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，并且工作時無噪音、無干擾、不產(chǎn)生對人有害的磁場。廣泛應(yīng)用于電梯、軋機、起重機、拉絲機、負載實驗變頻器制動、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，然后在另外一臺繞線設(shè)備上，由一個人拉住波紋電阻絲，控制好張力，另一個人手動搖轉(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。所以市場急需一臺集波紋壓制、繞線和排線于一體的自動化設(shè)備。

原理

在壓波紋繞線機中，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纏繞，會導(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，只有當三者的匹配關(guān)系控制在一個適當?shù)膮^(qū)間時，才能繞制出合格的產(chǎn)品。

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

繞線機速度采樣

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

則繞線機纏繞速度                                              

排線速度計算

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

可得排線電機轉(zhuǎn)速

壓波紋速度計算

為了使壓制出的波紋電阻絲能夠及時纏繞到骨架上，需要將二者速度進行匹配。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，可以計算出壓波紋齒輪的轉(zhuǎn)速，但在實際情況中，由于

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

電控硬件配置

該系統(tǒng)的主要控制對象為壓波紋電機、纏繞電機和排線電機，需要完成主軸纏繞電機的啟動、停止和點動功能，排線機構(gòu)的左移、右移和點動控制以及壓波紋電機的點動功能，并且要完成電位器調(diào)速、速度采樣、計匝數(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、高速計數(shù)口、高速脈沖輸出口、以及一定的I/O點數(shù)量，通過綜合比較，PLC選用了西門子的S7-224XPCN，人機界面選用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)動器TSTA20C+伺服電機TSB08751C。

圖1電機控制圖

圖1中M1為主軸纏繞電機，M2為排線電機，M3為壓波紋電機，A1~A3為伺服驅(qū)動器，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計算然后通過模擬量輸出口，用速度模式控制伺服驅(qū)動器控制纏繞速度。然后將編碼器信號通過PLC輸入口I1.2、I1.3采樣，經(jīng)過PLC計算通過位置模式控制排線電機和壓波紋電機的脈沖頻率。

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

軟件編程

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

圖3排線電機和壓波紋電機頻率計算

圖4排線電機和壓波紋電機脈沖發(fā)出

主軸纏繞電機頻率為VD200，壓波紋電機頻率為VD204，排線電機頻率為VD208，壓波紋電機頻率為VD208。為了好計算，假設(shè)PLC發(fā)1000個脈沖，排線機構(gòu)行進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計算得到排線電機和壓波紋電機頻率，可以精確控制排線和壓波紋伺服電機，達到三軸實時匹配，充分發(fā)揮了PLC運算速度快和靈活性高的特點，設(shè)備操作簡單易于掌握，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。

參考文獻

[1]西門子S7-200編程手冊

[2]泉毅電子股份有限公司，HITECHADP6軟件使用手冊

[3]東元精電股份有限公司，東元TSTA系列產(chǎn)品說明書

[4]東元精電股份有限公司，東元驅(qū)動器使用手冊

[5]臺灣眀緯科技有限公司，開關(guān)電源選型手冊