0 引言

　　線圈是一種常用的電子元器件，2008年，我國的線圈產(chǎn)量達(dá)到250多億只，據(jù)有關(guān)調(diào)查機(jī)構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，到2010年全球線圈的市場規(guī)模預(yù)測將達(dá)到14.64億美元。繞線機(jī)是線圈生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，目前，我國主流的繞線機(jī)控制技術(shù)主要采用基于內(nèi)置脈沖功能的小型PLC控制器，這種繞線機(jī)存在如下缺點：控制精度差，會出現(xiàn)繞線不均勻，堆積，塌陷等問題，嚴(yán)重影響繞線成品的質(zhì)量，難以適應(yīng)中高端的繞線機(jī)市場需求；產(chǎn)品開發(fā)難，周期長，由于線圈的種類繁多，不同種類的線圈需要不同的繞線機(jī)生產(chǎn)，一種新型的線圈需要開發(fā)一種新的繞線機(jī)，而傳統(tǒng)的繞線機(jī)控制器是非開放性系統(tǒng)，沒有通用性，當(dāng)產(chǎn)品種類和型號改變時，必須重新開發(fā)新的控制器，導(dǎo)致大量的重復(fù)性研發(fā)工作，給繞線機(jī)制造商帶來時間、人力、物力、財力和技術(shù)上的沉重負(fù)擔(dān)。因此，開發(fā)一種面向繞線技術(shù)的開放式控制平臺，對提高我國繞線機(jī)開發(fā)技術(shù)水平和開發(fā)效率，具有非常重要的意義。

1 系統(tǒng)的特點

　　面向繞線機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，是一個可用于各種繞線機(jī)的數(shù)控控制器。它在保證低成本的同時，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠、高速高精和多工序的繞線控制，提供高性價比的繞線控制解決方案。同時，它還具有各種繞線機(jī)所需要的基本功能，可通過內(nèi)部軟件配置和外部硬件搭配來實現(xiàn)不同種類繞線機(jī)控制要求，并提供個性化的操作界面，以滿足繞線機(jī)終端用戶和制造商的需求，做到簡單方便、經(jīng)濟(jì)實用。既為繞線機(jī)制造商提供了一個全開放、易開發(fā)和高性價比的解決方案，又為繞線機(jī)終端用戶提供了一種高效簡捷、經(jīng)濟(jì)實用的選擇。

　　應(yīng)用該系統(tǒng)，將改變目前繞線機(jī)開發(fā)過程中控制器定制開發(fā)的設(shè)計模式，為繞線機(jī)開發(fā)商提供一個繞線機(jī)開發(fā)的開放平臺，在此平臺上，繞線機(jī)生產(chǎn)商只需做簡單的功能設(shè)計，就能設(shè)計出滿足特定要求的繞線機(jī)控制器，并且縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)成本，提高產(chǎn)品的競爭力。該系統(tǒng)具有如下特點：

　　a．開放性。系統(tǒng)是一個面向繞線機(jī)制造行業(yè)的開放平臺，與傳統(tǒng)的控制器一繞線機(jī)一對一的開發(fā)模式不同，系統(tǒng)提出開放式控制器平臺的概念，根據(jù)繞線機(jī)行業(yè)的共性需求設(shè)計一個開放的控制平臺，并開發(fā)相應(yīng)的用戶工具，用戶可在此平臺上方便快捷地開發(fā)出適合各種類型繞線機(jī)的控制器，從而縮短繞線機(jī)設(shè)備的開發(fā)周期。

　　b．先進(jìn)性。系統(tǒng)采用先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，實現(xiàn)繞線設(shè)備的多軸精確控制，提高設(shè)備的精度和速度，使用該系統(tǒng)可以生產(chǎn)具有先進(jìn)水平的繞線機(jī)，填補(bǔ)我國中高檔繞線機(jī)市場的空白，實現(xiàn)繞線機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級。

2 硬件系統(tǒng)

　　系統(tǒng)數(shù)控硬件采用MC68HCooO微處理器的單片機(jī)，以微處理器MC68HCooO為核心，通過總線與存儲器以及各種接口相連接，采用集中控制、分時處理的工作方式，完成繞線機(jī)各種繞線動作的控制，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單和易于實現(xiàn)的優(yōu)點。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　2.1 硬件快速響應(yīng)

　　硬件采用MC68Hcooo微處理器，其CPU主頻率為25 MHz，在處理顯示、鍵盤輸人和通訊等工作的同時，難以保證穩(wěn)定的500 KPPS的多軸聯(lián)動插補(bǔ)響應(yīng)和快速的輸入輸出響應(yīng)。通過改進(jìn)，采用MC68HC000微處理器和Lattice公司的ispM4A搭配。ispM4A是一種復(fù)雜的可編程邏輯器件(CPLD)，頻率高達(dá)160 MHz，可承擔(dān)實時的輸入輸出計算，實現(xiàn)可靠、高速的運(yùn)動響應(yīng)和外部輸入輸出。此外，ispM4A具有ISP功能，融合引腳鎖定功能和JTAG技術(shù)，使得動態(tài)配置系統(tǒng)設(shè)置成為可能。MC68HC000微處理器和ispM4A搭配不僅實現(xiàn)了快速響應(yīng)，而且提供了系統(tǒng)配置選配能力。  

　　2.2 驅(qū)動模塊 

　　系統(tǒng)選配高速高精的運(yùn)動驅(qū)動模組，采用閉環(huán)控制模式，支持位置脈沖驅(qū)動，驅(qū)動脈沖最高速率為500 KPPS，驅(qū)動解析度為0．001 mm／Pulse，可實現(xiàn)高速高精的多軸運(yùn)動插補(bǔ)控制，用于開發(fā)中高端繞線機(jī)。

　　2.3 多種輸入輸出模塊

　　針對各種繞線機(jī)因工況不同對輸入輸出的種類數(shù)量要求各不相同的情況，硬件系統(tǒng)在設(shè)計時，提供2組AD轉(zhuǎn)換輸入和DA轉(zhuǎn)換輸出、24個快速開關(guān)量輸入點和16個快速開關(guān)量輸出點，還配置可擴(kuò)展I／O接口，可將I／O擴(kuò)充至64組，每組16個。

3 軟件系統(tǒng)

　　3.1 數(shù)控系統(tǒng)軟件

　　數(shù)控系統(tǒng)軟件采用基于模塊化設(shè)計的開放式框架結(jié)構(gòu)，具有模塊化組織結(jié)構(gòu)，允許用戶根據(jù)需要進(jìn)行選配和集成、更改或擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，以便迅速適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

　　數(shù)控系統(tǒng)軟件具有實時性、多任務(wù)性和并發(fā)處理的特點。針對這些特點，結(jié)合單微處理器結(jié)構(gòu)的硬件，數(shù)控軟件采用前后臺型結(jié)構(gòu)模式，來協(xié)調(diào)各任務(wù)的執(zhí)行，確保時序配合要求和邏輯關(guān)系，以滿足數(shù)控系統(tǒng)的各種控制要求。

　　前后臺型結(jié)構(gòu)模式的任務(wù)劃分為：前臺程序，強(qiáng)實時性任務(wù)，包括插補(bǔ)運(yùn)算、運(yùn)動控制和故障診斷等任務(wù)；后臺程序，弱實時性任務(wù)，包括顯示、按鍵響應(yīng)、繞線程序的編輯和管理、繞線程序的解釋、插補(bǔ)預(yù)處理、系統(tǒng)的輸入和輸出等。

　　前后臺型結(jié)構(gòu)模式的任務(wù)調(diào)度機(jī)制為：前臺程序為中斷服務(wù)程序，采用優(yōu)先搶占調(diào)度機(jī)制；后臺程序為循環(huán)運(yùn)行程序，采用順序調(diào)度機(jī)制；在運(yùn)行中，后臺程序不斷定時被前臺終端程序所打斷。前后臺型結(jié)構(gòu)模式的信息交換是通過數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來實現(xiàn)。

　　系統(tǒng)通過精確的2 ms中斷來定期處理運(yùn)動驅(qū)動，配合高速高精的運(yùn)動驅(qū)動硬件模塊，采用閉環(huán)控制模式，通過實時計算實現(xiàn)高速高精的多軸聯(lián)動插補(bǔ)控制。系統(tǒng)的驅(qū)動脈沖最高速率和驅(qū)動解析度，可滿足各種繞線機(jī)對高速繞線排線聯(lián)動的需求。系統(tǒng)提供獨(dú)有的繞線指令，可以通過NC編程來實現(xiàn)繞線控制。

　　3.2 基于Windows的繞線機(jī)系統(tǒng)開發(fā)工具

　　基于Windows的繞線機(jī)系統(tǒng)開發(fā)工具，實現(xiàn)簡單、高效和快捷的應(yīng)用開發(fā)。該組件包括PLC編輯器、人機(jī)界面編輯器和聯(lián)機(jī)調(diào)試工具。

　　a．PLC編輯器。編輯、編譯和仿真梯形圖，傳輸PLC到數(shù)控硬體中。PLC編輯器用來設(shè)計機(jī)床I／O接口和CNC接口訊號的邏輯，實現(xiàn)對機(jī)床動作控制。

　　b．屏幕編輯器。編輯、編譯和預(yù)覽屏幕設(shè)計，傳輸屏幕到數(shù)控硬體中。屏幕編輯器可以按照用戶的習(xí)慣喜好來定制數(shù)控系統(tǒng)的操作界面，使操作更方便、更人性化。

　　c．聯(lián)機(jī)軟件。上傳／下載NC程序和參數(shù)；聯(lián)機(jī)軟件在用戶PC和數(shù)控系統(tǒng)之間搭建了一座互通信息的橋梁，使用戶方便地監(jiān)測、更改數(shù)控系統(tǒng)的狀態(tài)。

　　可以通過NC編程、PLC編程、屏幕編程和參數(shù)設(shè)置來實現(xiàn)對數(shù)控系統(tǒng)的重新規(guī)劃，滿足新的功能需求。

　　3.3 面向應(yīng)用的繞線機(jī)操作軟件

　　在數(shù)控系統(tǒng)軟件和開發(fā)工具的基礎(chǔ)上，針對各種繞線機(jī)的不同工藝特點和操作習(xí)慣，開發(fā)不同的繞線機(jī)操作軟件，提供個性化的操作界面，讓操作者易學(xué)易懂易用，使繞線機(jī)控制在應(yīng)用上具有親和力。結(jié)合繞線機(jī)的工藝特點，從復(fù)雜、無規(guī)律的繞線生產(chǎn)中抽象總結(jié)出規(guī)律，形成繞線基本動作庫。使用獨(dú)有的繞線指令和繞線基本動作庫，在操作界面中采用填表輸入的方式，使復(fù)雜且專業(yè)的繞線工藝設(shè)計變成簡單的表格填充，既直觀簡單，又可以剔出錯誤輸入。同時，系統(tǒng)還提供教導(dǎo)輸入，可以將當(dāng)前位置坐標(biāo)直接設(shè)置到當(dāng)前行參數(shù)中，確保輸入準(zhǔn)確簡便。

4 結(jié)束語

　　隨著數(shù)控技術(shù)的日益成熟，利用先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)對傳統(tǒng)專用機(jī)械進(jìn)行改造已成為一種必然，面向繞線機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)具有重要的意義：先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)克服了傳統(tǒng)繞線機(jī)控制精度低、速度低和產(chǎn)品質(zhì)量差等缺點，能夠?qū)崿F(xiàn)高速高精的繞線控制，填補(bǔ)我國在中高檔繞線機(jī)生產(chǎn)技術(shù)空白；開放式的控制平臺為繞線機(jī)開發(fā)者提供了一個快速設(shè)計繞線設(shè)備的平臺，將改變傳統(tǒng)繞線機(jī)開發(fā)過程中設(shè)備與控制器一對一的開發(fā)模式，實現(xiàn)開發(fā)過程的模塊化，提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。

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