机构工作,实现绕线,另外通过拖板电机实现绕组位置转动的控制,从而实现整个电机绕组的全自动化绕线操作。
高精度电机控制系统设计与优化
高精度电机控制系统设计与优化随着现代制造业和工业控制的进一步普及，对于电子控制技术的需求也越来越高。
作为工业领域中重要的执行元件，“电机”在生产和制造中的地位十分重要。
而其中，高精度的电机控制系统则更是日益受到工业界和科技界的重视。
一、高精度电机控制系统常用的技术和方法：1.步进电机控制技术步进电机是电机中一种比较特殊的设计，它的转动是基于电机机体的单个步进转动，而不是像同步电机或异步电机那样转动。
因此，相对于开环电机控制方式，步进电机控制的误差更小，但也会有震荡和振荡的问题。
通常采用的控制技术有：自抗扰控制技术、ADRC（自适应阻尼控制）技术等。
2.伺服电机控制技术伺服电机系统是一种反馈闭环控制的系统，通过传感器将电机驱动后转动位置实际反馈给控制器来实现控制。
因此，伺服电机系统能够快速准确地实现高精度的动力定位和运动控制，广泛应用于工业自动化和机器人领域。
在伺服电机控制中，常用的技术包括电流控制技术、速度控制技术和位置控制技术等。
3.控制算法在高精度电机控制中，控制算法的设计也是核心问题之一。
目前常用的算法包括PID、自适应控制算法、神经网络控制算法等。
其中，PID控制方法是最为普遍和常见的方法之一，它通过比例、积分、微分三个分别作用的环节来实现控制。
二、高精度电机控制系统的设计与优化：1.系统框架的构建在电机控制系统中，首先需要构建合适的系统框架。
针对不同的电机控制需求，可以采用开源硬件平台如Arduino、Raspberry Pi 等进行开发，也可以自主开发控制器板卡。
2.系统参数的测量和校准电机控制的精度取决于参数的控制和调整。
在设计过程中，需要对电机及其相关的参数进行系统的测量和校准。
通常需要测量电机的转矩、电流、电压等参数，以及系统的惯性、摩擦力等因素，以便进行参数的调节和优化。
3.控制算法的选择和调整控制算法的选择和调整也是电机控制中非常重要的设计环节。
目前PID控制算法是最为常见和有效的方法，但对于不同的电机和控制需求，需选择不同的控制算法。
缝纫线绕线机自动控制系统的设计
缝纫线绕线机自动控制系统的设计
柯良;冯关明;章建军;陈水明
【期刊名称】《现代制造工程》
【年(卷),期】2014(000)011
【摘要】针对普通缝纫线绕线机自动化程度低、对操作者熟练程度要求高等问题，设计了一种基于可编程逻辑控制器（ Pro-grammable Logic Controller，PLC）顺序功能图（Sequential Function Chart，SFC）的缝纫线绕线机自动控制系统，有效提高了缝纫线绕制的效率与自动化程度。
根据缝纫线绕线机结构组成，分析绕线机基本原理及工作流程，利用SFC逻辑清晰的优点，完成自动控制系统的设计
和编程，开发一种能够自动完成上料、绕线、夹线、断线和下料等功能的缝纫线绕线机自动控制系统，具有绕线效率高、程序可读性好等特点。
【总页数】5页(P117-120,126)
【作者】柯良;冯关明;章建军;陈水明
【作者单位】浙江工业职业技术学院，绍兴312000; 同济大学机械与能源工程学院，上海201804;浙江工业职业技术学院，绍兴312000;浙江工业职业技术学院，绍兴312000;浙江工业职业技术学院，绍兴312000
【正文语种】中文
【中图分类】TS103.7
【相关文献】
1.缝纫线自动初绕装置的设计与研究 [J], 冯关明;柯良;章建军;陈水明
2.基于PLC的绕线机自动控制系统 [J], 林锦实
3.绕线机步进驱动自动控制系统 [J], 惠晶
4.自动控制系统在绕线机中的应用 [J], 叶坚
5.关于服装缝纫线去捻装置的研究与设计 [J], 袁新华;方志东;黄鑫楠;钟信
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特种电机用绕线机控制系统摘要：本文以PLC为基础、采用永磁交流伺服系统和文本显示器，设计了特种电机用绕线机控制系统。
针对特种电机的线圈绕制精密度高的特点，提出了绕制参数的任意调节方法，以及匝数设置规则，文件保存方式。
采用交流伺服系统不仅实现了绕线实时调速与精准定位，而且提高了绕线的准确性和生产效率。
控制系统具有高速、高精度、高稳定，和较好的实用性，并且成本较低。
该系统具有操作方便，满足特殊塔式线圈的工艺性。
关键词：特种电机用绕线机；控制系统；PLC；伺服系统Design of Special Winding Machine Control System（Xi’an University of Science and Technology，Xi’an，710054，China）Abstract：This article is based on PLC and using permanent magnet AC servo system with text display, designed a special motor winding machine control system. For coil winding features of special motor in high precision, raised arbitrary adjustment method of winding parameter, setting rules of turns, and mode of saving the file. Experimental results show that the system not only to achieve a speed regulation of winding in real time and positioning precisely improves, also, the accuracy and efficiency of production of winding, meanwhile control system with high speed, high precision, high stability, and better usability, low cost and easy to operate, meet specific Tower coil technology.Key words：special motor winding machine；control system；PLC；servo system1引言随着电机控制技术进步，绕线自动化程度的提高，电机绕组制造用绕线机已形成品种繁多庞大的市场[12]。
通用绕线机由最初的手工绕制向半自动绕线机，甚至是全自动、高精度的方向发展。
但对于某些特种电机而言[11]，线圈绕制还没有非常合适的绕线机。
为了适应高效率、高稳定性以及高精度控制的要求，本文设计了一种全新的特种电机用绕线机的控制系统，此系统适用于各种型号的塔式铜芯式绕组的绕制。
同时，针对线圈绕制工艺要求研制的特种电机用绕线机，其参数设置快捷、操作灵活、适合批量生产，既能提高生产效率，又能保证提高产品质量。
2系统构成与硬件设计2.1 系统构成绕线机控制系统的基本结构如图1所示，由图可知系统由PLC、人机界面、伺服驱动器、绕线模、编码器等六部分组成，PLC为控制环节，人机界面根据需要选择，主要是输入输出设置，参数设置等。
伺服驱动器与伺服电机可选用一体式结构，电机编码器除了向伺服驱动器提供反馈信息外，还可将信号反馈给PLC，从而到人机界面输出显示，绕线模根据电机绕组的尺寸而设计，下面将各部分主要功能介绍如下。
图1 绕线机控制系统的基本结构2.2 PLC设计控制系统对PLC的要求主要有以下几点：（1）输出脉冲和方向信号具有120kH以上运行频率，能够控制伺服驱动器的运行；（2）PLC输出信号通过光耦控制伺服驱动器；（3）配备文本显示器作为人机操作界面，可改变参数设置与状态显示；（4）能够读取位置反馈脉冲，120kH以上计数频率；12以上的分辨率。
（5）具有模拟量输入口，输入范围0~10V，12通过对比西门子S7系列、三菱FX系列、A-B Micrologix系列，决定采用台湾永宏公司的新款微型FBs系列PLC，不但可以满足以上（1）、（2）要求，还具有以下显著特点：（1）0.33μs/顺序指令的程序平均执行时间；（2）电源电压100～240VAC或24VDC；（3）程序容量可达20K words；（4）Windows编程界面，可在运行中修改程序；（5）4组32位元硬体高速计数器，具8种运作模式（U/D，U/D×2，K/R，K/R×2，A/B，A/B×2，A/B×3，A/B×4），计数频率可达920KHz；（6）5组0.1ms高速计时器，其中4组为32位元，1组为16位元；（7）NC定位功能：单机最大4轴脉冲输出，最高频率可达920KHZ，并具3种运作模式（U/D，K/R，A/B）, NC定位程序可上传后下传至人机或上位机；（8）机型齐全。
有10点、14点、20点、24点、32点、40点、44点及60点主机及多种扩充机/模块；（9）体积超小，具有同档次价格优势；（10）通信速度可达921.6kbps，单机最多可达5个通讯口，支持多样化通信接（RS232、RS485、USB、Ethernet等）（11）对于要求（3），采用FBs自带扩展板单元，它相对于扩展模块价格较低。
扩展板单元FBs-B2A1D，两路AI，0~10V,12位分辨率，可以满足使用要求。
PLC连接原理图如图2所示：GND图2 PLC 连接原理图2.3 伺服驱动设计控制系统对驱动电机的要求主要有五点：（1） 精准定位，根据绕线原理定位精度≤0.1转；（2） 功率500W 以上，低速下能输出恒定力矩；（3） 运行平稳，转矩波动要小；（4） 体积小，效率高，动态响应快；（5） 可调速运行，转速调整范围为1～3000rpm 。
根据上述要求，经充分论证后，决定采用高性能永磁交流伺服系统。
在对比松下A5、A-B Kinetix 、安川∑系列以及西微所JS 系列，选用安川∑-V 伺服系统SGDV-5R5A01A/ SGMJV-08AAA61.额定转速3000rpm ，最高转速6000rpm ，1KW 功率输出，速度频率响应可达1.6KHz 。
伺服电机的使用，在满足转矩要求的同时，要满足惯量匹配的要求。
根据工程用绕线模的转动惯量与折算至电机负载转矩公式：,14n i j i j i j M D J ===∑，,1n f i j i j i j T G D ===∑(20)n ≤ （1）其中，J ：绕线模的转动惯量(2.kg m )，M ：绕线模质量(kg ),D ：绕线模直径（m ），f T ：折算电机负载转矩（N m ⋅）G ：绕线模重力（N ）。
同时，从安川伺服驱动器∑-V 系统样本中的转矩-转速特性曲线可知：当运行转速高于额定转速时，额定转矩大于连续使用区域转矩。
因此，需要加3:1的减速机，才能与绕线模的惯量匹配，以及避免了转矩过大而造成的电机运行抖动问题。
在实际绕线时，转速与使用的线径有关，电机线径较细时，绕线转速可提高，转矩降低。
因此，可以使伺服电机运行在额定转速以上，在满足使用要求的前提下，尽可能使用功率较小的伺服电机。
2.4 光电耦合器与A/D 扩展板的选用为提高绕线效率，本绕线机加装电位器旋钮调节电压，调整范围为0.15V～10V，以此来达到调速的目的，电位器调节输出为模拟量信号，因此安装A/D模块就显得完全有必要，然而，加装A/D扩展模块将抬高成本，同时，本系统仅适用20个输出端口中的2个，A/D扩展模块是针对全部20个输出端口[16]，如此一来将造成极大的浪费和系统冗余，经研究决定采用永宏PLC配套A/D扩展板，扩展板单元FBs-B2A1D，两路AI，电压调整范围：0~10V,12位分辨率。
绕线机绕线匝时系统要自动计数，同时在模式旋钮调至手动档时旋动绕线模系统也要相应计数，但由于伺服驱动器输出编码器信号电压为DC5V[18]，即每绕一匝输出5V电压信号，PLC本身只能接受DC24V电压信号[16]，同时考虑到两者之间的电磁干扰，所以设计光电耦合器来达到抗电磁干扰和电频匹配之作用，其系统原理图如图3所示。
图3 光电耦合器设计图2.5 文本显示器选用绕线机对操作界面的主要要求是设置绕线参数和显示绕线运行状态和匝数，配有手/自动切换按钮、调速旋钮，启动、暂停、复位按钮，加装运行与故障指示灯。
选用触摸屏，价格较高，采用文本显示器在满足使用要求的前提下，可以大幅度降低成本，最终选定上海松浩自动化公司的BYD037L型文本显示器。
该文本显示器属于小型人机界面，它具有22个按键,其中31个功能键可自由定义，操作简单，可替代部分控制柜上的机械按键；带LED 背光的STN-LCD显示屏，只要有按键操作，LED 背景灯点亮,持续60秒（缺省设置）,若以上没有任何按键操作时，LED 背景灯自动熄灭；可显示24×4行英文，或12×4 行汉字；RS232/RS485/RS422任选，可直接连接PLC，同时支持多种通讯硬件接口，如西门子 S7-200 系列、欧姆龙 C 系列、三菱 FX 系列、三菱 FX-485-BD模块、松下 FP 系列、永宏 FB 系列、光洋 S 系列、莫迪康NEZA 系列、富士SPB 系列、台达DVP 系列、VIGOR系列、AB Micrologix1500、PLC、DANFOSS 变频器、MODBUS RTU Slave、MODBUS ASCII Slave、自由协议等。
而且其性能可靠，抗干扰能力强，适用于有强电磁干扰的工业控制现场，价位适中。
因此，选用文本显示器在满足要求的前提下，可以大幅度降低设备成本。
2.6 绕线模特种电机专用绕线模的典型结构如图4所示，采用塔式结构铜芯式绕组，每个绕线模由不同直径的槽叠装组成，每个槽代表一个线圈，线圈形状可采用矩形结构和圆形结构，以圆形为主，每个线圈直径5～500mm不等。
图4 绕线模结构图3. 软件设计控制系统软件由人机界面和PLC两部分软件程序设计组成。
3.1人机界面的设计操作界面分主界面、参数设置、运行显示三个界面。
在主界面中选择要运行的程序号，按【启动】键开始运行，同时运行指示灯亮。
在运行界面中，显示当前执行的程序号、绕组数和匝数，同时对比显示设置程序号、绕组和匝数。
参数设置界面的设计，采用方便快速设置的方式。