面向绕线机的开放式数控系统

0 引言

　　线圈是一种常用的电子元器件，2008年，我国的线圈产量达到250多亿只，据有关调查机构发布的数据显示，到2010年全球线圈的市场规模预测将达到14.64亿美元。绕线机是线圈生产的关键设备，目前，我国主流的绕线机控制技术主要采用基于内置脉冲功能的小型PLC控制器，这种绕线机存在如下缺点：控制精度差，会出现绕线不均匀，堆积，塌陷等问题，严重影响绕线成品的质量，难以适应中高端的绕线机市场需求；产品开发难，周期长，由于线圈的种类繁多，不同种类的线圈需要不同的绕线机生产，一种新型的线圈需要开发一种新的绕线机，而传统的绕线机控制器是非开放性系统，没有通用性，当产品种类和型号改变时，必须重新开发新的控制器，导致大量的重复性研发工作，给绕线机制造商带来时间、人力、物力、财力和技术上的沉重负担。因此，开发一种面向绕线技术的开放式控制平台，对提高我国绕线机开发技术水平和开发效率，具有非常重要的意义。

1 系统的特点

　　面向绕线机的开放式数控系统，是一个可用于各种绕线机的数控控制器。它在保证低成本的同时，实现稳定可靠、高速高精和多工序的绕线控制，提供高性价比的绕线控制解决方案。同时，它还具有各种绕线机所需要的基本功能，可通过内部软件配置和外部硬件搭配来实现不同种类绕线机控制要求，并提供个性化的操作界面，以满足绕线机终端用户和制造商的需求，做到简单方便、经济实用。既为绕线机制造商提供了一个全开放、易开发和高性价比的解决方案，又为绕线机终端用户提供了一种高效简捷、经济实用的选择。

　　应用该系统，将改变目前绕线机开发过程中控制器定制开发的设计模式，为绕线机开发商提供一个绕线机开发的开放平台，在此平台上，绕线机生产商只需做简单的功能设计，就能设计出满足特定要求的绕线机控制器，并且缩短新产品的开发周期，节约开发成本，提高产品的竞争力。该系统具有如下特点：

　　a．开放性。系统是一个面向绕线机制造行业的开放平台，与传统的控制器一绕线机一对一的开发模式不同，系统提出开放式控制器平台的概念，根据绕线机行业的共性需求设计一个开放的控制平台，并开发相应的用户工具，用户可在此平台上方便快捷地开发出适合各种类型绕线机的控制器，从而缩短绕线机设备的开发周期。

　　b．先进性。系统采用先进的数控技术，实现绕线设备的多轴精确控制，提高设备的精度和速度，使用该系统可以生产具有先进水平的绕线机，填补我国中高档绕线机市场的空白，实现绕线机行业的技术进步和产业升级。

2 硬件系统

　　系统数控硬件采用MC68HCooO微处理器的单片机，以微处理器MC68HCooO为核心，通过总线与存储器以及各种接口相连接，采用集中控制、分时处理的工作方式，完成绕线机各种绕线动作的控制，具有成本低、结构简单和易于实现的优点。硬件结构如图1所示。

　　2.1 硬件快速响应

　　硬件采用MC68Hcooo微处理器，其CPU主频率为25 MHz，在处理显示、键盘输人和通讯等工作的同时，难以保证稳定的500 KPPS的多轴联动插补响应和快速的输入输出响应。通过改进，采用MC68HC000微处理器和Lattice公司的ispM4A搭配。ispM4A是一种复杂的可编程逻辑器件(CPLD)，频率高达160 MHz，可承担实时的输入输出计算，实现可靠、高速的运动响应和外部输入输出。此外，ispM4A具有ISP功能，融合引脚锁定功能和JTAG技术，使得动态配置系统设置成为可能。MC68HC000微处理器和ispM4A搭配不仅实现了快速响应，而且提供了系统配置选配能力。  

　　2.2 驱动模块 

　　系统选配高速高精的运动驱动模组，采用闭环控制模式，支持位置脉冲驱动，驱动脉冲最高速率为500 KPPS，驱动解析度为0．001 mm／Pulse，可实现高速高精的多轴运动插补控制，用于开发中高端绕线机。

　　2.3 多种输入输出模块

　　针对各种绕线机因工况不同对输入输出的种类数量要求各不相同的情况，硬件系统在设计时，提供2组AD转换输入和DA转换输出、24个快速开关量输入点和16个快速开关量输出点，还配置可扩展I／O接口，可将I／O扩充至64组，每组16个。