CN209728504U - 一种基于plc的盘式电机定子嵌线机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PLC的盘式电机定子嵌线机控制系统，包括传感器检测部分、PLC可编程控制器、控制部分和人机交互部分；所述PLC可编程控制器包括模拟量输入单元、模拟量输出单元、开关量输入单元、开关量输出单元和通讯接口；PLC可编程控制器的通讯接口与人机交互部分连接；PLC可编程控制器的模拟量输入单元和开关量输入单元与传感器检测部分连接；所述PLC可编程控制器的模拟量输出单元和开关量输出单元与控制部分连接。由绕线电机和线筒旋转电机分别控制绕线圆棒和线筒，可以有效防止绕线时由于绕线圆棒和线筒速度不同而出现的绕线松散的情况，防止线缠绕在一起。而且加入了绕线张力检测传感器，使得张力保持恒定，嵌线更加紧密。

Description

一种基于PLC的盘式电机定子嵌线机控制系统

技术领域

本实用新型涉及机械控制系统领域，具体是一种基于PLC的盘式电机定子嵌线机控制系统。

背景技术

嵌线机，是一种电动机铁芯嵌入线圈的机械生产设备。目前定子的加工流程多数是把铜线卷入到线模上，再以人工方式把铜线圈嵌入电机铁芯中，这种加工方式存在效率低、对人工技能要求高、人工嵌线较为松散等缺点，影响定子性能。

现有嵌线机控制系统采用的主流控制器是PLC和单片机。对于大型的配套项目，采用单片机系统具有成本低、生产制造容易、效益高的优点，但同时存在稳定性、可靠性和抗干扰能力较差，电子元件的质量无法保证，维护费用较高，而且要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定可靠运行的缺点。PLC性能稳定可靠，抗干扰能力强，适用于工业现场。对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC成功率高，可靠性好，但成本较高。PLC编程简单，逻辑性强，使得功能易于实现，而且它的许多功能是依靠软件技术实现的，这样可减少外围硬件的使用，从而减少故障发生率。

申请号201310625113.6的文献公开了一种半自动嵌线机，虽然一定程度上实现了自动化嵌线，但其不足之处是绕线过程中无法保证线圈处于恒定张力的状态，这样一来不仅会引起电机漆包线用量增加，电机成本增多，还会导致绕线结构和嵌线机嵌线较为松散，最终影响电机的性能。申请号201410393730.2的文献公开了一种半自动卧式嵌线机，这种嵌线机在一定程度上实现了自动化嵌线，但其不足之处在于推线时易产生问题，若推力过度，则可能会导致漆包线拉伸受损，使得电机的性能下降，质量变差。

更一步的，从基于PLC嵌线机的控制系统角度来讲，目前已公开的专利中，嵌线机控制系统过于简单，整个系统指示由主控制器PLC控制，各个模块之间没有太多信息的反馈，不能实现精细化控制。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种基于PLC的盘式电机定子嵌线机控制系统。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于PLC的盘式电机定子嵌线机控制系统，其特征在于该控制系统包括传感器检测部分、PLC可编程控制器、控制部分和人机交互部分；所述PLC可编程控制器包括模拟量输入单元、模拟量输出单元、开关量输入单元、开关量输出单元和通讯接口；PLC可编程控制器的通讯接口与人机交互部分连接；PLC可编程控制器的模拟量输入单元和开关量输入单元与传感器检测部分连接；所述PLC可编程控制器的模拟量输出单元和开关量输出单元与控制部分连接；

所述传感器检测部分包括模具到位检测传感器、线圈压力检测传感器、旋转臂定位检测传感器和绕线张力检测传感器；所述模具到位检测传感器、线圈压力检测传感器、旋转臂定位检测传感器和绕线张力检测传感器分别与PLC可编程控制器连接；

所述控制部分包括下模柱步进驱动器、绕线伺服驱动器、线筒旋转伺服驱动器、压线伺服驱动器、模具旋转伺服驱动器、换线伺服驱动器、旋转臂伺服驱动器、嵌线伺服驱动器、下圆棒电磁阀、启动按钮、软急停按钮、硬急停按钮、模具位置调节按钮和旋转臂旋转位置调节按钮；所述下模柱步进驱动器、绕线伺服驱动器、线筒旋转伺服驱动器、压线伺服驱动器、模具旋转伺服驱动器、换线伺服驱动器、旋转臂伺服驱动器、嵌线伺服驱动器、下圆棒电磁阀、启动按钮、软急停按钮、硬急停按钮、模具位置调节按钮和旋转臂旋转位置调节按钮分别与PLC可编程控制器连接。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

(1)将绕线圆棒所在圆盘和线筒分开旋转，由绕线电机和线筒旋转电机分别控制，并采用绕线伺服驱动器和线筒旋转伺服驱动器分别控制这两个电机。可以有效防止绕线时由于绕线圆棒和线筒速度不同而出现的绕线松散的情况，防止线缠绕在一起。而且加入了绕线张力检测传感器，使得张力保持恒定，嵌线更加紧密，大大减少了成本并且增加了电机的性能。

(2)因绕线时所绕线圈是一圈压住一圈的，为防止因推力过大导致拉伸受损，从而在圆盘处加入线圈压力检测传感器，实时监测压线电机对漆包线的压力，使得电机性能得到加强。

(3)加入了人机交互部分以及必要的传感器，能够对整个嵌线机进行实时监控，若运行中出现错误，则会在人机交互部分上显示错误的位置并及时反馈给PLC可编程控制器，使得嵌线机更易维护，故障率降低。

(4)本控制系统具有生产精度高，质量好，故障率低，简单易维护等优点。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的控制系统结构示意框图；

图2是本实用新型一种实施例的PLC可编程控制器的连接原理图；

图中：1、传感器检测部分；2、PLC可编程控制器；3、控制部分；4、人机交互部分；

11、模具到位检测传感器；12、线圈压力检测传感器；13、旋转臂定位检测传感器；14、绕线张力检测传感器；

31、下模柱步进驱动器；32、绕线伺服驱动器；33、线筒旋转伺服驱动器；34、压线伺服驱动器；35、模具旋转伺服驱动器；36、换线伺服驱动器；37、旋转臂伺服驱动器；38、嵌线伺服驱动器；39、下圆棒电磁阀；310、启动按钮；311、软急停按钮；312、硬急停按钮；313、模具位置调节按钮；314、旋转臂旋转位置调节按钮；

51、模具；52、线圈；53、旋转臂；54、绕线圆棒；55、下模柱电机；56、绕线电机；57、线筒旋转电机；58、压线电机；59、模具旋转电机；510、换线电机；511、旋转臂电机；512、嵌线电机；513、下圆棒气缸；514、指示灯。

具体实施方式

下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型提供了一种基于PLC的盘式电机定子嵌线机控制系统(参见图1-2，简称控制系统)，其特征在于该控制系统包括传感器检测部分1、PLC可编程控制器2、控制部分3和人机交互部分4；所述PLC可编程控制器2包括模拟量输入单元、模拟量输出单元、开关量输入单元、开关量输出单元和通讯接口；PLC可编程控制器2的通讯接口与人机交互部分4连接；PLC可编程控制器2的模拟量输入单元和开关量输入单元与传感器检测部分1连接；所述PLC可编程控制器2的模拟量输出单元和开关量输出单元与控制部分3连接；

所述传感器检测部分1包括模具到位检测传感器11、线圈压力检测传感器12、旋转臂定位检测传感器13和绕线张力检测传感器14；所述模具到位检测传感器11、线圈压力检测传感器12、旋转臂定位检测传感器13和绕线张力检测传感器14分别与PLC可编程控制器2连接；

所述控制部分3包括下模柱步进驱动器31、绕线伺服驱动器32、线筒旋转伺服驱动器33、压线伺服驱动器34、模具旋转伺服驱动器35、换线伺服驱动器36、旋转臂伺服驱动器37、嵌线伺服驱动器38、下圆棒电磁阀39、启动按钮310、软急停按钮311、硬急停按钮312、模具位置调节按钮313和旋转臂旋转位置调节按钮314；所述下模柱步进驱动器31、绕线伺服驱动器32、线筒旋转伺服驱动器33、压线伺服驱动器34、模具旋转伺服驱动器35、换线伺服驱动器36、旋转臂伺服驱动器37、嵌线伺服驱动器38、下圆棒电磁阀39、启动按钮310、软急停按钮311、硬急停按钮312、模具位置调节按钮313和旋转臂旋转位置调节按钮314分别与PLC可编程控制器2连接。

模具到位检测传感器11采用KTS-A微开型拉杆直线位移传感器；线圈压力检测传感器12采用梅特勒-托利多SLB415称重传感器；旋转臂定位检测传感器13采用深圳奥德克电子WDA-D35-D4A-角度位移传感器；绕线张力检测传感器14采用威势精密测量RTT；

所述PLC可编程控制器2选用型号为XDM-60T10-E的信捷PLC，抗干扰能力强，系统可靠性高，运行稳定；所述人机交互部分4与PLC可编程控制器2的通信口连接；所述下模柱步进驱动器31与PLC可编程控制器2的Y0和Y11口(I/O口)连接，绕线伺服驱动器32与PLC可编程控制器2的Y1、Y12和Y21口连接，线筒旋转伺服驱动器33与PLC可编程控制器2的Y2、Y13和Y22口连接，压线伺服驱动器34与PLC可编程控制器2的Y3、Y14和Y23口连接，模具旋转伺服驱动器35与PLC可编程控制器2的Y4、Y15和Y24口连接，换线伺服驱动器36与PLC可编程控制器2的Y5、Y16和Y25口连接，旋转臂伺服驱动器37与PLC可编程控制器2的Y6、Y17和Y26口连接，嵌线伺服驱动器38与PLC可编程控制器2的Y7、Y18和Y27口连接，下圆棒电磁阀39与PLC可编程控制器2的Y10口连接；所述启动按钮310与PLC可编程控制器2的X0口连接，软急停按钮311与PLC可编程控制器2的X5口连接，硬急停按钮312与PLC可编程控制器2的X6口连接，模具位置调节按钮313与PLC可编程控制器2的X7和X10口连接，旋转臂旋转位置调节按钮314与PLC可编程控制器2的X11和X12口连接；所述模具到位检测传感器11与PLC可编程控制器2的X1口连接，线圈压力检测传感器12与PLC可编程控制器2的X2口连接，旋转臂定位检测传感器13与PLC可编程控制器的2的X3口连接，绕线张力检测传感器14与PLC可编程控制器2的X4口连接。

所述下模柱步进驱动器31选用步科步进驱动器，型号为2S86Q-3465；所述绕线伺服驱动器32和嵌线伺服驱动器38选用台达伺服电机，型号为ECMA-C10807SS；所述线筒旋转伺服驱动器33、压线伺服驱动器34、模具旋转伺服驱动器35、换线伺服驱动器36和旋转臂伺服驱动器37选用台达伺服驱动器，型号为ECMA-C10807HS；下圆棒电磁阀39选用沃萨阀门OSASE-23系列二位三通换向电磁阀。

所述人机交互部分4采用信捷工业触摸屏，型号为TG765S-XT。

所述控制系统控制的盘式电机定子嵌线机包括模具51、线圈52、旋转臂53、绕线圆棒54、下模柱电机55、绕线电机56、线筒旋转电机57、压线电机58、模具旋转电机59、换线电机510、旋转臂电机511、嵌线电机512、下圆棒气缸513和指示灯514。所述指示灯514用于显示控制系统是否正常运行；

所述模具到位检测传感器11用于检测模具51是否下落到指定位置范围；所述线圈压力检测传感器12用于检测线圈52所承受压力是否在规定压力范围之内；所述旋转臂定位检测传感器13用于检测旋转臂53是否转至指定位置；所述绕线张力检测传感器14用于检测绕线圆棒54的张力是否在设定范围之内。

所述下模柱步进驱动器31用来驱动下模柱电机55；所述绕线伺服驱动器32用来驱动绕线电机56；所述线筒旋转伺服驱动器33用来驱动线筒旋转电机57；所述压线伺服驱动器34用来驱动压线电机58；所述模具旋转伺服驱动器35用来驱动模具旋转电机59；所述换线伺服驱动器36用来驱动换线电机510；所述旋转臂伺服驱动器37用来驱动旋转臂电机511；所述嵌线伺服驱动器38用来驱动嵌线电机512；所述下圆棒电磁阀39用来控制下圆棒气缸513；所述启动按钮310用来控制整个控制系统的启动；所述软急停按钮311用来控制PLC可编程控制器2中程序的断开，实现整个控制系统的软急停；所述硬急停按钮312用来切断控制系统的电源，实现整个控制系统的硬急停；所述模具位置调节按钮313用于当模具51未停在规定范围内，将模具51微调至规定范围内；所述旋转臂旋转位置调节按钮31用于当旋转臂53未停在规定位置，将旋转臂53微调至规定位置。

本实用新型的工作原理和工作流程是：

首先，工作人员按下启动按钮310，整个控制系统启动，指示灯514亮，系统正常运行。

三个线桶分别放置三相电的三个相线(相位依次互差120°)。模具51共有二十四个模柱，通过下模柱步进驱动器31驱动下模柱电机55从模具51中下落五个模柱(编号一-五)，此时模具到位检测传感器11检测模具51的模柱是否下落到指定位置范围，如有偏差使用模具位置调节按钮313进行调节。下圆棒电磁阀39控制下圆棒气缸513下落绕线圆棒54，此时，绕线伺服驱动器32控制的绕线电机56与线筒旋转伺服驱动器33控制的线筒旋转电机57同时转动，使得绕线圆棒54围绕下落的五个模柱做圆周运动向模柱上绕线，同时将绕线张力检测传感器14检测的绕线圆棒54的张力信息传递到PLC可编程控制器2中，与预先设定的张力值进行对比，判断张力值是否在设定的范围内，若在则继续运行，若不在则调整绕线电机56和线筒旋转电机57的转速，使张力保持恒定。模柱绕线完成后，再用压线伺服驱动器34驱动压线电机58将所绕制的线圈52推至模柱顶端，此时线圈压力检测传感器12检测线圈52所受压线电机58施加的压力是否达到预设值，当压力达到预设值时，PLC可编程控制器2控制压线伺服驱动器34停止发送脉冲，使压线电机58停止转动，下模柱步进电机31反转驱动下模柱电机55将此五个模柱(编号一-五)复位，再用模具旋转伺服驱动器35驱动模具旋转电机59转15°，此时第一把线圈绕制完成。再通过下模柱步进驱动器31驱动下模柱电机55从模具51中下落五个模柱(编号二-六)，重复上述步骤，至第二把线圈绕制完成。(模具共有二十四个模柱25，每次下五个，旋转15°再下五个，共计二十四次)

换线伺服驱动器36驱动换线电机510旋转到第二个线桶，第三把线圈和第四把线圈绕制过程与第一把线圈和第二把线圈相同。然后再换第三个线桶绕制第五把线圈和第六把线圈，绕制过程与第一把线圈和第二把线圈相同。完成三相电的绕制。

重复上述过程直至二十四把线圈绕制完成。

最后，旋转臂伺服驱动器37驱动旋转臂电机511旋转90°，此时，旋转臂定位检测传感器13对旋转臂53进行位置检测，如果所处位置不在规定范围内，则用旋转臂旋转位置调节按钮314微调至指定位置范围，再用嵌线伺服驱动器37驱动嵌线电机512嵌线。

以上设计的每个控制步骤都会由PLC可编程控制器2通过通讯接口在人机交互部分4上显示，实现实时监控，若嵌线机运行中出现错误，则会在人机交互部分4上显示错误的位置并及时反馈给PLC可编程控制器2。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (7)

1.一种基于PLC的盘式电机定子嵌线机控制系统，其特征在于该控制系统包括传感器检测部分、PLC可编程控制器、控制部分和人机交互部分；所述PLC可编程控制器包括模拟量输入单元、模拟量输出单元、开关量输入单元、开关量输出单元和通讯接口；PLC可编程控制器的通讯接口与人机交互部分连接；PLC可编程控制器的模拟量输入单元和开关量输入单元与传感器检测部分连接；所述PLC可编程控制器的模拟量输出单元和开关量输出单元与控制部分连接；

所述传感器检测部分包括模具到位检测传感器、线圈压力检测传感器、旋转臂定位检测传感器和绕线张力检测传感器；所述模具到位检测传感器、线圈压力检测传感器、旋转臂定位检测传感器和绕线张力检测传感器分别与PLC可编程控制器连接；

所述控制部分包括下模柱步进驱动器、绕线伺服驱动器、线筒旋转伺服驱动器、压线伺服驱动器、模具旋转伺服驱动器、换线伺服驱动器、旋转臂伺服驱动器、嵌线伺服驱动器、下圆棒电磁阀、启动按钮、软急停按钮、硬急停按钮、模具位置调节按钮和旋转臂旋转位置调节按钮；所述下模柱步进驱动器、绕线伺服驱动器、线筒旋转伺服驱动器、压线伺服驱动器、模具旋转伺服驱动器、换线伺服驱动器、旋转臂伺服驱动器、嵌线伺服驱动器、下圆棒电磁阀、启动按钮、软急停按钮、硬急停按钮、模具位置调节按钮和旋转臂旋转位置调节按钮分别与PLC可编程控制器连接。

2.根据权利要求1所述的基于PLC的盘式电机定子嵌线机控制系统，其特征在于所述模具到位检测传感器用于检测模具是否下落到指定位置范围；所述线圈压力检测传感器用于检测线圈所承受压力是否在规定压力范围之内；所述旋转臂定位检测传感器用于检测旋转臂是否转至指定位置；所述绕线张力检测传感器用于检测绕线圆棒的张力是否在设定范围之内。

3.根据权利要求1所述的基于PLC的盘式电机定子嵌线机控制系统，其特征在于所述下模柱步进驱动器用来驱动下模柱电机；所述绕线伺服驱动器用来驱动绕线电机；所述线筒旋转伺服驱动器用来驱动线筒旋转电机；所述压线伺服驱动器用来驱动压线电机；所述模具旋转伺服驱动器用来驱动模具旋转电机；所述换线伺服驱动器用来驱动换线电机；所述旋转臂伺服驱动器用来驱动旋转臂电机；所述嵌线伺服驱动器用来驱动嵌线电机；所述下圆棒电磁阀用来控制下圆棒气缸；所述启动按钮用来控制整个控制系统的启动；所述软急停按钮用来控制PLC可编程控制器中程序的断开，实现整个控制系统的软急停；所述硬急停按钮用来切断控制系统的电源，实现整个控制系统的硬急停；所述模具位置调节按钮用于当模具未停在规定范围内，将模具微调至规定范围内；所述旋转臂旋转位置调节按钮用于当旋转臂未停在规定位置，将旋转臂微调至规定位置。

4.根据权利要求1所述的基于PLC的盘式电机定子嵌线机控制系统，其特征在于模具到位检测传感器采用KTS-A微开型拉杆直线位移传感器；线圈压力检测传感器采用梅特勒-托利多SLB415称重传感器；旋转臂定位检测传感器采用深圳奥德克电子WDA-D35-D4A-角度位移传感器；绕线张力检测传感器采用威势精密测量RTT。

5.根据权利要求1所述的基于PLC的盘式电机定子嵌线机控制系统，其特征在于所述PLC可编程控制器选用型号为XDM-60T10-E的信捷PLC；所述人机交互部分与PLC可编程控制器的通信口连接；所述下模柱步进驱动器与PLC可编程控制器的Y0和Y11口连接，绕线伺服驱动器与PLC可编程控制器的Y1、Y12和Y21口连接，线筒旋转伺服驱动器与PLC可编程控制器的Y2、Y13和Y22口连接，压线伺服驱动器与PLC可编程控制器的Y3、Y14和Y23口连接，模具旋转伺服驱动器与PLC可编程控制器的Y4、Y15和Y24口连接，换线伺服驱动器与PLC可编程控制器的Y5、Y16和Y25口连接，旋转臂伺服驱动器与PLC可编程控制器的Y6、Y17和Y26口连接，嵌线伺服驱动器与PLC可编程控制器的Y7、Y18和Y27口连接，下圆棒电磁阀与PLC可编程控制器的Y10口连接，启动按钮与PLC可编程控制器的X0口连接，软急停按钮与PLC可编程控制器的X5口连接，硬急停按钮与PLC可编程控制器的X6口连接，模具位置调节按钮与PLC可编程控制器的X7和X10口连接，旋转臂旋转位置调节按钮与PLC可编程控制器的X11和X12口连接；所述模具到位检测传感器与PLC可编程控制器的X1口连接，线圈压力检测传感器与PLC可编程控制器的X2口连接，旋转臂定位检测传感器与PLC可编程控制器的X3口连接，绕线张力检测传感器与PLC可编程控制器的X4口连接。

6.根据权利要求1所述的基于PLC的盘式电机定子嵌线机控制系统，其特征在于所述下模柱步进驱动器选用步科步进驱动器，型号为2S86Q-3465；所述绕线伺服驱动器和嵌线伺服驱动器选用台达伺服电机，型号为ECMA-C10807SS；所述线筒旋转伺服驱动器、压线伺服驱动器、模具旋转伺服驱动器、换线伺服驱动器和旋转臂伺服驱动器选用台达伺服驱动器，型号为ECMA-C10807HS；下圆棒电磁阀选用沃萨阀门OSASE-23系列二位三通换向电磁阀。

7.根据权利要求1所述的基于PLC的盘式电机定子嵌线机控制系统，其特征在于所述人机交互部分采用信捷工业触摸屏，型号为TG765S-XT。