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臺達總線型運動控制器10MC在16頭高速繞線機上的應用

臺達總線型運動控制器10MC在16頭高速繞線機上的應用

2014/3/28 14:13:36

       顧名思義,繞線機就是把現狀的物體纏繞到固定工件上的機器。主要以漆包線為主,廣泛應用在各種電子類線圈行業;如繼電器、各種微電機、電子變壓器、電感線圈、高壓點火線圈、空心線圈、磁石定子電機、充電鐵芯等。

       對于目前繞線機這個行業來說,有著很光明的前景,因為我們用到的相當多的電子產品都需要用到線圈,小到一個耳機,大到汽車電子,都離不開線圈這個必不可少的電子部件。隨著對產品卓越性能的不斷追求,對各個部件質量的要求也在不斷提高,那就需要加工部件的機械加工出來的產品不但要符合應用上的標準,同時也要美觀。

       臺達目前生產的總線型運動控制器10MC就很適合在繞線機上應用,它不但能滿足高速數據處理的要求,而且有很高的響應速度,其主要特點如下:

       內建高速總線(CANOPEN),可控制高達16實軸;

       內部可構建虛軸以及外部編碼器虛主軸(虛軸及外部編碼器主軸范圍為1~18,不可與實軸編號重復);
強大的現場網絡支持(DeviceNet主從站,CanOpen主從站以及Profibus-DP從站),可組建功能復雜的控制系統;

       支持眾多的I/O擴展(左側高速AIAO,右側低速AIAO以及DIDO,溫度模塊等);

       使用簡單,功能完整,方便應用的軟件界面;

       提供標準的總線電纜,中斷電阻等,配線簡單,即插即用,無需用戶自己加工。

1  繞線機臺達方案

1.1系統架構

圖1 系統架構圖

1.2實物照以及產品照片

圖2 繞線機實物照
 
圖3 臺達產品

1.3繞線功能實現

       在繞線功能的實現中,首先要能準確的計算出每一層需要繞線的圈數,不同的骨架,對應的繞線圈數也不同;其次要保證在繞線的過程中讓機器能暫停,重啟之后在原來的基礎上繼續運行;最后,要保證繞出來的線圈的美觀性以及線圈表面的平整度。

       在這個系統當中,繞線功能是通過10MC強大的電子凸輪來實現的,為保證繞線的精度以及穩定性,通過10MC內建虛軸的功能,讓兩個繞線軸依照凸輪表的關系,跟隨虛主軸動作,這樣能在很大程度上降低系統誤差。

       假設:骨架長度為L、漆包線線徑為R、每層繞線圈數為N,則N=L/R。

       凸輪曲線如圖4和圖5所示。

圖4 繞線軸凸輪表
 
 圖5 旋轉軸凸輪表

       根據以上凸輪表的關系,在10MC電子凸輪關系指令(MC_CanIn)中填入已經計算好的主軸放大倍率(MasterScaling)和從軸放大倍率(SlaveScaling),可以輕松實現繞線功能,相應MC運動程序如下圖。

圖6 虛軸的建立
 
圖7 繞線功能的MC運動程序

        繞線過程中的暫停以及重啟,可以通過絕對位移指令(MC_MoveAbsolute),停止指令(MC_Stop)以及使能指令(MC_Power)來輕松實現,相應MC運動程序如下圖所示:

圖8 繞線過程中暫停和重啟的MC運動程序

       暫停時,使用MC_Stop,使建立的虛主軸停止運行,那么跟它建立了凸輪關系的兩個繞線的從軸也將停止運行。

       啟動時,使用MC_Power使能伺服驅動器,然后再用它的完成未去使能絕對位移指令,那么伺服會從暫停的位置開始,重新跑完未完成的距離。

1.4纏腳功能的實現

       在繞線開始時和繞線結束后,要把漆包線纏繞在相應骨架的Pin腳上,那么就需要進行纏腳的動作,此功能也是通過電子凸輪來實現,首先建立一個虛軸,讓這個虛軸作為主軸,以X,Y,Z三個實軸作為從軸,從軸與主軸之間通過凸輪表建立相應關系,主軸運動時,從軸跟隨主軸做相關動作。

       纏腳的模式分為兩種,一種是以Z軸為纏繞軸,以X,Y軸作為平面軸進行纏腳;一種是以X軸作為纏繞軸,以Y,Z軸作為平面軸進行纏腳,纏腳的框圖如圖9所示。

圖9 纏腳框圖

       當以Z軸作為纏繞軸,以X、Y軸作為平面軸時,各個軸相對應的凸輪曲線如圖10、圖11以及圖12所示。

 圖10 Z軸凸輪曲線


 圖11 X軸凸輪曲線 

圖12 Y軸凸輪曲線

       當以X軸作為纏繞軸,以Y、Z軸作為平面軸時,各個軸相對應的凸輪曲線如下圖所示。

圖13 X軸凸輪曲線


 圖14 Z軸凸輪曲線


圖15 Y軸凸輪曲線

       纏腳動作對應的MC程序如下所示:

       虛軸建立之后,讓其進行絕對位移,各從軸會跟隨這個虛軸進行運動。

圖16 纏腳動作MC程序

       在虛軸建立完成之后,開始進行纏腳時,各從軸要和虛軸建立凸輪關系,這部分的執行就是通過圖17中的程序來完成。

圖17 從軸和虛軸建立凸輪關系執行程序

       纏腳的第二種方式在程序上的實現,與上面的程序類似,只是將軸號稍做修改,這里就不再重復說明了。

2  總結

       在繞線機行業里面,采用的Solution主要是以YASKAWA,MITSUBISHI等廠家的為主,相信在以后的發展中,臺達的Solution在這個行業里面也會有其一片廣闊的天空。

作者簡介:

       張兵輝,男,畢業于蘭州大學電子信息科學與技術專業,現任中達電子應用技術中心專案工程師,具有豐富的專案開發經驗,為客戶提供優質的自動化解決方案。

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