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摘 要：绕线机发展至今经历了多次技术改革和创新，从早期的手摇式绕线机到现在的数控机型，效率和性能得到了大幅度的提升，随着高新技术在绕线机的控制系统中也逐步应用，绕线机的自动化程度也越来越高。本文对绕线机控制系统的技术发展进行了简要论述。
关键词：绕线机；控制系统；发展；
中图分类号：F407.44 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-01
绕线机在电子电器行业运用十分广泛，它是将线状的物体缠绕到特定的工件上的机器，例如在生产环形变压器时，绕线机的任务就是将铜线绕制成线圈后套到变压器的铁芯柱上[1]。
绕线机从最初的手摇式绕线机到现在的数控绕线机，经历了多次技术改革和创新，不只效率和性能得到大幅提升，随着高新技术也逐步应用在绕线机的控制系统中，绕线机的自动化程度也越来越高。绕线机控制系统的技术发展过程大体可分为三个阶段，即简易控制系统、CNC控制系统、伺服高精度控制。
一、简易控制系统
简易控制系统一般都采用单片机作为核心控制单元，应用于早期的简易数控绕线机中。由单片机控制绕线机，可以实现绕线机状态的自动控制和精确控制。精确控制表现在精密排线和闭环反馈检测系统。单片机发出CP脉冲和方向信号，准确控制步进电机的步进和跳段等工作状态来实现精密排线。闭环反馈检测是通过光电计数器测出电机转速，发出计数脉冲反馈到单片机控制系统，再通过变频器控制电机转轴转速。文献[1]中设计的绕线机是桌面式专用全自动型绕线机，由八位单片机89C52进行控制，控制交流变频电动机的转动进行绕线，控制步进电动机的转动实现线圈的均匀线距，通过红外和霍尔器件检测绕过的圈数精确地控制环绕的总圈数。它适用于环形变压器、互感器、电感线圈的绕制，进行多种排线模式的设定。
但由于功能相对简单，仅能实现电子计数、产量累计、主轴正反向控制等简易功能，无法满足更高的控制要求，伴随数控技术的出现与不断完善，随之出现了更高级的绕线机控制系统——CNC控制系统。
二、CNC控制系统
CNC控制系统即数控控制系统。CNC控制器是目前自动绕线机使用最多的控制器，其优越的扩展性能使CNC绕线机的分类繁多。应用CNC控制系统的数控绕线机随之出现。
数控绕线机是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现绕线、排线、缠头、剪线、包胶带、上下骨架、定位起始绕线位置等动作控制的自动化的绕线机。数控绕线机一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控绕线机在某些地方也称为程控绕线机，全自动绕线机，台湾也叫数位绕线机，国外也称CNC绕线机（ComputerNumericalControl）。
（一）数控绕线机的数控系统
随着面向用户的工程及计算机技术的飞速发展，客户对绕线机要求的功能会越来越多，其中用户界面图形化和产品自动绕线机效果可视化更是重中之重。面向用户的界面是由企业自开发数控绕线机的数控系统与绕线机实际使用者之间的对话窗口。数控绕线机配置及功能的多样化也促进了绕线机设计时的数字化和信息化含有量。
数控绕线机从线圈设计、参数分析、数控编程、到自动补偿技术的实现、整个绕线工艺过程自适应诊断及控制、排线部份运动自适应干涉的检测等，直到绕制出合格的线圈，每一环节都离不开材料学，力学、堆砌理论、测试理论的支持。就数控绕线机运动途中数学的应用而言，从初等数学到运算乃至计算几何，涉及范围很广，需要绕线设备工程师对数学及物理学有较深的理解。整台绕线机零件的构成大都为规则形体，如直线、平面、圆、椭圆、螺旋线、渐开线、双曲线、球、椭球、螺旋面、螺旋渐开面、双曲面等[3]。
数控绕线机具有一切数控装备的高速度、高精度、高柔性和高自动化程度等优点，电子产业的进步也逐步向绕线机的数控系统和伺服驱动系统提出了更高要求，下面主要从数控系统与伺服驱动系统方面介绍其关键技术。
1、高速、高精插补运算和控制算法高速、高精插补是将复杂的全自动绕线机运动轨迹按控制规律分解成伺服控制指令。绕制高度复杂化的线圈时，绕线程序由大量细微调整程序构成，绕线机的高速运行除需保证微段程序连续执行外，还需根据主轴的变化及时预测线圈当前状态，实现高加速度运行要求。这就要求对微段程序的高速、高精插补、高速预处理，微段程序的加减速控制，超前的位置预测，复杂轨迹的直接插补以及高速数据传输等进行深入的研究。
2、面向高速高精线圈绕制的数控编程原理及方法，传统的数控编程解决了中低速运动中的排线架随轴移动的问题，但是绕线程序的高速化却对数控编程从原理与方法上提出了更高的要求。为此.必须在研究高速绕线工艺机理的基础上，研究适用于高速高精度绕线的数控编程原理及方法。在这方面，绕线机高速运动工艺机理、高速绕线参数知识库、基于绕线机高速非线性运动误差补偿的规划、程序速度变化的平滑过渡、基于STEP的速度标准、面向特征绕线程序的高级C语言等都是需要研究的内容。
3、高速绕线必要的工装模具的跳动及同心度在系统控制的高速运动下，需要专业合理的设计需要高精度的加工，方能满足高质量的线圈绕制需求。数控系统方面的问题也不再能归结为简单的排线几何动作问题或静力学问题。新型排线架控制作为一个动态对象，它并不是“亦步亦趋”地跟随主轴的转动对所施加线圈进行排线控制，而力图表现出它的“柔性前瞻和智能性”；另一方面，所施加的控制必须充分顾及被控制对象的动态特性，才能得到预期的控制效果。因此，已经不能像传统的数控系统那样，可以将控制系统与被控制对象分开来研究和制造，而必须作为一个整体来处理，研究其在高速状态下的动力学问题，以及超高速运动控制条件下光、电信号的时滞影响及其消除的问题。在高速情况下，必须研究集数控系统与控制对象为一体的整体联动、基于整体动力点的非线性控制策略、智能化控制方法等。
三、伺服高精度控制系统
由于常见的数控绕线机在绕制高品质细微或超细漆包线时，会遇到如无法达到整齐排线，绕线张力无法控制等，特别是绕制0.1mm以下的一些音圈、传感器机芯等线圈时，问题尤为突出。因此才出现伺服高精度控制系统的绕线机。
高精度控制系统的出现是为了满足高品质漆包线线圈的要求，该系统采用了双伺服加PLC的设计，其控制精度要远远高于普通绕线机。PLC控制单元使绕线机的功能自定义性更强，常用于超细线的线圈加工和高精度要求的线圈加工[4-6]。
四、小结
进入21世纪以来，随着高新技术不断涌现，个人计算机核心处理器性能的不断提高以及PLC、伺服驱动装置、步进电机、伺服电机、精密传感器、执行元件大量的应用于绕线机，使得当今绕线机绕线的速度，线圈的精度，生产效益都得到很大提高。另外随着绕线机由通用型向专用型转变，越来越多的各行业专门使用的专用型绕线机将会出现，这也是绕线机今后发展的方向。
参考文献：
[1]罗玲，陈一航.基于单片机控制的绕线机系统设计[J].盐城工学院学报（自然科学版）2009（02）
[2]高振华，梁荣海，姜宗林. 数控绕线机研究与设计[J].现代制造技术与装备.2006（02）
[3]陶建华，周武，刘晓初，张斐. 面向绕线机的开放式数控系统[J].机械与电子.2010（03）
[4]刘晓勇，方晓燕.基于PC和PLC的绕线机数控系统研究[J].机床电气.2004.1.46-47
[5]刘洪玮；郭吉丰；孙云云；任军军.两轴伺服控制的绕线机系统[J].电气传动.2010（09）
[6]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（08）
关键词：绕线机；控制系统；发展；
中图分类号：F407.44 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-01
绕线机在电子电器行业运用十分广泛，它是将线状的物体缠绕到特定的工件上的机器，例如在生产环形变压器时，绕线机的任务就是将铜线绕制成线圈后套到变压器的铁芯柱上[1]。
绕线机从最初的手摇式绕线机到现在的数控绕线机，经历了多次技术改革和创新，不只效率和性能得到大幅提升，随着高新技术也逐步应用在绕线机的控制系统中，绕线机的自动化程度也越来越高。绕线机控制系统的技术发展过程大体可分为三个阶段，即简易控制系统、CNC控制系统、伺服高精度控制。
一、简易控制系统
简易控制系统一般都采用单片机作为核心控制单元，应用于早期的简易数控绕线机中。由单片机控制绕线机，可以实现绕线机状态的自动控制和精确控制。精确控制表现在精密排线和闭环反馈检测系统。单片机发出CP脉冲和方向信号，准确控制步进电机的步进和跳段等工作状态来实现精密排线。闭环反馈检测是通过光电计数器测出电机转速，发出计数脉冲反馈到单片机控制系统，再通过变频器控制电机转轴转速。文献[1]中设计的绕线机是桌面式专用全自动型绕线机，由八位单片机89C52进行控制，控制交流变频电动机的转动进行绕线，控制步进电动机的转动实现线圈的均匀线距，通过红外和霍尔器件检测绕过的圈数精确地控制环绕的总圈数。它适用于环形变压器、互感器、电感线圈的绕制，进行多种排线模式的设定。
但由于功能相对简单，仅能实现电子计数、产量累计、主轴正反向控制等简易功能，无法满足更高的控制要求，伴随数控技术的出现与不断完善，随之出现了更高级的绕线机控制系统——CNC控制系统。
二、CNC控制系统
CNC控制系统即数控控制系统。CNC控制器是目前自动绕线机使用最多的控制器，其优越的扩展性能使CNC绕线机的分类繁多。应用CNC控制系统的数控绕线机随之出现。
数控绕线机是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现绕线、排线、缠头、剪线、包胶带、上下骨架、定位起始绕线位置等动作控制的自动化的绕线机。数控绕线机一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控绕线机在某些地方也称为程控绕线机，全自动绕线机，台湾也叫数位绕线机，国外也称CNC绕线机（ComputerNumericalControl）。
（一）数控绕线机的数控系统
随着面向用户的工程及计算机技术的飞速发展，客户对绕线机要求的功能会越来越多，其中用户界面图形化和产品自动绕线机效果可视化更是重中之重。面向用户的界面是由企业自开发数控绕线机的数控系统与绕线机实际使用者之间的对话窗口。数控绕线机配置及功能的多样化也促进了绕线机设计时的数字化和信息化含有量。
数控绕线机从线圈设计、参数分析、数控编程、到自动补偿技术的实现、整个绕线工艺过程自适应诊断及控制、排线部份运动自适应干涉的检测等，直到绕制出合格的线圈，每一环节都离不开材料学，力学、堆砌理论、测试理论的支持。就数控绕线机运动途中数学的应用而言，从初等数学到运算乃至计算几何，涉及范围很广，需要绕线设备工程师对数学及物理学有较深的理解。整台绕线机零件的构成大都为规则形体，如直线、平面、圆、椭圆、螺旋线、渐开线、双曲线、球、椭球、螺旋面、螺旋渐开面、双曲面等[3]。
数控绕线机具有一切数控装备的高速度、高精度、高柔性和高自动化程度等优点，电子产业的进步也逐步向绕线机的数控系统和伺服驱动系统提出了更高要求，下面主要从数控系统与伺服驱动系统方面介绍其关键技术。
1、高速、高精插补运算和控制算法高速、高精插补是将复杂的全自动绕线机运动轨迹按控制规律分解成伺服控制指令。绕制高度复杂化的线圈时，绕线程序由大量细微调整程序构成，绕线机的高速运行除需保证微段程序连续执行外，还需根据主轴的变化及时预测线圈当前状态，实现高加速度运行要求。这就要求对微段程序的高速、高精插补、高速预处理，微段程序的加减速控制，超前的位置预测，复杂轨迹的直接插补以及高速数据传输等进行深入的研究。
2、面向高速高精线圈绕制的数控编程原理及方法，传统的数控编程解决了中低速运动中的排线架随轴移动的问题，但是绕线程序的高速化却对数控编程从原理与方法上提出了更高的要求。为此.必须在研究高速绕线工艺机理的基础上，研究适用于高速高精度绕线的数控编程原理及方法。在这方面，绕线机高速运动工艺机理、高速绕线参数知识库、基于绕线机高速非线性运动误差补偿的规划、程序速度变化的平滑过渡、基于STEP的速度标准、面向特征绕线程序的高级C语言等都是需要研究的内容。
3、高速绕线必要的工装模具的跳动及同心度在系统控制的高速运动下，需要专业合理的设计需要高精度的加工，方能满足高质量的线圈绕制需求。数控系统方面的问题也不再能归结为简单的排线几何动作问题或静力学问题。新型排线架控制作为一个动态对象，它并不是“亦步亦趋”地跟随主轴的转动对所施加线圈进行排线控制，而力图表现出它的“柔性前瞻和智能性”；另一方面，所施加的控制必须充分顾及被控制对象的动态特性，才能得到预期的控制效果。因此，已经不能像传统的数控系统那样，可以将控制系统与被控制对象分开来研究和制造，而必须作为一个整体来处理，研究其在高速状态下的动力学问题，以及超高速运动控制条件下光、电信号的时滞影响及其消除的问题。在高速情况下，必须研究集数控系统与控制对象为一体的整体联动、基于整体动力点的非线性控制策略、智能化控制方法等。
三、伺服高精度控制系统
由于常见的数控绕线机在绕制高品质细微或超细漆包线时，会遇到如无法达到整齐排线，绕线张力无法控制等，特别是绕制0.1mm以下的一些音圈、传感器机芯等线圈时，问题尤为突出。因此才出现伺服高精度控制系统的绕线机。
高精度控制系统的出现是为了满足高品质漆包线线圈的要求，该系统采用了双伺服加PLC的设计，其控制精度要远远高于普通绕线机。PLC控制单元使绕线机的功能自定义性更强，常用于超细线的线圈加工和高精度要求的线圈加工[4-6]。
四、小结
进入21世纪以来，随着高新技术不断涌现，个人计算机核心处理器性能的不断提高以及PLC、伺服驱动装置、步进电机、伺服电机、精密传感器、执行元件大量的应用于绕线机，使得当今绕线机绕线的速度，线圈的精度，生产效益都得到很大提高。另外随着绕线机由通用型向专用型转变，越来越多的各行业专门使用的专用型绕线机将会出现，这也是绕线机今后发展的方向。
参考文献：
[1]罗玲，陈一航.基于单片机控制的绕线机系统设计[J].盐城工学院学报（自然科学版）2009（02）
[2]高振华，梁荣海，姜宗林. 数控绕线机研究与设计[J].现代制造技术与装备.2006（02）
[3]陶建华，周武，刘晓初，张斐. 面向绕线机的开放式数控系统[J].机械与电子.2010（03）
[4]刘晓勇，方晓燕.基于PC和PLC的绕线机数控系统研究[J].机床电气.2004.1.46-47
[5]刘洪玮；郭吉丰；孙云云；任军军.两轴伺服控制的绕线机系统[J].电气传动.2010（09）
[6]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（08）