简介/绕线式电机
异步电机的工作原理是通过气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现能量转换的，故异步电动机又称为感应电动机。
异步电机基本特点及用途/绕线式电机
异步电机主要作为电动机使用。它是工农业生产及国民经济各部门中应用最为广泛而且需要量最大的一种电机。金属切削机床、轧钢设备、鼓风机、粉碎机、水泵、油泵、轻工机械、纺织机械、矿山机械等，绝大部分都采用。人们的日常生活中，异步电机的应用也日益广泛，如电风扇、洗衣机、电冰箱、空调机等家用电器中，都用到单相异步电机。电力拖动中，绝大多数的拖动电机为异步电动机，其用电量约占电网总负荷的60%。 异步电动机之所以得到广泛应用，是因为它具有结构简单、使用方便、运行可靠、效率较高，以及制造容易，成本低廉等优点。 异步电动机本身的调速性能较差，在要求有较宽广的范围的场合，一般采用直流电动机。近一二十年来，以电力电子器件和微型计算机为基础发展起来的异步电动机交流调速系统，使异步电动机的调速性能得以改，因而其用途更加广泛。 异步时，必须从电网吸收无功功率，这将使电网的功率因数变差。由于电网的功率因数可以用别的办法进行补偿，因而这一点并不妨碍异步电动机的广泛使用。
异步电机主要分类/绕线式电机
异步电动机的种类很多，从不同的角度有不同的分类法。 按定子相数分有单相异步电动机、三相异步电动机。 按转子绕组形式，一般可分为绕线式和鼠笼式两种类型。鼠笼式异步电动机中，又有单鼠笼、双鼠笼和深槽式之分。 按电机尺寸或功率，分为大型、中型、小型和小功率电机。 按电机的防护形式分为开启式、防护式、封闭式。 此外，还可以按电机运行时的通风冷却方式、安装结构形式、绝缘等级、工作方式等分类，这里不一一罗列。
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电机绕组绕线机控制器的设计
ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＡｒｍａｔｕｒｅ－ｗｉｎｄｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌ
Ｍａｃｈｉｎｅ
邝杰峰ＫｕａｎｇＪｉｅｆｅｎｇ
（江门市高级技工学校，江门５２９０３０）
（ＪｉａｎｇｍｅｎＳｅｎｉｏｒＴｅｃｈｎｉｃｉａｎｓｃｈｏｏｌ，Ｊｉａｎｇｍｅｎ５２９０３０，Ｃｈｉｎａ）
摘要：随着机电产品对绕组质量要求的提高，原有的ＰＬＣ控制系统的绕线机已很难满足不断发展的机电产品的要求。ＰＬＣ控制系统的绕线控制的电机绕组绕线机控制器。
ｍａｃｈｉｎｅｈａｓｂｅｅｎ
机存在成本高，工作方式单一和人机交互不便等缺点。为解决此问题，我们设计了一种能代替ＰＬＣ控制系统的新的控制系统一利用单片机进行
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｄｅｍａｎｄｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｄｕｃｔｓｏｎｔｈｅｗｉｎｄｉｎｇｑｕａｌｉｔｙ，ｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌＰＬＣｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｗｉｎｄｉｎｇ
ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｅｖｏｌｖｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｄｕｃｔｓ．ＷｉｎｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅＰＬＣｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅ
ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｈｉｇｈｃｏｓｔ，ｓｉｎｇｌｅｗｏｒｋ
ａｎｄｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｈｕｍａｎｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｗｅ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ
ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｔｈａｔ
ｃｏｕｌｄｒｅｐｌａｃｅＰＬＣｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ—ｕｓｉｎｇｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｃｏｎｔｒｏｌｍｏｔｏｒｗｉｎｄｉｎｇｓｍａｃｈｉｎｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．
关键词：单片机；步进电机驱动器：加，减速控制
ｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ；ｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅｒ；ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ／ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ中图分类号：Ｆ２７０文献标识码：Ａ
文章编号：１００６—４３１ｌ（２０１０）１２－０２１８－０１
１系统性能及控制要求
１．１系统性能
在本控制系统中，主要利用控制器输出的ＣＰ、ＣＷ脉冲信号，通过步进电机驱动器对三台步进电机的转速、转向进行控制，带动机械传动机构工作，实现绕线，另外通过拖板电机实现绕组位置转动的控制，从而实现整个电机绕组的全自动化绕线操作。在生产过程中，可以根据操作的要求实现不同的绕线速度、线圈匝数等的设定。
１．２控制要求
１．２．１可预设多种控制模式。可预先设定慢速、中速、快速和拖板运行等四种操作模式。
１．２．２每种控制模式下的加减速、步数可随意设定。在任一控制模式下的加减速曲线、运行步数都可事先设定。
１．２．３可同时控制三台电机的同步工作和单独控制一台拖板电机工作。
１．２．４具有断电数据保持功能，能记忆上次的参数及最后一次运行值。
１．２．５具有数据显示及告警提示功能。２设计方案的实现
２．１硬件电路设计
２．１．１整体电路设计思想。本设计采用ＳＴＣ８９Ｃ５１系列单片机芯片对步进电机进行控制，通过ＹＯ口输出具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过步进电机驱动器驱动步进电机工作：同时采用二极管矩阵键盘来对电机的状态或设置进行控制，并用４位ＬＥＤ数码管显示出相关的参数，还利用ＡＴ２４Ｃ０２对系统参数进行存储。
２．１．２各功能电路的实现。①电源电路。将交流２２０Ｖ经过降压、整流、滤波和稳压的形式，得到直流９Ｖ和５Ｖ对控制器进行供电。②单片机最小系统电路。本单片机系统采用宏晶科技推出的新一代超强抗干扰，高速“氏功耗的ＳＴＣ８９Ｃ５１系列单片机芯片，它是ＭＣＳ一５ｌ系列单片机的派生产品；它们在指令系统中、硬件系统和片内资源与标准的５ｌ系列单片机完全兼容。③键盘电路。采用二极管矩阵键盘电路，分别由Ｐ１．０—１．３作输入，当某一按键被按下时，相对应的端口被置为高电平，此时ＣＰＵ检测到相应端口的变化，通过查表的方式确认按键的功能，减少ＣＰＵ对各端口扫描时间，提高ＣＰＵ的效率。④显示电路。采用４只共阳数码管作显示，分别利用Ｐ０口对各数码管的笔划段进行扫描，Ｐ２．４—２．７口作循环扫描显示控制，另外还通过Ｐ２和Ｐ３口作按键显示和告警音提示等功能控制。⑤存储电路。由于本系统需要存储的数据比较多，并且要具有断电数据保持功能，缆对上次的参数及运行值进行记录，因此采用ＡＴ２４Ｃ０２存储
器作数据存储。⑥接口电路。分别利用Ｐ１．４、Ｐ３．５、Ｐ３．４口经过ＵＬＭ２００３反相放大后作ＣＰ脉冲和ＣＷ脉冲的信号输出，对步进电机驱动器进行控制，从而达到控制步进电机转速和转向的目的。
２．２软件程序设计
在该系统中，相应的控制信号由单片机来产生，根据需要通过键盘输入电机的转动方向、转动速度及转动步数，在工作时用数码管来动态显示运行的步数。所以软件部分由４大模块组成：系统监控、键盘扫描及处理、显示程序、控制信号产生程序。
２．２．１系统监控模块。在监控模块中，应完成系统的启动，进行键盘扫描得到相应键值，完成对步进电机转向转速、步数及运行方式的设置，并使步进电机按要求进行工作。为增加控制的灵活性，键盘输入数据及启动命令在键盘扫描及处理程序中实现。
２．２．２键盘扫描及处理、显示模块。本软件程序模块主要完成对键盘有无键按下进行确认。当有键按下时，通过查表方式确定按键值，并根据所得键值进行处理，包括所按键是输入键还是执行键。显示模块主要是完成在进行数据输入时，显示输入的数据值。
２．２．３控制信号产生模块。①步进脉；中的产生。在采用单片机控制的步进电机开环系统中，控制系统的ＣＰ脉冲的频率或者ＣＷ换
向脉冲的高低电平实际上就是控制步进电机的运行速度和方向。②
步进电机起动及加／；成速控制。速度控制中加／减控制是最基本的控制。电机由静止到达设定的最大的速度所需的时间是由调试决定的。加速度太大，电机甚至不能克服负载转矩而失步，加速度太少，则完
成指定的运动耗费时间太多，加速度有两种方案：线性加臁速度控制
和等步距加／减速度控制。③步进电机的换向控制。一般来说，驱动器的输入共有三路，它们是：步进脉冲信号ＣＰ、方向电平ＣＷ、脱机使能信号ＥＮ。它们在驱动器内部分别通过限流电阻接入光藕的负输入端，且电路形式完全相同，在这三路输入信号的共同的控制下，驱动器将输入合适的电流来控制步进电机完成指定的操作。
３结论本控制器采用单片机控制的步进电机系统，其转动方向、转动速度及运行圈数可以通过键盘输入，运用程序对这些数据进行处理，由单片机发出相应的控制信号，增加了控制的灵活性，经实践使用，达到了预期的设计目的。本控制器对于不同的绕线系统，不同控制要求，通过修改相应的电路及相关程序即可实现，通用性强，具有自动化程度高、成本低、体积小、控制精确等优点，有很好的经济效益和广阔发展前景。
参考文献：
…刘国永，陈杰平．单片机控制步进电机系统设计【Ｊ】．安徽技术师范学院学报，２００２．
【２】赵龙庆，徐国栋．一种基于单片机的步进电机控制驱动器［Ｊ】．西南林学院学报，２００５。６．
作者简介：邝杰峰，于江门市高级技工学校从事电气工程及其自动化技能
【３】韩全立，王建明．单片机控制技术及应用【Ｍ】．北京：电子工业出版社，
２００４．
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& & & & 针对目前市场上对定子绕线加工控制的各种需求，笔者开发了定子数控系统，并已在众多电机生产线上得到成熟应用。本文将介绍基于MBS668K嵌入式运动控制器的定子绕线机数控系统解决方案。
&定子绕线机的工作原理
& & & & 定子绕组的绕线加工过程需通过几个运动轴之间按特定的协调关系来完成，其数控系统一般需要控制4个轴：凸轮轴、分度轴、上钩针轴、下钩针轴。分度轴和钩针轴的运动过程均根据凸轮轴的当前位置来决定。另外，定子绕线机实现一个完整的加工过程还需要张力控制装置、辅助气缸动作等功能的配合。
&定子绕线机是一种应用于各种电机生产过程中对定子绕组用线将其捆扎紧的加工装备，其广泛应用改变了以往电机生产过程绕线工序依靠手工操作来完成的状况，能大大减轻工人的劳动强度、提高生产效率、保证产品品质，从而显著提高经济效益。
& & & & 随着近年来人工成本的不断上升，电机生产过程对加工装备的柔性自动化程度、加工速度、可靠性、使用的方便性等方面的要求越来越高。作为电机生产过程中的一种重要装备，为适应这些要求，定子绕线机的研发生产逐渐由单面绕线机（只有一根钩针）向双面绕线机（有上下两根钩针）转变，由机械式绕线机向数控绕线机转变。
定子绕线机数控系统设计开发
定子绕线机数控系统结构
& & & & 目前数控系统的开发主要有以下几种实现模式：基于PLC的模式、基于通用PC机+运动控制卡的模式、基于嵌入式运动控制器的模式。目前中小型PLC虽已广泛应用于各种自动化设备中，但要实现多轴联动等复杂的运动控制功能，则代价很高。而基于通用PC机+运动控制卡模式的数控系统存在PC机价格相对较高、系统资源与需求不匹配、采用VB、VC开发难度高、操作系统不适合实时控制、可靠性低等问题。近年来，嵌入式运动控制器技术得到快速发展，其在功能、性能等方面兼具PLC和PC+运动控制卡模式的优点，是目前数控技术与系统发展的方向。因此，基于嵌入式运动控制器来实现定子绕线机数控系统是一种理想的解决方案。
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