基于PLC的漆包線自動下線機(jī)研制

湯 平，劉昭琴

重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 400021

1 項(xiàng)目背景

漆包線是導(dǎo)線經(jīng)過高溫處理烤上漆皮形成的，是變壓器、變流器、電機(jī)繞組的主要組成部分。漆包線漆皮去除工藝復(fù)雜，國內(nèi)不少企業(yè)采用手工去除漆皮或化學(xué)溶液溶解的方法，去皮質(zhì)量差，效率低，噪聲大，污染重，工人勞動強(qiáng)度大；一些企業(yè)研發(fā)并生產(chǎn)了漆包線去漆機(jī)，但是這些產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上有不少缺點(diǎn)：如產(chǎn)品功能單一，不能連續(xù)自動去除漆皮，多數(shù)的產(chǎn)品只能一次去除一根漆包線的漆皮，去漆效率低。經(jīng)過對某啟動電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)長達(dá)半年的詳細(xì)調(diào)查，我們在“自動漆包線下線機(jī)”的設(shè)計(jì)研究中，采用多功能集中的方法：將校直、去漆、成型、切線等功能，集中到同一臺機(jī)器中完成，該機(jī)能夠同時(shí)進(jìn)行多股線操作，具有生產(chǎn)效率高，去漆質(zhì)量好，自動化程度高，工人勞動強(qiáng)度低，經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)。

2 去漆方法選擇

在國外，去漆主要采用漆包線直焊方法和機(jī)器自動去皮法。在國內(nèi)，漆包線去漆皮工序目前主要采用人工刮削方法和化學(xué)溶液溶解的方法。根據(jù)許昌繼電器工藝研究所進(jìn)行的錫焊性能試驗(yàn)，剝漆皮機(jī)和直焊法的錫焊性能最好，去漆劑的錫焊性能次之，燒漆和人工割削的錫焊性能最差[1]。因此，在進(jìn)行漆包線下線機(jī)的研發(fā)時(shí)，優(yōu)先考慮采用機(jī)械法去皮。

下線機(jī)的研發(fā)采用國外廣泛使用的機(jī)械法去除漆皮，削皮刀片采用可以高速旋轉(zhuǎn)的三爪去漆刀頭。去漆過程中：讓校直后的漆包線穿過刀桿中心和三爪刀頭之間，通過電機(jī)帶動三爪刀頭高速旋轉(zhuǎn)，利用刀頭旋轉(zhuǎn)的離心力，使三個刀片切削刃部分緊緊包裹漆包線，同時(shí)，漆包線勻速移動一小段距離，以達(dá)到去漆的目的。其工作原理圖如圖1所示。使用可編程控制器（PLC）編程控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和啟停的時(shí)間，就能很好的完成去漆工作。

圖1 去漆原理圖

在實(shí)現(xiàn)自動去漆的過程中，有兩個關(guān)鍵：

其一是漆包線校直。由于漆包線是分卷包裝的，逐圈繞制在一個鐵盤或膠軸上，加上漆包線有一定的強(qiáng)度，因此必須要進(jìn)行校直處理。去漆之前沒有校直，去漆效果較差。此外，同時(shí)進(jìn)行多股線去漆，不經(jīng)校直的漆包線之間可能會形成纏繞，一旦形成纏繞，則需要停機(jī)進(jìn)行處理，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。解決的方法是設(shè)計(jì)一組金屬槽輪，間隔一定的距離安裝，漆包線通過輪槽并被壓緊，再由氣缸帶動將漆包線拉直。

其二是去漆電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，轉(zhuǎn)速過高，則容易傷到導(dǎo)線；轉(zhuǎn)速過低則去漆效果不好。經(jīng)過大量的去漆試驗(yàn)，去漆效果與轉(zhuǎn)速關(guān)系如表1所示。系統(tǒng)采用可編程控制器控制變頻器，通過變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速采用光電傳感器檢測。形成一個轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠很好的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到最佳的去漆效果。

表1 去漆效果與電機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系

以上僅是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)際數(shù)據(jù)會受傳動裝置制造和安裝精度影響，可能有些差異。

3 漆包線自動下線機(jī)研發(fā)

系統(tǒng)的開發(fā)包括需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械部件設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包含硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)）、系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)切換、設(shè)備試運(yùn)行、優(yōu)化改進(jìn)、交付使用等過程。

根據(jù)對手工去漆現(xiàn)場的調(diào)研，自動去漆工藝過程為：自動校直，自動去漆，自動成型，自動切線。

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)兩大部分。機(jī)械設(shè)計(jì)主要是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)和氣動設(shè)計(jì)3個部分。電氣控制設(shè)計(jì)主要是系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)、控制器選擇、電機(jī)驅(qū)動設(shè)計(jì)、氣缸驅(qū)動設(shè)計(jì)4個部分。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，堅(jiān)持高可靠性原則、高性價(jià)比原則。合理安排項(xiàng)目進(jìn)程，合理安排工作人員并進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，保證系統(tǒng)的研發(fā)順利進(jìn)行。

3.2 機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。漆包線經(jīng)校直機(jī)構(gòu)將導(dǎo)線校直，校直后的導(dǎo)線被送到去漆機(jī)構(gòu)，去漆，再到成型機(jī)構(gòu)成型，最后到截?cái)鄼C(jī)構(gòu)進(jìn)行截?cái)嗵幚怼?/p>

圖2 系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)原理圖

3.3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件的選型主要涉及到可編程控制器和變頻器。主控器選擇三菱PLC作為主控器，經(jīng)過需求分析，系統(tǒng)的IO點(diǎn)數(shù)有40-50點(diǎn)，考慮到預(yù)留20%左右的點(diǎn)，選擇FX1N 60MR[2]可編程控制器作為主控器。變頻器選用三菱的FRA740型。選擇好硬件后，設(shè)計(jì)制作下線機(jī)的硬件系統(tǒng)。

3.4 控制系統(tǒng)軟件開發(fā)

3.4.1 輸入和輸出分配

控制軟件的開發(fā)先根據(jù)需求分析的結(jié)果確定輸入和輸出，再和硬件設(shè)計(jì)相互配合，分配可編程控制器的輸入和輸出點(diǎn)[3]。

3.4.2 流程圖設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)流程圖的時(shí)候采用模塊化結(jié)構(gòu)。整個控制程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示，把程序分為初始化、手動、自動、單步、輸出控制5個模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)難度，便于調(diào)試。

圖3 控制系統(tǒng)流程圖

1）初始化模塊

自動化設(shè)備在設(shè)備開機(jī)一般都需要進(jìn)行初始化工作，進(jìn)行原位判斷，復(fù)位中間繼電器，復(fù)位設(shè)備，讓設(shè)備位于初始位置，為進(jìn)入手動運(yùn)行或單步或自動運(yùn)行狀態(tài)做好準(zhǔn)備。

2）手動控制模式

手動控制模式主要控制設(shè)備調(diào)試、維護(hù)及試機(jī)等工作的控制。在手動控制模式下可以完成以下任務(wù)：手動操作漆包線送線、壓緊、成型和截?cái)嘤嘘P(guān)的四組氣缸往/返動作；自動模式初始化，可以為進(jìn)入自動運(yùn)行做好準(zhǔn)備。用于驗(yàn)證去漆機(jī)構(gòu)是否能夠正常工作，測試去漆效果，確定電機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速。

3）單步模式

單步模式主要用于裝線、調(diào)試設(shè)備、暫停/停止設(shè)備運(yùn)行和單步運(yùn)行系統(tǒng)，如圖4虛線右側(cè)單步循環(huán)功能部分所示。

4） 自動模式

自動模式主要用于自動運(yùn)行，循環(huán)進(jìn)行送線、去漆、成型、切線運(yùn)動，完成自動下線，如圖4虛線左側(cè)自動循環(huán)功能所示。在自動模式下，操作均由PLC程序根據(jù)傳感器信號判斷是否動作到位。因此，要保證傳感器工作正常。

5）輸出控制模塊

手動、自動和單步模式控制的輸出均為輔助繼電器，在輸出模塊中控制PLC的輸出點(diǎn)通斷，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟停、氣缸的前進(jìn)和后退等功能。

圖4 自動循環(huán)與單步循環(huán)順序功能圖

3.5 系統(tǒng)調(diào)試

先單獨(dú)進(jìn)行系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件的調(diào)試可以采用測電壓，測是否短路，仔細(xì)和電路圖核對等手動進(jìn)行，電磁閥可以用手動的方法看能否產(chǎn)生動作。軟件的調(diào)試可以采用仿真的方法，最好先保證仿真沒有問題，再將程序下載到PLC運(yùn)行。

在軟硬件均調(diào)試完畢，將程序下載到PLC中，給系統(tǒng)上電運(yùn)行。先手動運(yùn)行，調(diào)節(jié)各種機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器位置和氣缸行程，再單步運(yùn)行，為自動運(yùn)行做好準(zhǔn)備；最后進(jìn)行自動運(yùn)行調(diào)試。在調(diào)試過程中，注意機(jī)械、電氣協(xié)同，共同解決調(diào)試中遇到的各種問題。

4 結(jié)論

漆包線自動下線機(jī)的成功研發(fā)，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率，更提高了漆包線去漆質(zhì)量，提升了啟動電機(jī)的性能，經(jīng)過工廠試用，現(xiàn)已驗(yàn)收正式投入使用，運(yùn)行效果良好，為工廠技術(shù)升級做出了貢獻(xiàn)，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]周博.漆包線去漆皮的工藝試驗(yàn)和應(yīng)用[J].繼電器，1991(3).

[2]三菱電機(jī).FX1N操作手冊[M]，1997：62.

[3]三菱電機(jī).FX1S,FX1N,FX2N,FX2NC編程手冊[M]，1997：39.