0 引言

　　線圈是一種常用的電子元器件，2008年，我國的線圈產量達到250多億只，據有關調查機構發(fā)布的數據顯示，到2010年全球線圈的市場規(guī)模預測將達到14.64億美元。繞線機是線圈生產的關鍵設備，目前，我國主流的繞線機控制技術主要采用基于內置脈沖功能的小型PLC控制器，這種繞線機存在如下缺點：控制精度差，會出現(xiàn)繞線不均勻，堆積，塌陷等問題，嚴重影響繞線成品的質量，難以適應中高端的繞線機市場需求；產品開發(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生產，一種新型的線圈需要開發(fā)一種新的繞線機，而傳統(tǒng)的繞線機控制器是非開放性系統(tǒng)，沒有通用性，當產品種類和型號改變時，必須重新開發(fā)新的控制器，導致大量的重復性研發(fā)工作，給繞線機制造商帶來時間、人力、物力、財力和技術上的沉重負擔。因此，開發(fā)一種面向繞線技術的開放式控制平臺，對提高我國繞線機開發(fā)技術水平和開發(fā)效率，具有非常重要的意義。

1 系統(tǒng)的特點

　　面向繞線機的開放式數控系統(tǒng)，是一個可用于各種繞線機的數控控制器。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所需要的基本功能，可通過內部軟件配置和外部硬件搭配來實現(xiàn)不同種類繞線機控制要求，并提供個性化的操作界面，以滿足繞線機終端用戶和制造商的需求，做到簡單方便、經濟實用。既為繞線機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，又為繞線機終端用戶提供了一種高效簡捷、經濟實用的選擇。

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

　　a．開放性。系統(tǒng)是一個面向繞線機制造行業(yè)的開放平臺，與傳統(tǒng)的控制器一繞線機一對一的開發(fā)模式不同，系統(tǒng)提出開放式控制器平臺的概念，根據繞線機行業(yè)的共性需求設計一個開放的控制平臺，并開發(fā)相應的用戶工具，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的控制器，從而縮短繞線機設備的開發(fā)周期。

　　b．先進性。系統(tǒng)采用先進的數控技術，實現(xiàn)繞線設備的多軸精確控制，提高設備的精度和速度，使用該系統(tǒng)可以生產具有先進水平的繞線機，填補我國中高檔繞線機市場的空白，實現(xiàn)繞線機行業(yè)的技術進步和產業(yè)升級。

2 硬件系統(tǒng)

　　系統(tǒng)數控硬件采用MC68HCooO微處理器的單片機，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，完成繞線機各種繞線動作的控制，具有成本低、結構簡單和易于實現(xiàn)的優(yōu)點。

　　2.1 硬件快速響應

　　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)動插補響應和快速的輸入輸出響應。通過改進，采用MC68HC000微處理器和Lattice公司的ispM4A搭配。ispM4A是一種復雜的可編程邏輯器件(CPLD)，頻率高達160 MHz，可承擔實時的輸入輸出計算，實現(xiàn)可靠、高速的運動響應和外部輸入輸出。此外，ispM4A具有ISP功能，融合引腳鎖定功能和JTAG技術，使得動態(tài)配置系統(tǒng)設置成為可能。MC68HC000微處理器和ispM4A搭配不僅實現(xiàn)了快速響應，而且提供了系統(tǒng)配置選配能力。

　　2.2 驅動模塊

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

　　2.3 多種輸入輸出模塊

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

3 軟件系統(tǒng)

　　3.1 數控系統(tǒng)軟件

　　數控系統(tǒng)軟件采用基于模塊化設計的開放式框架結構，具有模塊化組織結構，允許用戶根據需要進行選配和集成、更改或擴展系統(tǒng)的功能，以便迅速適應不同的應用需求。

　　數控系統(tǒng)軟件具有實時性、多任務性和并發(fā)處理的特點。針對這些特點，結合單微處理器結構的硬件，數控軟件采用前后臺型結構模式，來協(xié)調各任務的執(zhí)行，確保時序配合要求和邏輯關系，以滿足數控系統(tǒng)的各種控制要求。

　　前后臺型結構模式的任務劃分為：前臺程序，強實時性任務，包括插補運算、運動控制和故障診斷等任務；后臺程序，弱實時性任務，包括顯示、按鍵響應、繞線程序的編輯和管理、繞線程序的解釋、插補預處理、系統(tǒng)的輸入和輸出等。

　　前后臺型結構模式的任務調度機制為：前臺程序為中斷服務程序，采用優(yōu)先搶占調度機制；后臺程序為循環(huán)運行程序，采用順序調度機制；在運行中，后臺程序不斷定時被前臺終端程序所打斷。前后臺型結構模式的信息交換是通過數據緩沖區(qū)來實現(xiàn)。

　　系統(tǒng)通過精確的2 ms中斷來定期處理運動驅動，配合高速高精的運動驅動硬件模塊，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)動插補控制。系統(tǒng)的驅動脈沖最高速率和驅動解析度，可滿足各種繞線機對高速繞線排線聯(lián)動的需求。系統(tǒng)提供獨有的繞線指令，可以通過NC編程來實現(xiàn)繞線控制。

　　3.2 基于Windows的繞線機系統(tǒng)開發(fā)工具

　　基于Windows的繞線機系統(tǒng)開發(fā)工具，實現(xiàn)簡單、高效和快捷的應用開發(fā)。該組件包括PLC編輯器、人機界面編輯器和聯(lián)機調試工具。

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

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

　　c．聯(lián)機軟件。上傳／下載NC程序和參數；聯(lián)機軟件在用戶PC和數控系統(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、屏幕編程和參數設置來實現(xiàn)對數控系統(tǒng)的重新規(guī)劃，滿足新的功能需求。

　　3.3 面向應用的繞線機操作軟件

　　在數控系統(tǒng)軟件和開發(fā)工具的基礎上，針對各種繞線機的不同工藝特點和操作習慣，開發(fā)不同的繞線機操作軟件，提供個性化的操作界面，讓操作者易學易懂易用，使繞線機控制在應用上具有親和力。結合繞線機的工藝特點，從復雜、無規(guī)律的繞線生產中抽象總結出規(guī)律，形成繞線基本動作庫。使用獨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，使復雜且專業(yè)的繞線工藝設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)還提供教導輸入，可以將當前位置坐標直接設置到當前行參數中，確保輸入準確簡便。

4 結束語

　　隨著數控技術的日益成熟，利用先進的數控技術對傳統(tǒng)專用機械進行改造已成為一種必然，面向繞線機的開放式數控系統(tǒng)的開發(fā)具有重要的意義：先進的數控技術克服了傳統(tǒng)繞線機控制精度低、速度低和產品質量差等缺點，能夠實現(xiàn)高速高精的繞線控制，填補我國在中高檔繞線機生產技術空白；開放式的控制平臺為繞線機開發(fā)者提供了一個快速設計繞線設備的平臺，將改變傳統(tǒng)繞線機開發(fā)過程中設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，提高設計效率和設計質量。