1、伺服電機和伺服驅動器的使用介紹一、伺服電機 伺服驅動器的控制原理伺服電機和伺服驅動器是一個有機的整體,伺服電動機的運行性能是電動機及其 驅動器二者配合所反映的綜合效果。1、永磁式同步伺服電動機的基本結構圖1為一臺8極的永磁式同步伺服電動機結構截面圖,其定子為硅鋼片疊成的鐵芯 和三相繞組,轉子是由高矯頑力稀土磁性材料(例如釹鐵 錋 制成的磁極。為了檢測 轉子磁極的位置,在電動機非負載端的端蓋外面還安裝上光電編碼器。驅動器根據反 饋值與目標值進行比較,調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度(線數。 圖1 永磁式同步伺服電動機的結構圖2 所示為一個兩極的永磁式同步電機工作示意圖, 當定

2、子繞組通上交流電源后, 就產生一旋轉磁場, 在圖中以一對旋轉磁極N、 S表示。 當定子磁場以同步速 n 1逆時針方向旋轉時,根據異性相吸的原理, 定子旋轉磁極就吸引轉子磁極,帶動轉子一起旋轉 , 轉子的旋轉速度與定子磁場的旋轉速度 (同步轉速 n 1 相等。 當電機轉子上的負載轉矩增大時,定、轉子磁極軸線間的夾角 就相應增大,導致穿過各定子繞組平面法線方 向的磁通量減少,定子繞組感應電動勢隨之減小,而使定子電流增大,直到恢復電源 電壓與定子繞組感應電動勢的平衡。這時電磁轉矩也相應增大,最后達到新的穩定狀 態,定、轉子磁極軸線間的夾角 稱為功率角。雖然夾角 會隨負載的變化而改變, 但只要負載不超

3、過某一極限, 轉子就始終跟著定子旋轉磁場以同步轉速 n 1轉動 ,即轉 子的轉速為:(1-1 圖 2 永磁同步電動機的工作原理電磁轉矩與定子電流大小的關系并不是一個線性關系。事實上,只有定子旋轉磁 極對轉子磁極的切向吸力才能產生帶動轉子旋轉的電磁力矩。因此,可把定子電流所 產生的磁勢分解為兩個方向的分量,沿著轉子磁極方向的為直軸(或稱d軸分量,與 轉子磁極方向正交的為交軸(或稱q軸分量。顯然,只有q軸分量才能產生電磁轉矩。 由此可見,不能簡單地通過調節定子電流來控制電磁轉矩,而是 要根據定、轉子 磁極軸線間的夾角確定定子電流磁勢的q軸和d軸分量的方向和幅值,進而分別對q 軸分量和d軸分量加以控

4、制, 才能實現電磁轉矩的控制。 這種按勵磁磁場方向對定子電 流磁勢定向再行控制的方法稱為“磁場定向”的矢量控制。2、位置控制模式下的伺服系統是一個三 閉環控制系統 ,兩個內環分別是電流環和 速度環。 圖 3 穩態誤差接近為零; 動態:在偏差信號作用下驅動電機加速或減速。二、 松下MINAS A5系列AC伺服電機 驅動器的接線和參數設置簡介AC 伺服電機和驅動器MINAS A5 系列對原來的A4 系列進行了性能升級,設定和調 整極其簡單;所配套的電機,采用 20 位增量式編碼器,且實現了低齒槽轉矩化;提 高了在低剛性機器上的穩定性,及可在高剛性機器上進行高速高精度運轉,可應對各 種機器的使用。1

5、、驅動器和伺服電機型號的定義 ·驅動器圖 4 ·伺服電機圖 52、驅動器接口和控制接線 圖 6 主電路接線:連接器 XA 包括主電源輸入端子和控制電源輸入端子,可獨立; 連接器 XB 的電機連接端子連接到伺服電機, 固定接線, 不可反接。 (U相 紅色、 V相 白 色、W相 黑色 ;X6 接口編碼器反饋信號 X4端口:I/O 控制信號端口。YL-335B接線如圖7所示。圖 7X4端口是一個50針端口, 各引出端子功能與運行模式有關。 YL-335B采用位置模式, 并根據設備工作要求,只使用部分端子。此外,伺服ON輸入(29腳 、伺服警報輸出負 端(36腳,ALM-端均在接線

6、插頭內部連接到 COM- 端(0V 。從接線插頭引出的信號只有: 脈沖信號輸入端(OPC1、PULS2、OPC2、SING2 正方向驅動禁止輸入(9腳,POT ,負方向驅動禁止輸入(8腳,NOT注意:采用S7-200系列PLC時, PLC脈沖輸出端的連接與三菱FX系列PLC不同, 圖8(a是FX1N脈沖輸出端與驅動器的連接原理,圖(b 則是西門子S7-226脈沖輸出端與驅動器的連接原理。 圖 83、參數設置 操作面板使用 圖 9 參數設置A5的參數分為7類,即:分類0(基本設定 ;分類1(增益調整 ;分類2(振動抑 制功能 ; 分類3(速度、 轉矩控制、 全閉環控制 YL-335B實際上主要使

7、用基本設定。 A5 伺服參數設置表格設置說明: 控制模式:Pr0.01 =0 位置控制 指令脈沖旋轉方向和指令脈沖輸入方式:Pr0.06,Pr0.07。位置指令 (脈沖列 對應3 形態的輸入:(a 2 相脈沖;(b正向脈沖/負相脈沖 (CW和CCW;(c脈沖列+ 符號。 Pr0.07 規定了確定指令脈沖旋轉方向的方式:兩相正交脈沖(0或2 、CW和CCW (=1 或指令脈沖+指令方向 (=3 。 用PLC的高速脈沖輸出驅動時, 應選擇 Pr0.07=3。 當Pr0.06=0,Pr0.07=3,則指令方向信號SING為高電平(有電流輸入時,正 向旋轉。例如,當PLC編程 使用定位控制指令驅動伺服

8、系統時,需選擇 Pr0.06=0 當 Pr0.06=1,Pr0.07=3,則指令方向信號 SING 為低電平(無電流輸入時,正 向旋轉。例如,在 S7-226編程使用脈沖輸出指令驅動伺服系統時,需選擇 Pr0.06=1 位置控制模式下電子齒輪的概念和電子齒輪參數位置控制模式下,等效的單閉環系統方框圖 圖 10帶積分器的閉環控制系統穩態誤差為零,即輸入的指令脈沖數乘以電子齒輪比, 將與編碼器反饋的脈沖數相等。電子齒輪是一個分/倍頻器,用以按需要改變指令脈沖 數,使之與編碼器反饋脈沖數匹配。YL-335B中,同步輪齒數=12,齒距=5mm, 每轉60 mm,為便于編程計算,希望脈沖 當量為0.01

9、 mm,即伺服電機轉一圈,需要PLC發出6000個脈沖。故設定 Pr0.08=6000。 保護參數:Pr5.04-行程限位禁止輸入無效設置,設定Pr5.04=2,則當左或右限位動作,則會發生Err38 行程限位禁止輸入信號錯 誤報警。二、使用 PLC 的脈沖輸出功能驅動伺服電機1、三菱 FX1N 的定位控制指令定位控制指令包括原點回歸 (ZRN 、 相對位置控制 (DRVI 、 絕對位置控制 (DRVA 和可變速脈沖輸出指令(PLSV 。 原點回歸 DZRN:高速返回到近點,到達近點以爬行速度返回,近點信號 (DOG由 ON 變為 OFF(下降沿停止。當前值寄存器(D8041,D8040清零。

10、執行完成標志是 M8029。 絕對位置控制 DDRVA :給出目標位置的坐標(對于原點的脈沖數,可正負 ,運 行頻率;指定脈沖輸出、方向輸出點。 例:原點回歸子程序圖 11 可變速脈沖輸出指令 DPLSV ,一個附帶旋轉方向的可變速脈沖輸出指令。給定 脈沖輸出頻率(可正負 ,指定脈沖輸出、方向輸出點。在脈沖輸出狀態中,仍然能夠 自由改變輸出脈沖頻率。2、S7-200系列 PLC 的脈沖輸出功能 使用位控響導編程注意問題 點選使用高速計數器 HSC0(模式 12對 PTO 生成的脈沖自動計數的功能 。 為運動包絡指定 V 存儲區地址(修改建議地址 ,應通盤考慮,自行鍵入一個 合適的地址。 由向導

11、生成的四個項目組件(子程序的使用 其中 PTOx_M AN 子程序(手動模式 :將 PTO 輸出置于手動模式。執行這一子程序允許 電機啟動、 停止和按不同的速度運行。 但當 PTOx_M AN 子程序已啟用時, 除 PTOX-CTRL 外任何其他 PTO 子程序都無法執行。 、 PTOx_LDPOS指令(裝載位置 :改變 PTO 脈沖計數器的當前位置值為一個新值。 可用該指令為任何一個運動命令建立一個新的零位置。3、西門子 S7-200系列 PLC 的脈沖輸出指令庫 MAP 脈沖輸出指令庫 MAP 基于 S7-200 PLC本體脈沖輸出指令(PTO ,用于幫助用戶 實現較復雜的定位功能,控制伺

12、服驅動或步進電機。 指令庫安裝例:MAP serv q0.0指令庫安裝 指令庫的內容MAP 包括的指令塊如下表: MAP SERV Q0.0 指令庫的使用a、應用 MAP 庫時,一些輸入輸出點的功能被預先定義,如表 3所示: 抓取機械手裝置從供料站出料臺抓取工件，抓取的順序是：手臂伸出手爪夾緊抓取工件 提升臺上升手臂縮回。 抓取動作完成后，機械手裝置向加工站移動，移動速度不小于 300mm/s。 機械手裝置移動到加工站物料臺的正前方后，即把工件放到加工站物料臺上。機械手裝置 在加工站放下工件的順序是：手臂伸出提升臺下降手爪松開放下工件手臂縮回。 放下工件動作完成 2 秒后，機械手裝置執行抓取加

13、工站工件的操作。抓取的順序與供料站 抓取工件的順序相同。 抓取動作完成后，機械手裝置移動到裝配站物料臺的正前方。然后把工件放到裝配站物料臺 上。其動作順序與加工站放下工件的順序相同。 放下工件動作完成 2 秒后，機械手裝置執行抓取裝配站工件的操作。抓取的順序與供料站 抓取工件的順序相同。 機械手手臂縮回后，擺臺逆時針旋轉 90°，機械手裝置從裝配站向分揀站運送工件，到達 分揀站傳送帶上方入料口后把工件放下，動作順序與加工站放下工件的順序相同。 放下工件動作完成后，機械手手臂縮回，然后執行以 400mm/s 的速度返回原點的操作。返 回 900mm 后，擺臺順時針旋轉 90°

14、，然后以 100mm/s 的速度低速返回原點停止。 當機械手裝置返回原點后，一個測試周期結束。當供料單元的出料臺上放置了工件時，再按一 次啟動按鈕 SB2，開始新一輪的測試。 在上述工作過程中若按下急停按鈕，系統立即停止。急停復位后，系統從斷點開始繼續運 行。 編程要點 a.主要的運行控制是單序列的步進控制，編程時首先要營造工作環境，啟動后進 入運行狀態，執行步進順序控制。 營造工作環境的過程，包含準確尋找抓取機械手裝置的參考點位置，以便在運 行控制中準確定位。該參考點位置位于原點開關的中心線處（故稱原點位置） ，因此， 即使原點開關狀態為 ON，仍未能認為抓取機械手裝置已經在原點位置。 本程

15、序的算法是，使用尋找參考點指令（西門子：Q0_0_Home；三菱：原點回歸指 令 ZRN） ，準確獲得離開原點開關的下降沿位置，然后低速前進一個確定距離，到達原 點開關中心線處。 尋找參考點的方向必須是從左向右的，故在開始使用尋找參考點指令時，若原點 開關狀態為 ON，應首先從右向左運行一段距離，以正確執行尋找參考點指令。 使用西門子 MAP 庫 Q0_0_Home 指令，尋找參考點時的高速，默認值為最高速度的 一半，若認為不合適，須更改背景數據塊中的 VD23。 啟動后主運行控制，西門子：調用“運行控制”子程序，三菱：使用主控指令 主運行控制的條件，一是運行狀態標志為 ON，二是急停按鈕沒有按下。 應用西門子 MAP 庫指令時注意：若急停按鈕按下， “運行控制”子程序停止調用。 但如果急停時，正在應用 Q0_0 _MoveAbsolute 指令驅動機械手運動，則無法控制其停 止。為此在急停按鈕按下時，須用 Q0_0 _Stop