巴中西门子代理商

1 引言
    本文介绍的全自动无骨架系列空心电磁线圈高速绕线机，可以绕制传动线圈，扬声器线圈，天线线圈以及各种无骨架通用线圈。设备具有性能可靠，高速高效率，自动化程度高，适合于线圈制造业的批量生产，如图1所示。
 一般普通绕线机采用内置脉冲功能的小型PLC，通过绕线轴编码器速度输出到PLC内置高速输入点，将绕线轴与排线轴的速比进行简单速度同步，这种方法受 PLC运算影响，同步精度差，计算量大，CPU处理时间较长，因此会出现绕线不均匀，堆积，塌陷等问题，严重影响绕线成品的质量，举例来说，PLC对绕线轴编码器作高速计数，当到达计数值时利用中断方式控制排线轴电机反向绕制，但受CPU运算处理时间的影响会出现滞后产生误差，在低速的情况下尚可基本达到绕制要求，但是对于高速绕制多层线圈时就会出现线圈端面不齐整，成品品质下降。
台达DVP-20PM00D是一款专用运动控制型PLC，采用高速双CPU结构形式，利用独立CPU处理运动控制算法，可以很好地实现各种运动轨迹控制、逻辑动作控制，直线/圆弧插补控制等，在高速绕线机中利用了20PM运动控制器的电子凸轮功能很好的解决了绕线换向出现的绕制不均匀、堆积、不平整等问题。

2   高速绕线机

2.1 设备结构简介

    高速绕线机共包含九部分机构

（1）机架。机架由角钢框架及不锈钢台面组成，并设置脚轮便于移动，当设备到位后可将支脚调低作为稳定支撑。
    （2）张力机构。安装于进线部分，作为绕线张力调节，保证线圈绕制时维持张力恒定，张力调节器具有调节旋钮可针对不同需求进行张力调节设定，调整完毕后，张力调节器自动控制绕线张力。
    （3）绕线机构。主要由台达B系列200W伺服电机、同步齿形带、绕线飞叉组成，是电子凸轮运动中的绕制主轴，铜线经过飞叉旋转绕制于绕线模头上，是绕线机主要运动部件之一。
    （4）排线机构。包括台达B系列100W伺服电机、精密直线螺杆、精密导轨、气动滑叉等，是电子凸轮运动中的排线从轴，在绕线运动中跟随绕线主轴正反向往复运动实现排线动作，是绕线机主要运动部件之一。
    （5）工作转台
    由分度步进电机、旋转台、线叉、绕线模头组成，该设备为多任务位绕线机，在绕线同时执行模头预热、剪线、加热、脱模等工艺动作，这需要工作转台按不同工位动作完成。
    （6）剪线机构。为气动执行机构，主要是将绕制完成的线圈两端引线剪断。
    （7）脱模机构。由分度步进电机、气动脱模组成，将绕制完成的成品从绕线模头取下。
    （8）热风系统。设备配置两个可调温度220V热风枪，在绕线前将模头预热，绕线后对线圈进行热风处理便于脱模。
    （9）电气控制。包含电气控制箱、触摸屏操作盒。采用DVP-20PM00D运动控制器作为控制核心，触摸屏作为人机交换，伺服电机作为执行机构，实现转轴与排线的控制，从而保证绕线的精度。

一、概述
   近年来随着国家对可再生能源扶持政策的进一步出台，可再生能源特别是风力发电呈现蓬勃发展的趋势，国内众多厂家正通过自主研发和技术引进等形式进行风电设备的成套工作。目前，国内生产厂家对高速齿轮箱、电机和叶片等已具有了独立生产能力，但作为风力发电控制系统的大脑——风电控制器，一直以来主要依靠国外技术引进。通过对国内主流风电设备生产厂家的控制系统研究发现，多数厂家的控制系统是和主机一起成套技术引进而来，如MITA和WINDTEC公司的产品。由于风电设备运行环境较为恶劣，安装空间有所限制，并且要求有很强的数据处理能力，因此现有的通用可编程控制器很难达到其技术要求。一是高低温要求，通用PLC运行温度一般为0℃～50℃，但风电设备要求运行在-25℃～60℃的环境中。虽然有国内厂家采用了通用PLC作为主控器，但在系统设计时需在机柜增加加热器，以保证在低温环境下的可靠运行，这种处理方式虽然能满足运行要求，但可能会造成在超低温环境下PLC上电后不能立即运行，并且加装了加热器导致PLC安装空间更加狭窄。二是数据处理能力，现有的通用可编程控制器因本身设计思想的不足导致在功能上无法满足大规模数据存储的需要。对国外引进控制系统的研究表明，国外控制系统多采用嵌入式PC（如Bachmann、BeckHoff等）作为主控制器来适应风电控制系统的需求。
   本方案以NA400系列可编程控制器为基础，针对某电站3MW（可适用于2.5MW和1.5MW机组）风机控制器的技术要求，在广泛吸收国外同类产品控制系统的技术优点的基础上提出的。
   由于变流器和变浆系统采用成熟系统配套，因此本方案仅涉及3MW风力发电机组主控柜（主站）和机舱柜（机舱站）的控制。
二、技术需求
  （1）编程软件符合IEC61131-3；
  （2）软件支持多任务；
  （3）对CPU速度及处理能力、存储空间等有较高要求（要求具有100M的数据存储能力）；
  （4）I/O要求：输入光电隔离、输出继电器（总点数在100点以内）；
  （5）运行环境恶劣，要求具有较高的可靠性：
?       运行温度：-20℃~50℃
?       储存温度：-40℃~70℃
?       较高的湿热要求，要求防湿抗凝露
  （6）通信要求：
?       以太网接口，支持TCP/IP、UDP等
?       Profibus-DP现场总线
?       CANOpen现场总线
  （7）人机界面采用具备按键操作的平板电脑，支持WinXP 嵌入式操作系统，不采用       常规的触摸屏；
  （8）信号类型：DI、DO、AI（0~10V和4~20mA）、Pt100热电阻、AO、SSI、高速计       数器模块；
  （9）结构要求：安装方便，所有螺钉应防锈。
三、技术方案
    针对风力发电设备运行环境严酷、技术要求高的特点，现有通用PLC很难适应其应用需求。我公司NA400型可编程控制器采用一系列计算机领域和工业控制领域的新技术研制。系统结构先进、功能强大、具有多任务、趋势曲线、环境适应性强等特点，适合风电行业的特点。
    3.1系统结构

 

      采用LAN/FieldBus系统结构，主控站控制器对外提供百兆以太网接口，利用现场总线完成机舱扩展站控制器或其它现场智能设备（变频器等）的连接。主控站以太网接口支持标准的MODBUS TCP/IP规约，并支持UDP协议。
现场总线支持ProfiBus-DP或CANOpen。可以方便地利用现场总线完成远程I/O站的扩展，并能与其它智能设备通信。本方案中拟采用CAN总线，CAN总线的短信文结构及完备的底层校验和错误处理机制使得CAN总线具有优越的抗干扰性。根据现场环境的不同可选用光通信介质以提高可靠性。
    3.2人机界面
    3.2.1平板电脑
    人机界面（面板）硬件采用工业级平板电脑，可以采用以太网、串口、Profibus- DP等进行面板和控制器的组网连接。
采用我公司的NAControl组态软件开发界面，NAControl组态软件与控制器之间通过我公司开发的NA-PLC OPC服务器（OPC2.0规范）或者专用驱动程序通讯，底层协议不产生额外费用。NA-PLC OPC服务器可以方便地接入支持OPC接口的组态软件中（如iFix,WinCC等），因此如果不采用我方提供的面板，也可以方便地进行其他厂家面板与我方控制器之间的通讯。
    NAControl组态软件特点：
    基于bbbbbbs平台，采用面向对象的技术和方法进行系统设计、软件实现。遵循TCP/IP、SQL、ODBC、COM/DCOM、ActiveX、C++、Office、IEC61131-3、OPC等，系统功能齐全，操作简便，维护量小。具有良好的开放性、方便的扩展能力、完善的在线帮助及可不断融入新技术的特征。它具有数据采集和处理、控制与调节、画面、智能报警、报表、历史数据统计和查询、可视化顺控流程组态与执行、ONCALL、AGC/AVC应用软件、Web服务、与外系统通讯等功能。

     3.3方案优势
     结合我公司PLC技术优势和贵公司熟悉风机控制需求优势，我们开发的风机专用可编程控制器与其它通用PLC或者现有风机控制器相比具有巨大的技术优势：
    （1）可靠性高
    采用工业级或军用级芯片保证风机控制器可以运行在-25℃~60℃环境下。
    （2）抗干扰能力强
    采用CAN总线为现场总线网络，CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，其独有的短信文结构及完备的底层校验和错误处理机制使得CAN总线具有优越的抗干扰性。
     高等级抗电磁干扰能力可以有效地防止现场干扰、提高系统数据采集的稳定性和运行可靠性。
    （3）支持大容量数据存储
     支持128M数据存储，可有效存储风机故障时产生的数据。
    （4）实时多任务
    风机发生故障时生成100Mbytes大小的文件，在控制器正常运行的情况下可以采用多任务技术存储，避免影响控制器的正常工作，数据存储空间为单独配置的FLASH。
    由于采用了实时多任务的方式，支持定时中断方式，因此可以方便地实现定时周期执行控制程序，保证程序执行时间恒定。
    （5）编程软件
可以根据现场实际需求，调整NAPro编程软件功能。NAPro提供的顺序控制图编程语言更适合顺序控制，编程简单、直观，调试可视化。

1 引言
    和利时G3系列PLC是杭州和利时公司自主研发的小型一体化PLC产品。G3系列PLC具有可靠性高、指令丰富、通讯能力强等特点。其支持六种编程语言，包括LD、IL、FBD、SFC、ST、CFC，能够适应多种PLC编程基础的人群。一些大的控制系统具有很多现场设备，其中一部分现场设备可能不支持标准的通讯协议， 但是还需要与第三方控制设备进行数据通讯，任何一个厂商的PLC都不可能支持所有现场设备的数据通信协议。如何实 PLC与非标准协议的第三方设备进行互联呢，G3系列PLC推出了自由口的通讯方式，可以实现与任何协议的第三方设备进行互联。本文介绍的是G3系列PLC通过自由口与Flash存储设备进行数据通讯。
2 G3系列PLC的通讯方式
   G3系列PLC支持多种通讯方式，如Profibus DP、以太网、自由口通讯。G3系列PLC的CPU模块本体集成了一个RS232通讯口和一个RS485通讯口，RS232和RS485支持标准的Modbus RTU、G3专有协议和自由口通讯协议。用户可以用图程序设定通讯口的协议、通讯速率、数据位、校验、发送数据和接收数据。下图为和PLC自由口相关的功能块指令。
　　

    图1为设定自由口通讯速率、数据位、校验的指令；图2为恢复Modbus RTU和G3专有协议的指令，同时也可以设定通讯速率、数据位和校验；图3为数据发送指令；图4为数据接收指令。同时软件中有CRC校验的功能块指令，可以进行数据校验。也可以通过ST语言方便的编写校验程序。以计算CRC 校验码为例，下面是变量声明部分：
    FUNCTION_BLOCK Generate_CRC
    VAR_bbbbb
    pDataPOINTER 
    TO BYTE;
    byteCounter:WORD;
    END_VAR
    VAR_OUTPUT
    CRC_Code:WORD;
    FINISH:BOOL:=FALSE;
    END_VAR
    VAR
    Reg16: WORD;
    j: BYTE;
    i: WORD;
    mval: WORD;
    temp_byte: BYTE;
    flg: WORD;
    END_VAR
　　
    以下是ST语言的程序代码部分：
    Reg16 := 16#FFFF;
    mval := 16#A001; 
　　
    FOR i:=0 TO byteCounter-1 BY 1 DO
    temp_byte:=pData︿;
    pData:=pData+1;
    Reg16:=（Reg16 XOR temp_byte）;
　　 
    FOR j:=0 TO 7 BY 1 DO
    flg := 0;
    flg:=（Reg16 AND 16#0001）; 
    Reg16 := SHR（Reg16,1）; 
    IF （flg = 1） THEN
    Reg16:=Reg16 XOR mval;
    END_IF;
    END_FOR;
    END_FOR;
　　
    CRC_Code:=Reg16;
    FINISH:=TRUE;
3 数据存储系统的设计
    该PLC控制系统是应用在节能汽车上，通过PLC对液压回路的控制使汽车达到降低油耗的目的，在该车的试验阶段，需要把运行过程中的一些过程数据进行记录。当时提出了三种设计方案，第一种方案是对PLC进行改造，在内部增加一条FLASH芯片，修改PLC的底层程序，实现数据的存储；第二种方案是通过GPRS收发器把数据上传到远程PC；第三种方案是通过自由口与U盘读写模块进行通讯，把数据实时写入U盘中。我们对运行环境进行了现场考察和反复研究，在可靠性、稳定性、方便性等方面做了大量工作，权衡利弊，终选择了方案三进行实施。