全自动绕线机控制系统设计及系统调试

1、控制系统设计
机械系统部分的设计，只是设计了全自动化磁环绕线机系统的机构部分，完整的全自动绕线机系统还包括电气控制部分。我们设计的全自动绕线机的自动化控制系统中，电气控制的主要作用是实现整个系统的运动规划，包括：执行元件的运动控制，检测传感器的信息处理和现场人员的人机交互等。主要分为以下的几个单元来完成：
PLC 控制单元、人机界面单元、传感检测单元、执行单元和报警装置单元等。
2、全自动绕线机系统流程图 
PLC 流程图又称为顺序功能图。所谓顺序控制,  就是按照生产工艺预先规定的顺序, 在各个输入信号的作用下,  根据内部状态和时间的顺序,  在生产过程中对各个执行机构自动地有秩序地进行操作，便于调试。
我们设计的全自动绕线机系统电气控制部分相对比较复杂，整个系统控制由公司经验丰富的电气工程师负责。为便于 PLC 程序的顺利编制，我们给出了全自动绕线机整体运动的系统流程图，流程图相对较长。
3、全自动绕线机气动系统设计
(1)  气动系统构成
典型的气动传动系统由气压发生装置、执行元件、控制元件和辅助元件四个部分组成。
1) 气源
气源是气压传动系统的动力源，是由空气压缩机产生的压缩空气。为气动系统的正常工作，对压缩空气进行降温、净化、减压、稳压以及提供油雾等一系列处理，因此设置压缩空气净化装置，包括冷却器、油水分离器和储气罐等。
2) 执行元件
执行元件是以压缩空气为工作介质，并将压缩空气的压力能转变为机械能的能量转换装置，执行元件包括：做直线往复运动的气缸，做连续回转运动的气马达和做不连续回转运动的旋转气缸等。我们所涉及到的执行元件为直线往复运动的气缸和回转运动的旋转气缸以及气爪。
3) 控制元件
控制元件又称操纵、运算、检测元件，是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向等，以便使执行机构完成预定的运动规律。控制元件包括：各种压力阀、方向阀、流量阀、逻辑元件、射流元件、行程阀、转化器和传感器等。我们中用到的控制元件有方向阀和传感器。
4、辅助元件
辅助元件是使压缩空气净化、润滑、消声以及元件间连接所需要的一些装置。辅助元件包括：分水滤气器，油雾气、消声器以及各种管路附件等。
(2)  全自动绕线机系统电磁换向阀选择
换向阀是气动控制中很重要的一类阀，用于改变气流方向和控制管道中气流的通断，从而控制执行元件的运动方向。电磁换向阀是利用电磁力来完成阀芯移动从而实现换向功能。由于电磁阀是电气操作，易与  PLC  等控制设备配合，因而得到广泛应用。
根据全自动绕线机系统的要求，选用的电磁阀有两类，三位五通电磁阀，另一类为二位五通电磁阀。选型中，三位五通电磁阀选用使用日本  SMC  公司生产的 SY5340 系列电磁阀，二位五通电磁阀型号是  SY5140 系列电磁阀。 
换向阀的特点：①低功耗：0.5W；②小型、大流量；③高速响应：15  毫秒以下；④可以多位集装；⑤高动作频率：10  次/秒。当换向阀一端通电时，此端产生的电磁力推动先导阀打开，使气源接通，从而推动主阀移动，完成工作。阀体上均有手动开关，用于断电情况下以机械方式移动阀芯。
(3)  全自动绕线机气动回路设计
全自动绕线机包含27个各类气缸，因此气动系统的设计是全自动绕线机整体系统设计中重要的一环。
2、系统调试
全自动绕线机的调试包括：机械调试、电气控制调试和气动回路调试等三个主要部分。以我们设计的全自动绕线机为基础的样机整体如下图所示。
 全自动绕线机
(1)硬件调试中解决的问题
l)  对各装配部件的相对位置的进行微调
考虑到全自动绕线机部分部件加工出现的误差，装配调试过程中，在设计允许的范围内进行微调，以满足整机的工作要求。如同步带的张紧力由一个调整轮调整，在调试时，需要对其进行微调，以使同步带张紧力达到要求。
2)  检查系统中是否存在部件的干涉
全自动绕线机在设计时已进行虚拟样机的仿真和干涉分析，但实体样机有众多气管和电气控制线，因此需要注意相关干涉问题，以免运行时发生事故。
(2)控制系统调试中解决的问题
l)  检测各磁性开关和和检测元件的安装位置是否正确，各磁环开关和检测元件是确保系统顺利运行的关键，因此在调试中，需要对磁性传感器和检测元件安装是否到位进行细致检查。
2)  协调好各驱动元件的运动，以执行元件动作的协调性
     调试时对各运动部件进行单步逐步调试，以为防止调试中部件发生碰撞而使元件损坏。
3)  调试运行程序，检查在各气缸的运动的连续性和可靠性。
     通过解决系统调试中出现的问题，改善系统的设计，提高系统整体性能。
 
3、全自动绕线机样机试运行结果
在完成全自动绕线机的单步调试后，进行了整体试运行。
(1) 试运行条件 1：
磁环环规格：内径 Φ15mm，外径 Φ25mm，磁环高度 10 mm；
铜线线径：Φ0.6mm；
绕线圈数：20 匝。
(2) 运行结果 1：
整个磁环上下料、绕线过程均可自动完成；
系统运行时间：5 分 30 秒；
完成绕线的磁环如图 5-10所示，其绕线品质与半自动绕线设备绕线所绕成磁环相当。
 (3) 试运行条件 2：
磁环环规格：内径 Φ15mm，外径 Φ25mm，磁环高度 10 mm；
铜线线径：Φ1.0mm；
绕线圈数：20 匝。
(4) 运行结果 2：
整个磁环上下料、绕线过程均可自动完成；
系统运行时间：5 分 30 秒
绕线机的绕线品质亦可达到半自动绕线设备绕线所绕成磁环。
样机试运行结果显示，样机达到了整个绕线过程全自动化这一关键的设计技术要求，同时绕出来的磁环质量也达到了相应要求。
我们首行了全自动绕线机控制部分设计，主要完成了系统气路系统的设计以及各部分动作分析，为便于进行系统调试，给出了完整的系统流程图。后对装配出的样机进行了调试，改进调试中出现的问题，进行了样机的试运行，结果显示系统基本达到设计要求，能实现全自动化的绕线同时绕线品质亦能达到相应要求。