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摘 要 针对国内电阻绕线机绕制阻值不精确的问题，本文介绍了一种通过测径仪和PLC控制精密绕制电阻的系统。系统以测径仪和PLC可编程控制器为核心，使绕制的电阻阻值精度较普通方法大为提高，并且通过修改参数可以绕制不同标定阻值的电阻；该系统提供了友好的人际交互页面，使操作简单方便。
关 键 词 PLC控制；激光测径仪；PLC控制器
中图分类号：TM505 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）031-022-02
电阻器是一种最基本的电器元器件，广泛应用于各种电子电器系统中，并在其中发挥着重要的作用。传统的电阻器就是绕线电阻器，它是将高阻值的康铜丝或镍铬合金丝绕在瓷管上，外层涂以珐琅或玻璃釉加以保护而成。随着社会的不断发展，电阻器应用的领域在不断扩展，对电阻器的精度要求也越来越高。目前，国内生产绕线电阻器厂家受到各种技术和水平的限制，生产出来的电阻精度低，阻值一致性较差。对此，本文以电阻器的精度提高为研究对象，对电阻绕线机进行了优化。
1 电阻绕线机的工作原理
图1 电阻绕线机工作简图
第一步：下料装置送出骨架，夹料装置在气缸的推动下作相向运动，将骨架夹持定位。
第二步：送线装置将一小段电阻丝送到始焊点位置，焊机将电阻丝前端与左侧金属帽焊接在一起。
第三步：骨架在主轴的带动下做旋转运动，排线装置向左做进给运动，这样就在骨架上绕制出螺旋线。
第四步：当绕制到合适位置后，骨架和丝杠停止转动，焊机将电阻丝与右侧金属帽焊接在一起；同时送线装置向后移动，把金属丝拉断。
第五步：丝杠反向转动，回到初始位置，同时夹持装置更换骨架，开始下一个电阻器的绕制。
2 系统的设计
电阻绕线机的下料机构将骨架送往夹持机构以完成安装。骨架夹持定位后，确定骨架准确定位的位置传感器发出一个信号给PLC，PLC控制整个系统开始工作。首先，送线装置送出一小段电阻丝到初始焊点位置；然后，焊机把电阻丝前段与金属帽的右端焊接在一起。焊接成功后，靠近焊点位置的测径传感器开始工作测量电阻丝直径，与此同时由PLC控制的主轴伺服电机和步进电机以恒定的速度同时开始工作，一方面连接在步进电机带动滚珠丝杆做旋转运动，使排线装置向左运动，另一方面，骨架在夹持机构的带动下做回转运动。骨架和排线机构的协调运动实现电阻丝在骨架上的绕制，这样就在骨架上绕出了螺旋线。
电阻的品质由以下两点保证：
1）激光测径仪和PLC的密切配合和控制。激光测径仪时刻将数据呈递给PLC控制PLC控制器通过快速的计算得绕制过程中瞬时的阻值，直到达到设定的阻值。
2）精确控制骨架旋转速度和排线机构的进给速度，以获得每个周期内电阻丝绕制的精确速度，同时实现电阻丝的均匀排列。
2.1 激光测径仪原理
激光扫描测径仪根据光学的几何原理，利用激光对被测物进行扫描转换成可用输出信号来测量物体直径的设备，具有测量精度高，重复性好，安装使用方便等特点，可以实现对被测物体的非接触无损在线测量。目前，市面上的激光测径仪分辨率可以达到0.0001 mm，测量范围在0.0200 mm-2.000 mm之间，测量精度可以做到0.0005 mm，扫描频率可以达到1000-2000/秒。此外，一般绕线电阻丝的直径在0.2 mm-2 mm之间，激光测径仪基本上可以满足测量范围和精度的要求。如果与计算机技术相结合，还能达到可达到智能控制测量数据的目的。
2.2 PLC控制过程
PLC在绕线机系统中的工作过程：
PLC接收用户在触摸屏上按下的信息以及传感器的数据，控制送丝系统、焊接系统、夹具系统有序工作，通过实时电阻数据的输入对变频器进行控制，从而控制排线电机和绕线电机的转速，并经过速度配合检测的反馈，使两个电机之间形成合理的配合，进而使绕线机能够工作到位的同时电阻阻值精确。该绕线机PLC控制系统工作工程有以下四个特点。
1）接收工作者在触摸屏上按下的信息，通过已编好的程序对整个机械系统进行控制，达到所需要绕制的电阻。
2）通过对传感器采集的信息分析，协调各个机械系统之间的运作，使整个系统有规律的工作，提高整体工作效率。
3）接收实时电阻检测的数据，对各个机械系统工作进行合理调节，最终得到高精度的电阻。
4）监控整个系统的工作，对工作中出现的不合理现象进行整改，必要时停止整个系统的工作以保护机械设备。
2.3 实时检测技术
电阻绕制过程中电阻的实时检测仍然是一个难点。传统方法通过公式计算绕制电阻的阻值，由使用的电阻丝型号决定，或者在绕制前测量一定长度的电阻丝的平均直径代替，在绕制过程中控制L为常量。由于电阻丝的直径有一定的误差。据国外相关资料显示，每米电阻丝的误差有6%左右，由于绕制在骨架上的阻丝的长度一般只有几十厘米，所以绕制出来的电阻误差会更大。
对此我们提出了“累加”检测法，即利用激光测径仪实时检测电阻丝的直径，在每一个检测周期内，测径仪会在相互两个垂直的方向检测电阻丝同一位置的直径，并取平均值由此得到电阻丝的直径。设激光测径仪的扫描周期为T，测得电阻丝在第i个周期的直径为d1，则在该周期，电阻丝绕制的长度，其中vi为该周期电阻丝的绕线速度。由速度合成定律可知，电阻丝的速度由骨架的线速度和进给速度合成，即，写成标量形式为。由于测径仪的检测频率很高（本文中选用的激光测径仪测径仪可以达到3KHz），可以把每个周期的所测的直径近似看做整个微段的直径。所以第 段电阻丝的阻值为，总电阻为（其中R0为焊点处的电阻值）。当PLC计算阻值达到规定阻值时，PLC控制电机停转，继续下一个电阻的绕制。
3 硬件的选型
3.1 激光测径仪的选型
本系统要求激光测径仪的测量范围为0.001 mm-2.000 mm，工作频率3 kHz，我们选用北京华科瑞达科技有限公司生产的LMDD-10超细线激光测径仪。
3.2 PLC的选型
考虑到整个电阻绕线机机构对控制系统精密度、可靠度的要求，选用三菱PLC-FX3U和F940GOT触屏板。
3.3 圆编码器
圆编码器用来检测电机转速，由此计算电阻丝的绕制速度。经过比较，选用南京中科天文编码器生产的YGM 610增量式圆光栅编码器。
本文提出来全新的电阻丝绕制系统，经过理论分析本系统绕制的电阻丝精度可达到-5%-+5%，满足高精度电路系统设计的需求。成本低，值得推广。
参考文献
[1]张戈.电阻绕线机总体方案及结构设计[D].成都：西南交通大学，2011.
[2]杨涛，王启江，康海霞，高殿斌.基于PLC绕线机控制系统设计[J].组合机床与自动化加工技术，2005（8）：58-59.
关 键 词 PLC控制；激光测径仪；PLC控制器
中图分类号：TM505 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）031-022-02
电阻器是一种最基本的电器元器件，广泛应用于各种电子电器系统中，并在其中发挥着重要的作用。传统的电阻器就是绕线电阻器，它是将高阻值的康铜丝或镍铬合金丝绕在瓷管上，外层涂以珐琅或玻璃釉加以保护而成。随着社会的不断发展，电阻器应用的领域在不断扩展，对电阻器的精度要求也越来越高。目前，国内生产绕线电阻器厂家受到各种技术和水平的限制，生产出来的电阻精度低，阻值一致性较差。对此，本文以电阻器的精度提高为研究对象，对电阻绕线机进行了优化。
1 电阻绕线机的工作原理
图1 电阻绕线机工作简图
第一步：下料装置送出骨架，夹料装置在气缸的推动下作相向运动，将骨架夹持定位。
第二步：送线装置将一小段电阻丝送到始焊点位置，焊机将电阻丝前端与左侧金属帽焊接在一起。
第三步：骨架在主轴的带动下做旋转运动，排线装置向左做进给运动，这样就在骨架上绕制出螺旋线。
第四步：当绕制到合适位置后，骨架和丝杠停止转动，焊机将电阻丝与右侧金属帽焊接在一起；同时送线装置向后移动，把金属丝拉断。
第五步：丝杠反向转动，回到初始位置，同时夹持装置更换骨架，开始下一个电阻器的绕制。
2 系统的设计
电阻绕线机的下料机构将骨架送往夹持机构以完成安装。骨架夹持定位后，确定骨架准确定位的位置传感器发出一个信号给PLC，PLC控制整个系统开始工作。首先，送线装置送出一小段电阻丝到初始焊点位置；然后，焊机把电阻丝前段与金属帽的右端焊接在一起。焊接成功后，靠近焊点位置的测径传感器开始工作测量电阻丝直径，与此同时由PLC控制的主轴伺服电机和步进电机以恒定的速度同时开始工作，一方面连接在步进电机带动滚珠丝杆做旋转运动，使排线装置向左运动，另一方面，骨架在夹持机构的带动下做回转运动。骨架和排线机构的协调运动实现电阻丝在骨架上的绕制，这样就在骨架上绕出了螺旋线。
电阻的品质由以下两点保证：
1）激光测径仪和PLC的密切配合和控制。激光测径仪时刻将数据呈递给PLC控制PLC控制器通过快速的计算得绕制过程中瞬时的阻值，直到达到设定的阻值。
2）精确控制骨架旋转速度和排线机构的进给速度，以获得每个周期内电阻丝绕制的精确速度，同时实现电阻丝的均匀排列。
2.1 激光测径仪原理
激光扫描测径仪根据光学的几何原理，利用激光对被测物进行扫描转换成可用输出信号来测量物体直径的设备，具有测量精度高，重复性好，安装使用方便等特点，可以实现对被测物体的非接触无损在线测量。目前，市面上的激光测径仪分辨率可以达到0.0001 mm，测量范围在0.0200 mm-2.000 mm之间，测量精度可以做到0.0005 mm，扫描频率可以达到1000-2000/秒。此外，一般绕线电阻丝的直径在0.2 mm-2 mm之间，激光测径仪基本上可以满足测量范围和精度的要求。如果与计算机技术相结合，还能达到可达到智能控制测量数据的目的。
2.2 PLC控制过程
PLC在绕线机系统中的工作过程：
PLC接收用户在触摸屏上按下的信息以及传感器的数据，控制送丝系统、焊接系统、夹具系统有序工作，通过实时电阻数据的输入对变频器进行控制，从而控制排线电机和绕线电机的转速，并经过速度配合检测的反馈，使两个电机之间形成合理的配合，进而使绕线机能够工作到位的同时电阻阻值精确。该绕线机PLC控制系统工作工程有以下四个特点。
1）接收工作者在触摸屏上按下的信息，通过已编好的程序对整个机械系统进行控制，达到所需要绕制的电阻。
2）通过对传感器采集的信息分析，协调各个机械系统之间的运作，使整个系统有规律的工作，提高整体工作效率。
3）接收实时电阻检测的数据，对各个机械系统工作进行合理调节，最终得到高精度的电阻。
4）监控整个系统的工作，对工作中出现的不合理现象进行整改，必要时停止整个系统的工作以保护机械设备。
2.3 实时检测技术
电阻绕制过程中电阻的实时检测仍然是一个难点。传统方法通过公式计算绕制电阻的阻值，由使用的电阻丝型号决定，或者在绕制前测量一定长度的电阻丝的平均直径代替，在绕制过程中控制L为常量。由于电阻丝的直径有一定的误差。据国外相关资料显示，每米电阻丝的误差有6%左右，由于绕制在骨架上的阻丝的长度一般只有几十厘米，所以绕制出来的电阻误差会更大。
对此我们提出了“累加”检测法，即利用激光测径仪实时检测电阻丝的直径，在每一个检测周期内，测径仪会在相互两个垂直的方向检测电阻丝同一位置的直径，并取平均值由此得到电阻丝的直径。设激光测径仪的扫描周期为T，测得电阻丝在第i个周期的直径为d1，则在该周期，电阻丝绕制的长度，其中vi为该周期电阻丝的绕线速度。由速度合成定律可知，电阻丝的速度由骨架的线速度和进给速度合成，即，写成标量形式为。由于测径仪的检测频率很高（本文中选用的激光测径仪测径仪可以达到3KHz），可以把每个周期的所测的直径近似看做整个微段的直径。所以第 段电阻丝的阻值为，总电阻为（其中R0为焊点处的电阻值）。当PLC计算阻值达到规定阻值时，PLC控制电机停转，继续下一个电阻的绕制。
3 硬件的选型
3.1 激光测径仪的选型
本系统要求激光测径仪的测量范围为0.001 mm-2.000 mm，工作频率3 kHz，我们选用北京华科瑞达科技有限公司生产的LMDD-10超细线激光测径仪。
3.2 PLC的选型
考虑到整个电阻绕线机机构对控制系统精密度、可靠度的要求，选用三菱PLC-FX3U和F940GOT触屏板。
3.3 圆编码器
圆编码器用来检测电机转速，由此计算电阻丝的绕制速度。经过比较，选用南京中科天文编码器生产的YGM 610增量式圆光栅编码器。
本文提出来全新的电阻丝绕制系统，经过理论分析本系统绕制的电阻丝精度可达到-5%-+5%，满足高精度电路系统设计的需求。成本低，值得推广。
参考文献
[1]张戈.电阻绕线机总体方案及结构设计[D].成都：西南交通大学，2011.
[2]杨涛，王启江，康海霞，高殿斌.基于PLC绕线机控制系统设计[J].组合机床与自动化加工技术，2005（8）：58-59.