阶梯型铁芯卷绕机的自动控制

马政芳，仵建强

（陕西凌云电器集团有限公司，陕西 宝鸡 721006）

1 各种卷绕型铁芯的制作过程

1.1 卷绕型铁芯简介

铁芯按生产工艺，大致分为卷绕类铁芯和叠片类铁芯两大类。阶梯型、R型是卷绕型铁芯的一种。由于卷绕型铁芯，是由硅钢材料连续不断卷制而成的，所以与叠片型铁芯相比，在条件相同的情况下，卷绕式铁芯具有噪声低、空载损耗降低、能量转换率高的特点。在生产方面，卷绕铁芯可采用很薄的高导磁冷轧取向硅钢片进行生产，同样性能的产品，所需的材料更少。

总而言之，卷绕铁芯具有导磁率高、磁阻小、低损耗、低噪声、抗短路能力强、品质一致性好等优点，从而被广泛使用在各种要求较高的变压器、互感线圈、电抗器等电磁元件中。

1.2 卷绕型铁芯的制作

首先将合适的铁芯内模具固定在主旋转轴上，通过电机驱动，钢带被一层层卷绕在铁芯内模具上，卷绕过程中压紧气缸工作，给铁芯相同的压紧力，保证每层紧密一致。在卷绕阶梯型铁芯时，由于铁芯分为各种厚度不同的台阶，当一种宽度的钢带卷绕到所需要的厚度时，主轴立即停止转动，焊接控制气缸下降，并带动电焊头对钢带焊接，然后人工剪断钢带，更换下一种合适宽度的钢带继续卷绕，直到卷绕成所需要的铁芯。

目前阶梯型卷绕机大多采用记录卷绕圈数来实现自动控制，这样对于不同厚度的钢带，其圈数经常要调整，而且断带后的衔接记录有误差，使得实际卷绕好的铁芯尺寸与图纸不符，产品一致性不好，品质差别较大。在采用位移传感器进行径向尺寸测量及控制后，铁芯的径向尺寸一致性较好，误差小于0.1 mm。目前，市场上采用圈数计量的卷绕机精度误差在1～2 mm。误差太大时需要反向旋转，可能造成铁芯松散。采用径向尺寸测量的卷绕机，对钢带厚度误差没要求，位移传感器的输出信号是连续的模拟量信号，可以准确控制铁芯的径向尺寸。该卷绕机可以很好的衔接钢带，大大提高了钢带的利用率，节约了能源。

2 控制原理

该卷绕机供电采用三相五线制电源，保证设备控制部分良好接地。主回路由电源控制部分到变频器构成，由变频器控制电动机转动，由电机拖动执行机构完成铁芯卷绕工作。变频器工作于外接控制模式下，在控制柜面板上通过精密多圈电位器可方便实现对电动机精确调速。通过外接端子，采用脚踏开关可实现对电动机的点动控制。变频器的显示面板通过延长数据线装于控制面板之上，可以方便地进行操作和各种参数设置。控制回路由输出为直流24V的稳压电源供电，位移传感器检测卷绕尺寸，检测到的尺寸信号为0～10V的连续模拟电压信号。此信号传送给可编程控制器，与源程序中的数据经过逻辑运算进行对比，将结果指令信号发给变频器，对电动机实行转动或停车的操作。通过设在控制面板上的启动按钮，可以实现连续自动工作。在任何情况下，都可以利用紧急停止按钮进行停车操作。手动单元实现点动控制，可实现正反转点动。气动控制单元是根据可编程控制器运算的结果指令控制电磁阀动作，实现气路换向，用气缸带动焊头运动，实现对钢带自动焊接。其控制原理如图1所示。

图1 控制原理图

3 控制过程

该设备在启动前，将合适宽度的钢带固定在铁芯内模具的机械定位槽内，按下启动按钮，可编程控制器输入端获得信号，通过程序运算输出信号给变频器；变频器获得运转信号后，对电动机实行运转控制，开始卷绕钢带，当位移传感器到达设定好的厚度时，可编程控制器发出停止信号，电动机自动停止运转，即停止钢带卷绕；此时焊枪头自动下降焊接钢带，之后，人工剪断钢带，更换下一种宽度的钢带，依次卷绕，直到完成工件。如出现故障或中间更换钢带，可及时停车，利用脚踏开关控制的点动功能，可方便加入新钢带。

可编程逻辑控制器选用EX2N-10MR-40B-2AD-V一体机，一体机集PLC和HMI功能于一体，HMI画面编辑简单直观，功能丰富，LCD显示器可观察一些实时动态数值，也可方便设置重要参数，比单一用PLC控制要更方便、更直观、更科学。

4 系统安装注意事项

该设备要求卷绕的阶梯层级很小，台阶厚最小为4 mm，位移传感器测量范围为200 mm，电压为10 V，0.05 V/mm，也就是0.3V就要有一次停顿，所以要求传感器的模拟信号不能有干扰；稍有干扰，就可能导致卷绕的铁芯尺寸的误差，或程序无法正常运行。

所以，安装电气部分时，要注意强弱电分离，传感器信号线要用屏蔽线，控制部分各元器件必须按说明良好接地；交流部分与直流部分要分别接地，不能接在一起，避免对直流模拟电压信号造成干扰。变频器如果设置不当，将会对外部设备造成很强干扰，使传感器的取样信号不稳，因此在变频器能正常工作的情况下，尽量降低变频器射频参数，从而降低射频干扰，确保设备控制部分正常运转。

5 结束语

该卷绕机投入使用至今，控制过程从未有过任何故障。钢带搭接更加容易，提高了钢带的利用率，用脚踏开关实现点动控制，工人在更换钢带时可双手操作，提高了设备使用的安全性能。

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