自動控制系統在繞線機中的應用

摘 要：介紹了電壓互感器繞線機的電氣工作原理，著重介紹了繞線機的電氣設計過程及工作原理。

關鍵詞：變頻器;可編程控制器;觸摸屏;電壓互感器繞線機

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2007）12-0283-01

1 電壓互感器繞線機的工藝要求

（1）自動繞線，速度可調，排線要自動跟隨；

（2）根據需要輸入線徑，繞線匝數后能自動計算出每層匝數和總層數；

（3）要求低速啟動，高速運行，停止前轉低速運行；

（4）要進行必要的保護措施，如短路、過載、斷線、限位等保護措施。

2 電氣設計思路

（1）根據主軸繞線電機要求速度可調，采用變頻器調速，主軸電機的功率較小，在設計過程中采用了0.75KW 、220V 微型變頻器，采用220V單相電電源輸入，380V三相電源輸出，電源應用廣泛，適用各種場合，無需三相電源。調速采用手動調速和自動調速兩種形式。在變頻器設置中，低速運行頻率設定為2HZ，速度約為每分鐘50轉，中速運行頻率設定為30HZ，速度約為每分鐘850轉。高速運行頻率設定為50HZ，速度約為每分鐘1450轉。加減數時間設定為1S。由于電機沒有安裝制動設備，采用自然停車，故而在停止前4～5匝必須減速運行，否則由于電機運行慣性，在停車時產生誤差。

（2）排線控制部分采用步進電機控制滾珠絲桿的水平移動，步進電機控制器采用二相細分控制器，步進角度最高可達0.09 度，每圈需要4000個脈沖數，通過細分控制可達20000個脈沖數。滾珠絲桿的螺距設計為50mm，排線控制精度達到0.0025mm，該精度足夠滿足各種漆包線的線徑要求。

（3）主軸和排線的聯動部分，采用的是用旋轉編碼器從主軸繞線電機中采樣出脈沖數據，通過可編程控制器來控制步進電機的脈沖數，從而使排線水平運動與主軸轉速同步。在設計過程中采用了每轉脈沖數為1000雙路輸出的旋轉編碼器，可以進行正反向計數。由于脈沖數多，采樣頻率高，故而在選用可編程控制器的時候采用晶體管輸出型。在可編程控制器中，采用32位高速計數輸入，在控制排線定位時，采用1000脈沖輸出控制步進電機進行水平方向定位。

（4）數據輸入部分采用了人機界面，觸摸屏輸入。觸摸屏與可編程控制器連接，作為可編程控制器的輸入控制。在觸摸屏中設置了各種初始數據，根據實際使用情況可以進行線徑、匝數、幅寬等數據的輸入。在輸入線徑和幅寬后，可編程控制器進行數值計算將幅寬除以線徑得到層匝數，在計算過程中，根據所輸入的線徑的大小增加不同的繞線間隙，使的設備運行準確可靠。在將總匝數除以層匝數得出總層數，并根據繞線的線徑和絕緣紙的厚度自動計算出繞制線圈的總高度。觸摸屏除了輸入數據外還與可編程控制器的計數器及數據寄存器相配合用來作為運行監視器，將設備的運行數據顯示在觸摸屏上。操作人員根據所顯示出來的數據進行比較調整數據，使產品符合國家標準。

（5）繞制的漆包線裝置中采用磁性張力器進行張力控制，通過調節磁性張力器的控制電壓可對漆包線的松緊度進行調節。

（6）在保護措施上采用電感接近開關對排線的左右限位進行保護，在電源輸入端采用熔斷器和漏電保護開關進行短路保護和漏電保護，在漆包線進線裝置中安裝了斷線保護，主軸電機的過載保護通過變頻器的設定來完成保護功能。

3 工作原理

在開機前，將需要繞制的電壓互感器的鐵芯固定在支架上，將繞制的漆包線固定作業人員輸入需繞制線圈的參數，包含線徑、匝數、幅寬等數據后，通過可編程控制器自動數值計算在觸摸屏上顯示出層匝數，總層數等參數。啟動主軸電機，電機慢速繞制2～3圈后，開始高速運轉，此時速度可由腳踏調速開關調節或用自動調節，最高速度可達每分鐘1400轉。排線根據主軸的繞制方向做同步水平移動。當一層的匝數快到時，變頻器控制主軸電機自動減速，電機慢速運行4～5后停止。由于電機沒有安裝制動設備，采用自然停車，故而在停止前4～5匝必須減速運行，否則由于電機運行慣性，在停車時產生誤差。一層結束后上絕緣紙，然后重新開始運行。排線的方向自動向反方向運行。當總匝數到達前4～5匝時，變頻器控制主軸電機自動減速，電機慢速運行4～5后停止。

電壓互感器自動數控繞線機在實際使用過程中，能極大的減少了操作人員的工作強度，大大提高的工作效率。在許多生產廠家中應用獲得好評。