數(shù)控細微線繞線機控制系統(tǒng)的設計[轉貼]

無獨有偶

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摘要：介紹了數(shù)控細微線繞線機控制系統(tǒng)的設計方案與排線方法，給出了控制系統(tǒng)原理框圖及光電傳感器信號電路。     1.引言
    繞線機作為電子工業(yè)專用設備之一，在我國已生產(chǎn)和使用了多年，改革開放以來，我國元器件廠也引進了許多國外的繞線機。常見的有平行繞線機、環(huán)行繞線機及各種特種繞線機等。在繞制細微漆包線時，這些機器都會遇到共同的問題，如無法達到整齊排線，繞線張力無法控制等，特別是繞制0．1mm以下的一些音圈、傳感器機芯等線圈時，問題尤為突出。針對這種情況，我們研制了這種適用于細微漆包線的繞線機，很好地解決了這個問題，用它繞制的磁電式測振傳感器機芯線圈，張力穩(wěn)定，線圈直流電阻一致性好，排線整齊，外觀達到了“鏡面”效果。
    2.實現(xiàn)原理
    與普通繞線機一樣，精密繞線機的排線也是用步進電機來實現(xiàn)的，放線張力的控制也用了彈簧摩擦片張力器，但為了達到設計要求，有針對性地進行了許多改進，采用復合排線法，加裝了張力指示儀，大大地改進了整機性能，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
    2．1放線張力
    在繞制細微漆包線時，由于線徑細，如果張力太大，就會將線拉長，使線圈的直流電阻增大。在成批生產(chǎn)中，張力的不穩(wěn)定還會造成線圈與線圈之間較大的直流電阻差異，所以要嚴格控制張力。為此，在普通放線張力儀與寶石針之間加裝了一個張力指示儀，它是一個機械式張力指示儀，通過指針刻度即可知道繞線張力是多少克，避免了操作工人憑經(jīng)驗調(diào)節(jié)所帶來的偏差，張力指示儀的加裝對減少高速繞線時產(chǎn)生的線的抖動也有好處。細線的放線張力器一般都是彈簧摩擦片式，經(jīng)過細致調(diào)節(jié)完全可以滿足要求。
    2．2排線原理
    繞細線線圈時一般采用兩種排線方式，即自由排線和強制排線。這兩種排線方法各有千秋，自由排線靠線的張力及擺動輪或擺錘的擺動來排線，導輪與線圈骨架之間的距離較遠，只要調(diào)節(jié)得當，每匝線都能緊密排繞，完全可以使繞出的線圈達到“鏡面”效果，但是調(diào)節(jié)起來比較困難，主要是機械方面的調(diào)試量太多；強制排線利用繞線主軸與排線軸的同步運動技術，使每繞一圈，排線機構步進一定的距離，一般是步進一個線徑的距離，在電子數(shù)控技術發(fā)展的今天，實現(xiàn)起來并不困難，只要事先設置好繞線參數(shù)，不需要太多的調(diào)試即可繞線，但經(jīng)過我們反復試驗，強制排線方式用于高速繞制0．1mm以下的線圈時非常困難，經(jīng)常出現(xiàn)亂繞現(xiàn)象。
    新方案采用將兩種方式復合，取其長補其短，以強制排線為主，自由排線為輔，寶石針與線圈骨架的距離拉大，控制系統(tǒng)根據(jù)這一距離和設定的繞線參數(shù)，計算出實際的排線參數(shù)，再根據(jù)實際調(diào)試加以修正，由于控制系統(tǒng)有掉電保護功能，對每一種規(guī)格的線圈，經(jīng)過幾次調(diào)整，都可以很快得到理想的繞線參數(shù)并保存。繞線時，寶石針的擺動與繞線主軸同步，不過其擺動幅度比單獨采用強制排線時小，留出了一定的余地讓自由排線來發(fā)揮其緊密排繞特長。
    3.控制系統(tǒng)原理
    如圖1所示的以AT89C52單片機為中心構成的控制系統(tǒng)，由于程序存儲器在單片機內(nèi)部，四個口都可以作為I／O使用，大大簡化了外圍電路，提高了系統(tǒng)的可靠性。
    3．1單片機電路
    本系統(tǒng)的單片機電路是一典型的單片機最小應用系統(tǒng)，四個口均未用作數(shù)據(jù)口或地址口，其中，P0口工作為基本輸入輸出方式，控制LED顯示及EEPROM的讀寫，串行EEPROM電路用了一塊X25045，它既能存儲繞線參數(shù)，防止掉電丟失，又擔當了監(jiān)控CPU的看門狗。P1口工作在輸出狀態(tài)，控制主軸電機M1變頻器，排線步進電機M2驅(qū)動器，電磁制動器和蜂鳴器。P2口專門控制4×4監(jiān)控鍵盤，采用了常規(guī)的行列矩陣掃描原理。P3口用于操作按鈕和繞線傳感信號的輸入，其中，計數(shù)傳感信號連到外部中斷INT0端，它是正確繞線的關鍵信號。復位電路和晶振電路比較簡單，此處不再贅述。
    3．2輸出電路
    輸出部分主要包括主軸電機變頻器控制、步進電機驅(qū)動器控制和LED顯示驅(qū)動三部分。變頻器控制占用了三個口線：啟動、轉動方向和第二速度選擇，均通過小型直流繼電器來切換。第二速度選擇是在預停機時，使變頻器運行在低速狀態(tài)，以便計數(shù)到匝時直流電磁制動器能及時制動，從而達到準確停機的目的。步進電機驅(qū)動器控制信號有兩個，即串行步進脈沖信號和方向信號，這兩個信號都是TTL電平，由于驅(qū)動器內(nèi)部有光耦隔離，故可以直接輸出。驅(qū)動器在內(nèi)部將串行步進脈沖進行環(huán)行分配，變成三相信號，顯然，這種方式省了單片機的一個控制信號。LED顯示器是主要的人機界面，由集成電路MC14499和74LS05來擔當，MC14499是一款工作于串行方式的七段數(shù)碼LED編碼驅(qū)動接口電路，通過外串電阻來驅(qū)動共陰極發(fā)光二極管，僅通過CE、CLK和DATA三個信號與單片機接口，大大節(jié)省了口線資源。
    3．3輸入電路
    輸入信號包括操作按鈕信號和繞線傳感信號，由于這些信號均來自機器，拉線較長，為了防止干擾，有必要對其進行隔離和處理。圖2所示即為按鈕信號和傳感信號處理電路，二者區(qū)別在于U2的選用，對按鈕信號，U2選用光電耦合器TLP521－1，而對傳感信號，U2應選槽型光電傳感器。雖然三個傳感信號電路相同，但其所起的作用卻大不一樣。排線零位信號由擋光片觸發(fā)，是步進電機排線的坐標原點，每繞完一個線圈，都要回到原點對零，以消除由于步進電機丟步或絲杠反向間隙造成的積累誤差。主軸零位信號用于主軸的精確定位，保證每次都從某一位置開始繞線或每次都能停在某一固定位置，也由擋光片來觸發(fā)。計數(shù)傳感信號有兩個作用，一是匝數(shù)計數(shù)，二是作為繞線主軸與排線軸的同步信號，它是一個中斷輸入信號，單片機收到這個信號就認為繞了一圈，步進電機應該連續(xù)走一個線徑的距離，當然，單片機要將這個距離平均分配為十次走完，這個任務由裝在主軸上的分頻式碼盤來完成。
    繞線機控制系統(tǒng)的實時性很強，而且主程序與中斷程序、中斷程序與中斷程序之間的嵌套比較復雜，因此，整個程序都用匯編語言編寫和調(diào)試。在單片機中斷資源的利用方面作了合理安排，如T0定時器用于步進電機調(diào)頻脈沖，INT0外部中斷用于匝數(shù)計數(shù)和同步控制等。具體的鍵盤掃描、LED顯示、算術運算、中斷處理等程序可參考有關資料，此處就不一一介紹了。
    4.結束語
    數(shù)控細微線繞線機已在用戶廠進行了小批量使用，實踐證明其繞線質(zhì)量滿足精密線圈要求，調(diào)試方便，穩(wěn)定可靠，由單片計算機精密控制實現(xiàn)的復合排線方式實用可行，很好地解決了國產(chǎn)設備及進口設備在高速繞制細微線線圈時出現(xiàn)亂繞的問題。（史亞楠 編輯）