摘要：本文介绍了用于绕制电流互感器线圈绕线机的系统结构、绕线控制、排线控制、包带控制及机头升降。
关键词：绕线机、电流互感器、排线控制、包带控制、电控系统。
一、引言
随着国内电力产业的迅猛发展，对电流互感器线圈需求量日益增大，开发电流互感器线圈绕制设备迫在眉睫。为了满足市场的需求，我们在参考进口设备的基础上，开发出了电流互感器环形线圈绕线机，同时在控制系统上大胆创新，应用PLC控制技术，代替了工业控制计算机及运动控制卡控制系统，降低了生产成本，增强了设备的可操作性，投放市场后反应良好。
二、主要结构组成及原理
设备由放线架、绕线机头、包带机头、骨架夹持、机架、操作盒、电气板等组成。整体设备布局见图1所示。
图1 设备示意图
2.1放线架
放线架可同时放置2个放线盘，每个放线盘可单独在放线架上装夹固定。
2.2绕线机头
绕线机头由交流电机带动齿圈进行储线、绕线。绕线机头由交流电机带动丝杠驱动绕线机头上下移动来调整绕制中心位置。储线排线通过步进电机带动丝杠驱动排线轮排线。绕制的张力通过调节气压来控制张力大小。绕制不同大小的骨架时，通过电机带动丝杠驱动绕线机头前后移动来实现位置调整。
2.3包带机头
包带机头由伺服电机带动齿圈进行包带。包带机头由交流电机带动丝杠驱动包带机头上下移动来调整绕制中心位置。包制不同大小的骨架时，通过电机带动丝杠驱动包带机头前后移动来实现位置调整。
2.4骨架夹持
骨架通过伺服电机、减速机带动驱动轮转动来驱动线圈转动以实现绕线，夹持不同大小的线圈时，夹持辊分别通过电机带动丝杠驱动骨架夹持前后移动来实现。
2.5机架
机架台面为钢板台面，表面镀铬处理。机架结构采用型材焊接而成，坚固耐用，外形美观。
2.6操作盒提供操作界面，实现各种电气控制功能。
三、电控系统及配置
该系统主要的控制对象为绕线机头、包带机头和骨架旋转。
3.1绕线机头主要完成绕线功能、储线功能、储线排线、绕线机头的前后移动以及上下移动等功能；绕线机头由交流异步电机驱动，通过减速机及齿轮带动梭子旋转实现储线和绕线功能；储线排线由步进电机带动滚珠丝杠实现；绕线机头的前后移动以及上下移动由交流异步电机带动丝杠来实现；同时通过旋转编码器实时采样绕线速度和绕线匝数；
3.2包带机头主要完成包带功能、包带机头的前后移动以及上下移动；由交流伺服电机通过齿轮带动包带环旋转实现包带功能，其速度的高低由PLC控制；包带机头的前后以及上下移动均由交流异步电机带动丝杠来实现；
3.3骨架旋转主要完成线圈的排线控制，由交流伺服电机通过减速器及橡胶辊带动环形铁芯旋转实现排线，速度匹配通过可编程控制器实现；
为此本系统采用PLC作为主控单元，触摸屏作为人机界面，用于设定和显示各种参数。而绕线、包带、储线排线、驱动辊四者运动关系的匹配成为本系统的关键技术，所以系统要求PLC具有三路高速脉冲输出口、高速计数口以及多个I/O点，通过综合比较，选用了日本三菱公司的FX3U-80MT/ES-A PLC。它具有三路高速脉冲输出口，其输出100KHz频率，可分别控制储线排线电机、包带电机和驱动辊电机；具有四路高速脉冲计数口，可捕捉最高100KHz的高速脉冲，用于绕线匝数、储线长度和绕线速度的高速采样；其I/O口可作为其它功能使用。
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图2为绕线电机的变频器电路图，变频器选用台达VFD022M43B。RP1电位器用于绕线速度的调节，绕线正转、反转由中间继电器KA2 KA3控制。
图2 变频器电路图 图3排线交流伺服电机电路图
图3为排线交流伺服电机的电路图。其运行频率和运行方向由PLC进行控制。
图4为PLC电路图，图中A9是绕线计数编码器，信号送入X00\X01计数口，对绕线速度脉冲计数，用于计算绕线匝数、绕线速度、包带速度、驱动辊速度等；A10是储线长度计数编码器，信号送入X03\X04计数口，用于储线长度的计数。其他输入口用于按钮、旋钮及限位开关等其他功能的检测。Y0、Y1、Y2高速脉冲输出口分别控制包带伺服电机、排线伺服电机及储线排线步进电机。
图4 PLC电路图
四、软件系统
在该系统中有两种工作方式：
⑴.联动方式：用于包带和绕线共同运行，即包带机头、绕线机头与排线系
统三者的匹配运动；
⑵.分动方式：用于单独包带运行或单独绕线运行，即包带机头与排线系统
的匹配运动或绕线机头与排线系统的匹配运动，可自行选择；
在分动方式下，有以下三种独立工作方式：
●储线方式：完成系统的储线功能；
●绕线方式：完成单独的绕线功能；
●包带方式：完成单独的包带功能；
4.1绕线速度的软件控制
系统根据绕线编码器的采样值，通过软件自动计算绕线速度。程序如图5所示。
图5 图6
4.2分动方式下储线方式的软件控制，程序如图6所示。
绕线方式控制和包带方式控制大体上方法相似，这里就不一一列举。
五、结束语
该系统采用PLC控制，充分发挥了三菱FX3U系统三路高速输出和多路高速计数的性能，使设备整体结构紧凑，操作简单，人机界面美观，运行可靠性高，受到用户好评。
参考文献：
[1] 台达变频调速器使用手册
[2] 日本松下交流伺服驱动器使用手册
[3] 日本三菱FX3U编程手册
论文作者:马武平，邓鹤鸣
论文发表刊物:《科技中国》2017年9期
论文发表时间:2018/2/9
标签：排线论文; 机头论文; 绕线机论文; 线速度论文; 骨架论文; 方式论文; 系统论文; 《科技中国》2017年9期论文;