引言

波紋電阻器，采用陶瓷管作為骨架，用制作成波紋狀的合金電阻絲均勻立式纏繞在陶瓷骨架上，此種電阻器具有散熱好、功率大、耐過載、耐高電壓等優(yōu)點(diǎn)，并且工作時(shí)無噪音、無干擾、不產(chǎn)生對(duì)人有害的磁場(chǎng)。廣泛應(yīng)用于電梯、軋機(jī)、起重機(jī)、拉絲機(jī)、負(fù)載實(shí)驗(yàn)變頻器制動(dòng)、伺服系統(tǒng)、電源等電氣回路。

在傳統(tǒng)繞制過程中，我們首先在簡(jiǎn)易壓波紋設(shè)備上壓制出所需規(guī)格的波紋電阻絲，然后在另外一臺(tái)繞線設(shè)備上，由一個(gè)人拉住波紋電阻絲，控制好張力，另一個(gè)人手動(dòng)搖轉(zhuǎn)手輪，使壓制好的波紋電阻絲按照設(shè)定螺距均勻的立式繞制在陶瓷骨架上。但由于人工繞制成本高、生產(chǎn)效率低、且合格率嚴(yán)重依賴人工操作熟練程度，人為及不確定因素占較大比重。所以市場(chǎng)急需一臺(tái)集波紋壓制、繞線和排線于一體的自動(dòng)化設(shè)備。

原理

在壓波紋繞線機(jī)中，壓波紋速度、繞線速度和排線速度三者的匹配關(guān)系直接影響波紋電阻的繞制效果。如果壓波紋速度過快，則壓制出的紋波電阻絲由于不能及時(shí)纏繞，會(huì)導(dǎo)致壓制好的波紋電阻絲無法有效纏繞；如果壓波紋速度過慢，則壓制出的波紋電阻絲又會(huì)由于旋轉(zhuǎn)骨架的張力，使壓出的波紋電阻絲拉伸變形，直接影響電阻器的阻值，而排線機(jī)構(gòu)要根據(jù)設(shè)定好的螺距和骨架纏繞速度均勻繞制，如果排線速度較慢，會(huì)造成疊線，導(dǎo)致短路，如果排線速度較快，排線螺距拉大，無法保證電阻器阻值，所以三者必須有效匹配。因此，對(duì)于壓波紋速度、繞線速度、排線速度三者的匹配就至關(guān)重要，只有當(dāng)三者的匹配關(guān)系控制在一個(gè)適當(dāng)?shù)膮^(qū)間時(shí)，才能繞制出合格的產(chǎn)品。

在壓波紋繞線機(jī)中，首先我們需要通過編碼器和PLC中斷采樣計(jì)算得到當(dāng)前骨架纏繞速度，然后通過骨架纏繞速度，計(jì)算得到壓波紋電機(jī)的速度和排線電機(jī)的速度。

繞線機(jī)速度采樣

編碼器采樣選擇A/B相正交計(jì)數(shù)模式，編碼器線數(shù)為p，采樣時(shí)間為Δt（單位為ms），中斷前值為a1，中斷值為a2。繞線機(jī)纏繞速度為v1（單位為r/min）。

則繞線機(jī)纏繞速度                                              

排線速度計(jì)算

為了使壓制出的波紋電阻絲均勻繞制在骨架上，則骨架旋轉(zhuǎn)一圈，排線剛好走一個(gè)螺距。排線速度為v2,排線螺距為p（單位mm），絲杠導(dǎo)程為m（單位mm），因此

可得排線電機(jī)轉(zhuǎn)速

壓波紋速度計(jì)算

為了使壓制出的波紋電阻絲能夠及時(shí)纏繞到骨架上，需要將二者速度進(jìn)行匹配。骨架直徑為d1，壓波紋齒輪直徑為d2，波紋電阻絲寬度為d，壓波紋齒輪速度為v3（單位為r/min），由于倆者線速度一致，因此

可得壓波紋齒輪速度 

壓波紋速度微調(diào)

根據(jù)公式⑤，可以計(jì)算出壓波紋齒輪的轉(zhuǎn)速，但在實(shí)際情況中，由于

的比值，不一定是整數(shù)，四舍五入，會(huì)使得壓波紋速度和主軸纏繞速度還是會(huì)有一定的偏差。因此，我們一般會(huì)將作為實(shí)際壓波紋速度。即微調(diào)量。

電控硬件配置

該系統(tǒng)的主要控制對(duì)象為壓波紋電機(jī)、纏繞電機(jī)和排線電機(jī)，需要完成主軸纏繞電機(jī)的啟動(dòng)、停止和點(diǎn)動(dòng)功能，排線機(jī)構(gòu)的左移、右移和點(diǎn)動(dòng)控制以及壓波紋電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)功能，并且要完成電位器調(diào)速、速度采樣、計(jì)匝數(shù)和高速輸出功能。因此系統(tǒng)要求PLC具有模擬量輸入、模擬量輸出、高速計(jì)數(shù)口、高速脈沖輸出口、以及一定的I/O點(diǎn)數(shù)量，通過綜合比較，PLC選用了西門子的S7-224XPCN，人機(jī)界面選用HITECH的PWS6600T-P,用于設(shè)定和顯示各種參數(shù)。伺服系統(tǒng)采樣?xùn)|元公司的伺服驅(qū)動(dòng)器TSTA20C+伺服電機(jī)TSB08751C。

圖1電機(jī)控制圖

圖1中M1為主軸纏繞電機(jī)，M2為排線電機(jī)，M3為壓波紋電機(jī)，A1~A3為伺服驅(qū)動(dòng)器，G為開關(guān)電源。

圖2PLC原理圖

由于西門子S7-224XPCN，只有倆組高速輸出口，因此，主軸纏繞電機(jī)采用速度模式控制，通過電位器調(diào)節(jié)經(jīng)模擬量輸入口由PLC計(jì)算然后通過模擬量輸出口，用速度模式控制伺服驅(qū)動(dòng)器控制纏繞速度。然后將編碼器信號(hào)通過PLC輸入口I1.2、I1.3采樣，經(jīng)過PLC計(jì)算通過位置模式控制排線電機(jī)和壓波紋電機(jī)的脈沖頻率。

圖2中A4為PLC、A5為觸摸屏，Q0.0Q0.1分別用于控制排線電機(jī)和壓波紋電機(jī)的脈沖頻率，Q0.2Q0.3、Q1.0分別用于控制排線電機(jī)、壓波紋電機(jī)和繞線電機(jī)的方向。

軟件編程

我們選擇的PLC為西門子XP224CN,編碼器采樣選擇A/B相正交計(jì)數(shù)，高速計(jì)數(shù)模式為HSC2，故脈沖數(shù)為HC2。中斷事件號(hào)為10。

圖3排線電機(jī)和壓波紋電機(jī)頻率計(jì)算

圖4排線電機(jī)和壓波紋電機(jī)脈沖發(fā)出

主軸纏繞電機(jī)頻率為VD200，壓波紋電機(jī)頻率為VD204，排線電機(jī)頻率為VD208，壓波紋電機(jī)頻率為VD208。為了好計(jì)算，假設(shè)PLC發(fā)1000個(gè)脈沖，排線機(jī)構(gòu)行進(jìn)1mm，而波紋電阻絲壓制1mm。骨架直徑為VD100，壓波紋齒輪直徑為VD104，波紋電阻絲寬度為VD108，排線螺距為VD112（*.***）。

結(jié)束語

通過編碼器中斷采樣得到主軸纏繞速度，再經(jīng)過PLC計(jì)算得到排線電機(jī)和壓波紋電機(jī)頻率，可以精確控制排線和壓波紋伺服電機(jī)，達(dá)到三軸實(shí)時(shí)匹配，充分發(fā)揮了PLC運(yùn)算速度快和靈活性高的特點(diǎn)，設(shè)備操作簡(jiǎn)單易于掌握，設(shè)備使用可靠性高，可大幅提高生產(chǎn)效率，節(jié)約人工和制造成本。廣大用戶使用后普遍反應(yīng)良好。

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[4]東元精電股份有限公司，東元驅(qū)動(dòng)器使用手冊(cè)

[5]臺(tái)灣眀緯科技有限公司，開關(guān)電源選型手冊(cè)