階梯型鐵芯卷繞機的自動控制

馬政芳，仵建強

（陜西凌云電器集團有限公司，陜西 寶雞 721006）

1 各種卷繞型鐵芯的制作過程

1.1 卷繞型鐵芯簡介

鐵芯按生產(chǎn)工藝，大致分為卷繞類鐵芯和疊片類鐵芯兩大類。階梯型、R型是卷繞型鐵芯的一種。由于卷繞型鐵芯，是由硅鋼材料連續(xù)不斷卷制而成的，所以與疊片型鐵芯相比，在條件相同的情況下，卷繞式鐵芯具有噪聲低、空載損耗降低、能量轉(zhuǎn)換率高的特點。在生產(chǎn)方面，卷繞鐵芯可采用很薄的高導(dǎo)磁冷軋取向硅鋼片進行生產(chǎn)，同樣性能的產(chǎn)品，所需的材料更少。

總而言之，卷繞鐵芯具有導(dǎo)磁率高、磁阻小、低損耗、低噪聲、抗短路能力強、品質(zhì)一致性好等優(yōu)點，從而被廣泛使用在各種要求較高的變壓器、互感線圈、電抗器等電磁元件中。

1.2 卷繞型鐵芯的制作

首先將合適的鐵芯內(nèi)模具固定在主旋轉(zhuǎn)軸上，通過電機驅(qū)動，鋼帶被一層層卷繞在鐵芯內(nèi)模具上，卷繞過程中壓緊氣缸工作，給鐵芯相同的壓緊力，保證每層緊密一致。在卷繞階梯型鐵芯時，由于鐵芯分為各種厚度不同的臺階，當(dāng)一種寬度的鋼帶卷繞到所需要的厚度時，主軸立即停止轉(zhuǎn)動，焊接控制氣缸下降，并帶動電焊頭對鋼帶焊接，然后人工剪斷鋼帶，更換下一種合適寬度的鋼帶繼續(xù)卷繞，直到卷繞成所需要的鐵芯。

目前階梯型卷繞機大多采用記錄卷繞圈數(shù)來實現(xiàn)自動控制，這樣對于不同厚度的鋼帶，其圈數(shù)經(jīng)常要調(diào)整，而且斷帶后的銜接記錄有誤差，使得實際卷繞好的鐵芯尺寸與圖紙不符，產(chǎn)品一致性不好，品質(zhì)差別較大。在采用位移傳感器進行徑向尺寸測量及控制后，鐵芯的徑向尺寸一致性較好，誤差小于0.1 mm。目前，市場上采用圈數(shù)計量的卷繞機精度誤差在1～2 mm。誤差太大時需要反向旋轉(zhuǎn)，可能造成鐵芯松散。采用徑向尺寸測量的卷繞機，對鋼帶厚度誤差沒要求，位移傳感器的輸出信號是連續(xù)的模擬量信號，可以準(zhǔn)確控制鐵芯的徑向尺寸。該卷繞機可以很好的銜接鋼帶，大大提高了鋼帶的利用率，節(jié)約了能源。

2 控制原理

該卷繞機供電采用三相五線制電源，保證設(shè)備控制部分良好接地。主回路由電源控制部分到變頻器構(gòu)成，由變頻器控制電動機轉(zhuǎn)動，由電機拖動執(zhí)行機構(gòu)完成鐵芯卷繞工作。變頻器工作于外接控制模式下，在控制柜面板上通過精密多圈電位器可方便實現(xiàn)對電動機精確調(diào)速。通過外接端子，采用腳踏開關(guān)可實現(xiàn)對電動機的點動控制。變頻器的顯示面板通過延長數(shù)據(jù)線裝于控制面板之上，可以方便地進行操作和各種參數(shù)設(shè)置。控制回路由輸出為直流24V的穩(wěn)壓電源供電，位移傳感器檢測卷繞尺寸，檢測到的尺寸信號為0～10V的連續(xù)模擬電壓信號。此信號傳送給可編程控制器，與源程序中的數(shù)據(jù)經(jīng)過邏輯運算進行對比，將結(jié)果指令信號發(fā)給變頻器，對電動機實行轉(zhuǎn)動或停車的操作。通過設(shè)在控制面板上的啟動按鈕，可以實現(xiàn)連續(xù)自動工作。在任何情況下，都可以利用緊急停止按鈕進行停車操作。手動單元實現(xiàn)點動控制，可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)點動。氣動控制單元是根據(jù)可編程控制器運算的結(jié)果指令控制電磁閥動作，實現(xiàn)氣路換向，用氣缸帶動焊頭運動，實現(xiàn)對鋼帶自動焊接。其控制原理如圖1所示。

圖1 控制原理圖

3 控制過程

該設(shè)備在啟動前，將合適寬度的鋼帶固定在鐵芯內(nèi)模具的機械定位槽內(nèi)，按下啟動按鈕，可編程控制器輸入端獲得信號，通過程序運算輸出信號給變頻器；變頻器獲得運轉(zhuǎn)信號后，對電動機實行運轉(zhuǎn)控制，開始卷繞鋼帶，當(dāng)位移傳感器到達(dá)設(shè)定好的厚度時，可編程控制器發(fā)出停止信號，電動機自動停止運轉(zhuǎn)，即停止鋼帶卷繞；此時焊槍頭自動下降焊接鋼帶，之后，人工剪斷鋼帶，更換下一種寬度的鋼帶，依次卷繞，直到完成工件。如出現(xiàn)故障或中間更換鋼帶，可及時停車，利用腳踏開關(guān)控制的點動功能，可方便加入新鋼帶。

可編程邏輯控制器選用EX2N-10MR-40B-2AD-V一體機，一體機集PLC和HMI功能于一體，HMI畫面編輯簡單直觀，功能豐富，LCD顯示器可觀察一些實時動態(tài)數(shù)值，也可方便設(shè)置重要參數(shù)，比單一用PLC控制要更方便、更直觀、更科學(xué)。

4 系統(tǒng)安裝注意事項

該設(shè)備要求卷繞的階梯層級很小，臺階厚最小為4 mm，位移傳感器測量范圍為200 mm，電壓為10 V，0.05 V/mm，也就是0.3V就要有一次停頓，所以要求傳感器的模擬信號不能有干擾；稍有干擾，就可能導(dǎo)致卷繞的鐵芯尺寸的誤差，或程序無法正常運行。

所以，安裝電氣部分時，要注意強弱電分離，傳感器信號線要用屏蔽線，控制部分各元器件必須按說明良好接地；交流部分與直流部分要分別接地，不能接在一起，避免對直流模擬電壓信號造成干擾。變頻器如果設(shè)置不當(dāng)，將會對外部設(shè)備造成很強干擾，使傳感器的取樣信號不穩(wěn)，因此在變頻器能正常工作的情況下，盡量降低變頻器射頻參數(shù)，從而降低射頻干擾，確保設(shè)備控制部分正常運轉(zhuǎn)。

5 結(jié)束語

該卷繞機投入使用至今，控制過程從未有過任何故障。鋼帶搭接更加容易，提高了鋼帶的利用率，用腳踏開關(guān)實現(xiàn)點動控制，工人在更換鋼帶時可雙手操作，提高了設(shè)備使用的安全性能。

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