智能制造裝備電氣傳動控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試 課件匯 第6-10章 步進(jìn)伺服系統(tǒng)安裝與調(diào)試-數(shù)控機(jī)床電氣傳動新技術(shù)

項目6步進(jìn)伺服系統(tǒng)安裝與調(diào)試6.1步進(jìn)電機(jī)6.2步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計算6.3步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性6.4步進(jìn)驅(qū)動控制系統(tǒng)6.5步進(jìn)伺服系統(tǒng)應(yīng)用案例6.1步進(jìn)電機(jī)6.1.1步進(jìn)電機(jī)概述步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的電磁機(jī)械裝置。對步進(jìn)電機(jī)施加一個電脈沖信號時，它就旋轉(zhuǎn)一個固定的角度，稱為一步，對應(yīng)走過的角度，稱為步距角。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，只需控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機(jī)繞組的通電順序，便可獲得所需要的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向步進(jìn)電機(jī)具有較好的定位精度，無漂移，只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。但在低速時有較大的噪聲和振動，在過載或高轉(zhuǎn)速時會產(chǎn)生失步現(xiàn)象。主要應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和各種小型自動化設(shè)備及儀器。6.1.1步進(jìn)電機(jī)概述按力矩產(chǎn)生的原理分1.反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：2.激磁式步進(jìn)電機(jī)：轉(zhuǎn)子無繞組；定子上有繞組，被激磁后產(chǎn)生反應(yīng)力矩，實現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動轉(zhuǎn)子有繞組(或用永久磁鋼)；定子上有繞組；繞組被激磁后產(chǎn)生電磁力矩，實現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動按輸出力矩大小分1.伺服式步進(jìn)電機(jī):輸出力矩小,只能驅(qū)動較小的負(fù)載;若要驅(qū)動機(jī)床工作臺等較大的負(fù)載,須和液壓扭矩放大器配合2.功率式步進(jìn)電機(jī):輸出力矩較大,能直接驅(qū)動機(jī)床工作臺等較大的負(fù)載按定子數(shù)分1.單定子式2.雙定子式3.三定子式步進(jìn)電機(jī)4.多定子式步進(jìn)電機(jī)按各相繞組分布分:1.徑向分布式:電機(jī)各相按圓周依次排列2.軸向分布式:電機(jī)各相按軸向依次排列6.1.2步進(jìn)電機(jī)的類型6.1.3步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成以單段式三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成（1）定子定子鐵芯上有六個均勻分布的磁極，沿直徑相對的兩個磁極用導(dǎo)線相連，構(gòu)成一相勵磁繞組。每個定子磁極上均勻分布5個齒。6.1.3步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成（2）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵芯上無繞組，只有均勻分布的40個齒，齒槽距相等，齒距角為9°。6.1.3步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成6.1.4步進(jìn)電機(jī)的工作原理(1)工作原理當(dāng)A相通電時，B、C不通電，在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子的1、3齒與定子的A極對齊；A相斷電，B相通電，轉(zhuǎn)子的2、4齒與B極對齊；B相斷電，C相通電，轉(zhuǎn)子的1、3齒與C極對齊；通電順序為A→B→C，轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)；改變通電順序C→B→A，轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)各相繞組輪流通電一次，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個齒距電機(jī)的位置和速度是由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率對應(yīng)的，方向由導(dǎo)電順序決定（2）通電方式電機(jī)每改變一次通電方式，稱為“一拍”，相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度，稱為步距角。三相單三拍通電方式：通電順序為A→B→C，每次只有一相繞組通電，每一個循環(huán)通電三次；每次只有一相繞組通電，容易使轉(zhuǎn)子在平衡位置附近產(chǎn)生振蕩，運(yùn)行穩(wěn)定性差；切換時一相繞組斷電而另一相繞組才開始通電，容易造成失步。三相雙三拍通電方式：通電順序為AB→BC→CA→AB每次通電是兩相繞組同時通電，轉(zhuǎn)子感受到的感應(yīng)力矩大，定位精度高，轉(zhuǎn)換時始終有一相繞組通電，工作穩(wěn)定，不易失步。三相六拍通電方式：通電順序為，A→AB→B→BC→C→CA→A。單、雙相輪流通電。6.1.4步進(jìn)電機(jī)的工作原理6.2步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計算6.2.1步距角每通電一次，步進(jìn)電機(jī)走一步，對應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度就是步距角。每通電一個循環(huán)，電機(jī)走過一個齒距角：Z為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)則步距角為：K=拍數(shù)/相數(shù)，m——相數(shù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多，步距角越小，控制精度就越高。例：一個四相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)z=40，按四相八拍運(yùn)行，則步距角為：按四相四拍運(yùn)行，則步距角為：6.2.1步距角6.2.2步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速若步進(jìn)電機(jī)的步距角用度數(shù)表示，通電脈沖的頻率為f，則轉(zhuǎn)速n(r/min)為若步進(jìn)電機(jī)的步距角用弧度表示，通電脈沖頻率為f，則轉(zhuǎn)速n（r/min）為：在一定的脈沖頻率下，電機(jī)的相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多，轉(zhuǎn)速就越低，相數(shù)多，驅(qū)動電源越復(fù)雜，成本也越高。6.2.3脈沖當(dāng)量步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用在機(jī)床上，是通過減速器或絲杠螺母副帶動工作臺移動。步距角對應(yīng)工作臺的移動量是工作臺的最小運(yùn)動單位，稱為脈沖當(dāng)量δ（mm/脈沖）

t——絲杠導(dǎo)程（mm）i——減速裝置傳動比工作臺移動速度v（mm/min）6.2.4步距角的選擇（1）步距角和步距誤差我國步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.360-900，常用的為7.50/150、30/60、1.50/30、0.90/1.80、0.750/1.50、0.60/1.20、0.360/0.720等幾種。步距誤差：是指步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子每一步實際轉(zhuǎn)過的角度與理論步距角之差值。 這是因為轉(zhuǎn)子的齒距分布不均勻，定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙不均勻等造成的。 連續(xù)走若干步時，上述步距誤差的累積值稱為步距的累積誤差。由于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，將重復(fù)上一轉(zhuǎn)的穩(wěn)定位置，即步進(jìn)電機(jī)的步距累積誤差將以一轉(zhuǎn)為周期重復(fù)出現(xiàn)。（2）步距角的選擇若通電方式和系統(tǒng)的傳動比已經(jīng)初步確定，步距角應(yīng)滿足i——傳動比αmin——最小位移增量（一個脈沖對應(yīng)的位移增量）δ—脈沖當(dāng)量t——絲杠螺距（mm）例：一臺機(jī)床的脈沖當(dāng)量是0.1mm,絲杠螺距為10mm，傳動比為1，則需要的步距角為6.2.4步距角的選擇課堂練習(xí)三相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z=60，（1）三拍通電方式時其步距角是多少？六拍通電方式時其步距角是多少？（2）當(dāng)信號的頻率f=1kHz時，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少？（3）若絲杠螺距t=10mm，傳動比是1，采用三相六拍通電方式，脈沖當(dāng)量是多少？工作臺移動的速度是多少？行業(yè)榜樣胡明華 胡明華，首屆“四川工匠”、四川省“技能人才培育突出貢獻(xiàn)獎（個人）”獲得者，省級技能大師工作室領(lǐng)辦人，高級實驗師，四川省裝備制造業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)工程實驗室副主任。

2008年5月12日，汶川發(fā)生地震后，胡明華帶著15名師生組成技術(shù)服務(wù)隊，深入災(zāi)區(qū)支援災(zāi)后重建。在一個多月里，他們冒著余震的危險為東方汽輪機(jī)有限公司修復(fù)各型數(shù)控機(jī)床50余臺，總價值近1億元。 胡明華的工作地點(diǎn)四川德陽是中國主要的裝備制造業(yè)基地，擁有以中國二重、東電、東汽為代表的裝備制造企業(yè)1400余家，他先后為各類企業(yè)、機(jī)構(gòu)提供數(shù)控設(shè)備維修改造技術(shù)服務(wù)500余次，創(chuàng)造維修產(chǎn)值700多萬元。他在對二重8萬噸模鍛機(jī)驅(qū)動裝置、中科院成都光電所DIXI1200JIG高精度數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備的維修中解決了多個重大技術(shù)難題，其中僅二重8萬噸模鍛機(jī)驅(qū)動裝置維修一項就為企業(yè)節(jié)約200多萬元。他說：“使核心部件國產(chǎn)化，自己掌握核心技術(shù)，關(guān)鍵時刻我們才不會受制于人。希望通過我們的努力，能將核心高端設(shè)備的維修技術(shù)掌握在自己手里，為我們國家的重裝企業(yè)保駕護(hù)航?！?.3步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行特性6.3.1矩角特性

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)上某相定子繞組通電后，轉(zhuǎn)子齒將力求與定子齒對齊，使磁路中的磁阻最小，轉(zhuǎn)子處在平衡位置不動（θ＝0）。如果在電機(jī)軸上外加一個負(fù)載轉(zhuǎn)矩T，轉(zhuǎn)子會偏離平衡位置向負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向轉(zhuǎn)過一個角度θ，角度θ稱為失調(diào)角。有失調(diào)角之后，步進(jìn)電機(jī)就產(chǎn)生一個靜態(tài)轉(zhuǎn)矩（也稱為電磁轉(zhuǎn)矩），這時靜態(tài)轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角θ的關(guān)系叫矩角特性，如圖所示，近似為正弦曲線。該矩角特性上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。在靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，當(dāng)外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩除去時，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩作用下，仍能回到穩(wěn)定平衡點(diǎn)位置（θ＝0）。把區(qū)域-π﹤θ﹤π稱為靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)。電動機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足TL=(0.3-0.5)Tmax

下圖為三相單三拍矩角特性曲線，圖中的A、B分別是相鄰A相和B相的靜態(tài)矩角特性曲線，它們的交點(diǎn)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩是步進(jìn)電機(jī)的最大啟動轉(zhuǎn)矩Tq

。如果外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于Tq

，電機(jī)就不能啟動。如圖所示,當(dāng)A相通電時，若外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩Ta>Tq

，對應(yīng)的失調(diào)角為θa

，當(dāng)勵磁電流由A相切換到B相時，對應(yīng)角，B相的靜轉(zhuǎn)矩為θb。從圖中看出Tb<Tq,電機(jī)不能帶動負(fù)載做步進(jìn)運(yùn)動，因而啟動轉(zhuǎn)矩是電機(jī)能帶動負(fù)載轉(zhuǎn)動的極限轉(zhuǎn)矩。

bABCTbTqTaMθθa起動轉(zhuǎn)矩Ts（即最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩）總是小于最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩6.3.1矩角特性6.3.2矩頻特性動態(tài)轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行時，若輸入脈沖頻率逐漸增加，則電動機(jī)所能帶動負(fù)載轉(zhuǎn)矩將逐漸下降。步進(jìn)電機(jī)的最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩和脈沖頻率的關(guān)系，稱為矩頻特性。fM當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。6.3.2矩頻特性這是因為電動機(jī)的定子繞組是一個感性負(fù)載，在給其加入脈沖電源時，電感中的電流不能突變，并且在電源通斷時會產(chǎn)生反向電動勢，阻礙電流的上升。當(dāng)脈沖電源的頻率高時，在電感中的電流還沒有上升到一定高度時，電源又?jǐn)嗟袅耍翌l率越高，電流上升達(dá)到的高度會更小，這樣在定子繞組中的有效電流值會減小，這樣所能產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩就會下降，所以能帶動的負(fù)載也就會減小。

為什么步進(jìn)電動機(jī)帶負(fù)載的能力會隨著輸入脈沖頻率的增加而逐漸減小呢？6.3.3工作頻率（1）起動頻率fst步進(jìn)電機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下能夠不失步地起動的最高脈沖頻率，稱為起動頻率。在起動過程中，若加給步進(jìn)電機(jī)的指令脈沖頻率如大于啟動頻率，就不能正常工作，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。起動頻率的大小與驅(qū)動電路和負(fù)載大小有關(guān)。步距角越小，負(fù)載越小，則起動頻率越高。步進(jìn)電機(jī)在帶負(fù)載（尤其是慣性負(fù)載）下的啟動頻率比空載要低。而且，隨著負(fù)載加大（在允許范圍內(nèi)），啟動頻率會進(jìn)一步降低。（2）連續(xù)運(yùn)行頻率步進(jìn)電機(jī)起動后，其運(yùn)行速度能根據(jù)指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率，稱為連續(xù)運(yùn)行頻率。其值遠(yuǎn)大于啟動頻率，它也隨著電機(jī)所帶負(fù)載的性質(zhì)和大小而異，與驅(qū)動電源也有很大關(guān)系。失步轉(zhuǎn)矩引入轉(zhuǎn)矩自啟動轉(zhuǎn)區(qū)保持轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)區(qū)，載旋轉(zhuǎn)區(qū)T**保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING

TORQUE）是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。6.3.3工作頻率（3）步進(jìn)電機(jī)的控制過程步進(jìn)電機(jī)在工作時，一般要按照加速-勻速-減速控制規(guī)律進(jìn)行工作。當(dāng)要求步進(jìn)電機(jī)啟動到大于突跳頻率的工作頻率時，起動頻率要小，然后速度再逐漸上升；同樣,當(dāng)要求步進(jìn)電機(jī)從最高工作頻率或高于突跳頻率的工作頻率停止時，變化速度必須逐漸下降。逐漸上升或下降的加速時間、減速時間不能過小，否則會出現(xiàn)失步或越步。6.3.3工作頻率步進(jìn)電機(jī)對速度的控制對你有什么啟示？欲速則不達(dá)6.3.4步進(jìn)電機(jī)存在的問題（1）失步包括丟步和越步丟步是指轉(zhuǎn)子前進(jìn)的步距數(shù)小于脈沖數(shù)越步是指轉(zhuǎn)子前進(jìn)的步距數(shù)多于脈沖數(shù)。失步的原因轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速慢于旋轉(zhuǎn)磁場的速度。如起動頻率過高轉(zhuǎn)子的平均速度大于旋轉(zhuǎn)磁場的速度：主要發(fā)生在制動或突然換相時，轉(zhuǎn)子獲得過得的能量，產(chǎn)生嚴(yán)重的過沖，引起越步。（2）振蕩在低頻區(qū)，共振區(qū)，停車時可能會出現(xiàn)振蕩6.3.4步進(jìn)電機(jī)存在的問題6.4步進(jìn)驅(qū)動控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行需要有一套裝置為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖電源，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性，不僅與電機(jī)本身和負(fù)載有關(guān)，而且與配套的驅(qū)動電源關(guān)系密切。步進(jìn)驅(qū)動控制系統(tǒng)組成如下：6.4.1步進(jìn)驅(qū)動控制系統(tǒng)的組成（1）控制器步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的控制器一般由單片機(jī)或PLC發(fā)出脈沖指令，數(shù)控機(jī)床由數(shù)控裝置產(chǎn)生脈沖指令。6.4.1步進(jìn)驅(qū)動控制系統(tǒng)的組成（2）脈沖分配器由環(huán)形分配器來完成由環(huán)形分配器來完成。將控制器送來的指令脈沖進(jìn)行分配，確定步進(jìn)電動機(jī)各相繞組的通電順序，即控制步進(jìn)電動機(jī)的通電運(yùn)行方式?？梢杂密浖韺崿F(xiàn)，稱為軟環(huán)分；也可以用硬件來實現(xiàn)，稱為硬環(huán)分。6.4.1步進(jìn)驅(qū)動控制系統(tǒng)的組成

驅(qū)動放大電路的功能是將環(huán)形分配器發(fā)出的TTL電平信號經(jīng)放大后給步進(jìn)電動機(jī)的繞組供電。驅(qū)動放大電路的控制方式種類較多，常使用單電壓驅(qū)動、高低壓切換驅(qū)動、恒流斬波、調(diào)頻調(diào)壓等驅(qū)動電路。前置放大輸入VRcRdVDRaUC單電壓驅(qū)動電路原理圖①單電壓驅(qū)動電路L為步進(jìn)電機(jī)勵磁繞組的電感，Ra為繞組電阻，Rc為外接電阻，電阻Rc并聯(lián)一電容C，可以提高負(fù)載瞬間電流的上升率，從而提高電動機(jī)快速響應(yīng)能力和啟動性能。

環(huán)形分配器輸出為高電平時，T飽和導(dǎo)通，繞組電流按指數(shù)曲線上升，電路時間常數(shù)τ=L/(Ra+Rc)，它表示功放電路在導(dǎo)通時允許步進(jìn)電機(jī)繞組電流上升的速率。串聯(lián)電阻Rc可以使電流上升時間減小，改善帶負(fù)載能力。但電阻消耗了一部分功率，降低了效率。當(dāng)環(huán)形分配器輸出為低電平時，T截止，繞組斷電，因步進(jìn)電機(jī)的繞組是電感性負(fù)載，當(dāng)T管從飽和到突然截止的瞬間，將產(chǎn)生一較大反電勢，此反電勢與電源電壓疊加在一起加在T管的集電極上，可能會使T管擊穿。（3）功率放大6.4.1步進(jìn)驅(qū)動控制系統(tǒng)的組成②高低壓切換驅(qū)動電路

這種電路的特點(diǎn)是繞組每次通電時，首先接通高壓，以保證電流以較快的速度上升，然后改由低壓供電，維持繞組中的電流為定額值。6.4.1步進(jìn)驅(qū)動控制系統(tǒng)的組成③恒流斬波電路

恒流斬波驅(qū)動電路也稱定電流驅(qū)動電路，或稱波頂補(bǔ)償控制驅(qū)動電路。它能克服高低壓切換驅(qū)動電路的出現(xiàn)谷點(diǎn)的現(xiàn)象，并且提高電動機(jī)的效率和力矩。這種驅(qū)動電路也有高、低電壓兩個電源。它隨時檢測繞組的電流值，當(dāng)繞組電流值下降到下限設(shè)定值時，便使高壓功率管導(dǎo)通，采用高壓供電，使繞組電流上升；當(dāng)繞組電流值上升到上限值時，便關(guān)斷高壓管，采用低壓供電，使繞組電流下降。

這樣，在一個步進(jìn)周期內(nèi)，高壓管多次通斷，使繞組電流在上、下限之間波動，接近恒定值，提高了繞組電流的平均值，有效的抑制了電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的降低。6.4.1步進(jìn)驅(qū)動控制系統(tǒng)的組成④細(xì)分驅(qū)動電路

前述的各種驅(qū)動電路，都是按電動機(jī)工作方式輪流給各相繞組供電，每來一個脈沖，就換一次相，但通電相的電流大小是一定的。如果一拍中，通電相的電流不是一次達(dá)到最大值。而是分成多次，每次繞組中的電流增加一些。每次增加，都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一小步。同樣，繞組電流的下降也是分多次完成的。這樣步進(jìn)電機(jī)原來一個步距，便分成許多微步運(yùn)動來完成，即實現(xiàn)了步距的細(xì)分。

這樣便提高了步進(jìn)電機(jī)的分辨力，運(yùn)動更加平穩(wěn)，減小了振動，降低了噪聲，且不易失步。要實現(xiàn)細(xì)分，需將繞組中的矩形脈沖電流變成梯形電流。6.4.1步進(jìn)驅(qū)動控制系統(tǒng)的組成6.4.2步進(jìn)驅(qū)動器實例M535S驅(qū)動器脈沖信號方向信號使能信號設(shè)定開關(guān)驅(qū)動器輸入電源連接步進(jìn)電機(jī)電流設(shè)定表步距細(xì)分設(shè)定表6.4.3步進(jìn)伺服系統(tǒng)應(yīng)用案例案例1：單片機(jī)+M535步進(jìn)驅(qū)動器案例2：PLC+M535步進(jìn)驅(qū)動器使用西門子S7-200PLC作控制器，用M535步進(jìn)驅(qū)動器構(gòu)成一個步進(jìn)伺服系統(tǒng)。（1）設(shè)計控制系統(tǒng)的電氣原理圖（2）編寫PLC程序6.4.3步進(jìn)伺服系統(tǒng)應(yīng)用案例西門子S7-200需要用到的硬件資源（高速脈沖輸出口Q0.0或Q0.1）指令：PTO或PWM指令硬件接口連接：6.4.3步進(jìn)伺服系統(tǒng)應(yīng)用案例案例3：在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)各軸輸出的控制信號為脈沖指令。例如：西門子802S、801、808D

華中數(shù)控系統(tǒng)HNC-21TD、HNC-21MD6.4.3步進(jìn)伺服系統(tǒng)應(yīng)用案例M535S驅(qū)動器控制57HS13步進(jìn)電機(jī)6.4.3步進(jìn)伺服系統(tǒng)應(yīng)用案例驅(qū)動器可以使用一般的步進(jìn)驅(qū)動器，也可使用數(shù)控系統(tǒng)廠家自己生產(chǎn)的驅(qū)動器，例如西門子廠家有V60驅(qū)動器、STEPDRIVERSINAMICSV60與提供脈沖/方向信號的數(shù)控系統(tǒng)配合，如SINUMERIK801、SINUMERIK802Sbaseline、SINUMERIK808D等數(shù)控系統(tǒng)，為經(jīng)濟(jì)型車床及銑床提供完整解決方案，主要適用于注重經(jīng)濟(jì)性的簡單應(yīng)用場合。6.4.3步進(jìn)伺服系統(tǒng)應(yīng)用案例數(shù)控系統(tǒng)802S與STEPDRIVER驅(qū)動器的連接行業(yè)榜樣李正望2019年畢業(yè)于四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)，現(xiàn)就職于中國航空標(biāo)準(zhǔn)件有限責(zé)任公司，在2021年舉辦的貴州省第一屆國防工業(yè)職業(yè)技能大賽中，李正望奪得大賽電工組第一名。2022年，李正望被授予“貴州省五一勞動獎?wù)隆?。李正望參加工作后，踏實肯干，主動參與維修各類生產(chǎn)設(shè)備900余項，節(jié)約維修費(fèi)用三十多萬。2021年，他主動加班搶修各類設(shè)備時間高達(dá)1025小時，為公司生產(chǎn)提供了有力的保障。項目7交流通用伺服系統(tǒng)安裝與調(diào)試7.1伺服電機(jī)7.2伺服驅(qū)動器7.3典型應(yīng)用案例7.1伺服電機(jī)7.1.1什么是伺服電機(jī)（1）伺服電機(jī)（ServoMotor)

伺服（Servo)源自英文servant(即奴隸、仆人），指能忠實的執(zhí)行控制器發(fā)出的命令。 人們想把“伺服機(jī)構(gòu)”當(dāng)個得心應(yīng)手的馴服工具，服從控制信號的要求而動作。在訊號來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動；訊號來到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動；當(dāng)訊號消失，轉(zhuǎn)子能即時自行停轉(zhuǎn)。由于它的“伺服”性能，因此而得名。伺服電動機(jī)又稱執(zhí)行電動機(jī)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出，以帶動控制對象。（2）伺服電機(jī)的類型交流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)交流永磁同步伺服電機(jī)交流感應(yīng)伺服電機(jī)磁阻式伺服電機(jī)永磁無刷直流電機(jī)目前廣泛使用交流永磁同步伺服電機(jī)7.1.1什么是伺服電機(jī)（3）伺服電機(jī)實例7.1.1什么是伺服電機(jī)德國西門子，產(chǎn)品外形有：1KF7交流伺服電機(jī)1PH7交流伺服電機(jī)7.1.1什么是伺服電機(jī)美國科爾摩根，產(chǎn)品外形有：伺服電機(jī)伺服電機(jī)驅(qū)動器7.1.1什么是伺服電機(jī)日本松下及安川，產(chǎn)品外形有：安川伺服電機(jī)驅(qū)動器松下A4驅(qū)動器及伺服電機(jī)7.1.1什么是伺服電機(jī)7.1.1什么是伺服電機(jī)7.1.1什么是伺服電機(jī)7.1.2伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)組成由定子和轉(zhuǎn)子以及檢測裝置組成VSVS脈沖編碼器轉(zhuǎn)子定子接線盒定子三相繞組定子由鐵心和線圈組成7.1.2伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)組成轉(zhuǎn)子是永磁體7.1.2伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)組成7.1.3伺服電機(jī)工作原理（1）伺服電機(jī)工作原理當(dāng)給三相定子繞組加入對稱的三相交流電后，流過繞組的電流在定子、轉(zhuǎn)子氣隙中建立旋轉(zhuǎn)磁場，因為轉(zhuǎn)子采用永磁體結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)磁場就吸引轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。改變?nèi)嘟涣麟姷念l率，就可以改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度。當(dāng)三相交流電的頻率降為0時，轉(zhuǎn)子會被鎖住不動。7.1.4伺服電機(jī)銘牌（1）該電動機(jī)的生產(chǎn)單位是

。（2）該電動機(jī)是

電動機(jī)，型號為

。（3）當(dāng)定子電壓的有效值為120V時，額定轉(zhuǎn)速為1500rpm時，輸出扭矩為

。（4）最大轉(zhuǎn)速為

。（5）60K溫升時的失速轉(zhuǎn)矩（零速時的轉(zhuǎn)矩，此時電機(jī)作為電制動器將所帶的負(fù)載保持在指定位置）為

，失速電流為

。（6）內(nèi)置光電編碼器的分辨率是

。（7）電機(jī)的防護(hù)等級為____________________。IMB5表示安裝結(jié)構(gòu)型式，機(jī)座無底座，端蓋上有大凸緣，軸伸在凸緣端?！癟h.Cl.F”是指所采用的電機(jī)絕緣材料耐熱等級為F級

KTY84：定子繞組溫度傳感器，表示溫度監(jiān)控EN60034：符合標(biāo)準(zhǔn)7.1.4伺服電機(jī)銘牌7.1.5伺服電機(jī)使用中的注意事項交流伺服電機(jī)在使用過程中應(yīng)該注意以下幾方面的問題：（1）電機(jī)在安裝、拆卸、搬動過程中要輕拿輕放，防止碰撞，特別是編碼器部位絕對不能用錘子敲擊，否則很容易損壞編碼器內(nèi)部的光學(xué)元件。（2）伺服電機(jī)必須與配套的伺服驅(qū)動器使用。從上面的伺服電機(jī)銘牌可以看到，不同品牌的交流伺服電機(jī)，其額定電壓不同，并且不是平?？吹降臉?biāo)準(zhǔn)的220V或380V的電壓，必須與相同品牌的配套的伺服驅(qū)動器一起使用。（3）電機(jī)的U、V、W三相繞組在連線時，必須按照技術(shù)手冊上的說明連接，不能隨便交換相線。當(dāng)需要改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向時，不能象交流異步感應(yīng)電動機(jī)那樣任意交換電機(jī)的相線，可通過修改參數(shù)達(dá)到改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的目的。（4）不要輕易將電機(jī)解體，如果需要解體電機(jī)，必須做好編碼器與電機(jī)轉(zhuǎn)子標(biāo)識，因為電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置檢測與定位是系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要前提，否則，必須采取專用設(shè)備對伺服電機(jī)進(jìn)行對零。7.1.5伺服電機(jī)使用中的注意事項7.1.6伺服電機(jī)好壞檢測交流伺服電機(jī)檢測一般應(yīng)該檢查以下幾個部分：伺服電機(jī)、編碼器、抱閘裝置、溫度傳感器。伺服電機(jī)檢測(思考：交流異步感應(yīng)電動機(jī)怎么檢測好壞？）

伺服電機(jī)的檢測可通過以下幾種方式初步判斷好壞： (1)用萬用表歐姆檔測量三相繞組的阻值，三相阻值是否平衡；再用兆歐表檢測繞組對機(jī)殼絕緣電阻是否達(dá)到0.5MΩ。(2)將交流伺服電機(jī)的U、V、W三相繞組如圖7.8連接三只電壓表，勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，交流伺服電機(jī)相當(dāng)于一臺發(fā)電機(jī)，如果觀察到三只電壓表的讀數(shù)相同，可判斷伺服電機(jī)正常，若三只電壓表讀數(shù)不同，或轉(zhuǎn)動過程阻力大，可判斷伺服電機(jī)存在問題。7.1.6伺服電機(jī)好壞檢測（3）斷開伺服電機(jī)的三相連線，旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子，能輕松的轉(zhuǎn)動；將電機(jī)的三相連線短接，旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子，能感受到阻力，電機(jī)越大，阻力越大，可判斷電機(jī)基本正常。編碼器檢測交流伺服電機(jī)尾部的檢測裝置通常是編碼器，編碼器送出的信號形式通常有脈沖方波信號、sin/cos及高速通信信號。對脈沖方波、sin/cos信號的編碼器可通過以下的幾種方式進(jìn)行檢測判斷好壞。7.1.6伺服電機(jī)好壞檢測（1）用萬用表進(jìn)行測量

首先給編碼器接入工作電源，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，若是脈沖方波信號，用萬用表的直流電壓檔分別測量A、B信號，萬用表的讀數(shù)為編碼器電源電壓的1/2，C信號只在某一處有電源電壓，其余位置讀數(shù)均為0V；（2）用示波器測量

首先給編碼器接入工作電源，雙蹤示波器的兩個探頭分別測量A、B信號，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，應(yīng)該觀察到兩路連續(xù)方波信號，A、B信號在相位上相差90°。測量C信號，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一圈，可觀察到一個方波信號。7.1.6伺服電機(jī)好壞檢測抱閘線圈檢測

用于銑床的Z軸或斜床身車床的X軸的伺服電機(jī)，為防止在停機(jī)時，軸在重力作用下的下滑，一般還有抱閘線圈，可通過以下方法檢測其好壞：首先用萬用表測量抱閘線圈的電阻，檢測其通路；用手旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子不能轉(zhuǎn)動；為線圈接入需要的工作電源，用手旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子，應(yīng)該能輕松轉(zhuǎn)動。溫度傳感器檢測有的伺服電機(jī)為監(jiān)測電機(jī)的溫度，在定子線組中安裝有溫度傳感器，如西門子的伺服電機(jī)，安裝有KTY84溫度傳感器，可用萬用表測量溫度傳感器的電阻大約為2KΩ。7.1.6伺服電機(jī)好壞檢測7.1.7伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的對比伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)1、結(jié)構(gòu)定子：三相繞組轉(zhuǎn)子：永磁體檢測裝置2、工作原理速度隨著電源頻率改變轉(zhuǎn)角位置由尾部的編碼器檢測1、結(jié)構(gòu)定子：轉(zhuǎn)子：均勻分布很多齒無檢測裝置2、工作原理速度隨著脈沖頻率改變轉(zhuǎn)角位置由脈沖個數(shù)決定伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)3、控制精度交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證4、低頻特性運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象3、控制精度步距角4、低頻特性在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象

7.1.7伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的對比伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)5、矩頻特性交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。5、矩頻特性步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。7.1.7伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的對比伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)6、過載能力交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍6、過載能力步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力7.1.7伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的對比伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)7、運(yùn)行性能交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。7、運(yùn)行性能步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。7.1.7伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的對比伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)8、響應(yīng)速度交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。8、響應(yīng)速度步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。7.1.7伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的對比綜上所述，伺服電機(jī)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。7.1.7伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的對比7.1.8伺服電機(jī)與異步感應(yīng)電動機(jī)對比伺服電機(jī)異步感應(yīng)電動機(jī)1、結(jié)構(gòu)2、工作原理3、低速特性4、響應(yīng)特性1、結(jié)構(gòu)2、工作原理3、低速特性4、響應(yīng)特性在學(xué)習(xí)中對相近的知識要善于對比總結(jié)，找出差別，才能對知識掌握更牢固。7.2交流通用伺服驅(qū)動器7.2.1專用伺服與通用伺服（1）專用伺服 數(shù)控系統(tǒng)廠家生產(chǎn)的與自己的數(shù)控系統(tǒng)配套的伺服驅(qū)動產(chǎn)品，稱為專用伺服驅(qū)動器。 各大數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)都有自己的交流伺服產(chǎn)品，如SIEMENS的611系列和S120系列、FANUC的α系列和β系列、國內(nèi)廠家如華中數(shù)控的HSV系列伺服系統(tǒng)等；（2）通用伺服由一般的工控產(chǎn)品廠家生產(chǎn)的伺服驅(qū)動產(chǎn)品，稱為通用伺服驅(qū)動器安川伺服驅(qū)動器7.2.1專用伺服與通用伺服通用伺服實例7.2.1專用伺服與通用伺服艾默生CTDigitaxST系列伺服驅(qū)動器施耐德Lexium23系列通用型伺服7.2.1專用伺服與通用伺服臺達(dá)伺服驅(qū)動器7.2.1專用伺服與通用伺服注意：選擇伺服電機(jī)必須與伺服驅(qū)動器配套，即伺服驅(qū)動器與伺服電機(jī)應(yīng)該選擇同一個品牌的產(chǎn)品。7.2.1專用伺服與通用伺服7.2.2通用伺服驅(qū)動器工作原理（1）驅(qū)動器的主回路整流濾波制動電路逆變電路動態(tài)制動器（1）驅(qū)動器的主回路a整流回路：

將交流轉(zhuǎn)變成直流，可分為單相和三相整流橋。濾波電容：對整流電源進(jìn)行平滑，減少其脈動成分。c再生制動：所謂再生制動就是指馬達(dá)的實際轉(zhuǎn)速高于指令速度時，產(chǎn)生能量回饋的現(xiàn)象。再生制動回路就是用來消耗這些回饋能源的裝置。d逆變回路：生成適合馬達(dá)轉(zhuǎn)速的頻率、適合負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小的電流，驅(qū)動馬達(dá)。逆變模塊采用IGBT開關(guān)元件。e動態(tài)制動器：具有在基極斷路時，在伺服馬達(dá)端子間加上適當(dāng)?shù)碾娮杵鬟M(jìn)行短路消耗旋轉(zhuǎn)能，使之迅速停轉(zhuǎn)的功能。7.2.2通用伺服驅(qū)動器工作原理MREA/D功率放大器序列控制器誤差檢出門激勵8888888操作人員接口參數(shù)控制EEPROM保護(hù)電路A/D位置誤差計數(shù)器放大器速度誤差放大器速度檢出內(nèi)速度指令轉(zhuǎn)矩限位電流控制PWM電路處理編碼器信號位置/速度速度轉(zhuǎn)矩位置內(nèi)外16位報警信號脈沖指令速度指令轉(zhuǎn)矩指令脈沖輸出LED面板B1B2PtrL1L2L3+5V+/-12V門激勵電源編碼器電源（2）原理框圖7.2.2通用伺服驅(qū)動器工作原理7.2.2通用伺服驅(qū)動器工作原理控制原理框圖是一個位置、速度、電流三環(huán)的一個控制系統(tǒng)。下面再看臺達(dá)的交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)7.2.2通用伺服驅(qū)動器工作原理7.2.3交流通用伺服驅(qū)動器的控制模式（1）轉(zhuǎn)矩控制模式通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機(jī)軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，主要應(yīng)用于需要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)矩的場合。電流環(huán)的控制對電機(jī)的速度、位置都沒要求，主要關(guān)心轉(zhuǎn)矩的大?。?）速度控制模式通過模擬量的輸入對轉(zhuǎn)動速度的控制。速度環(huán)的控制對電機(jī)的位置、速度有一定精度要求，而對實時轉(zhuǎn)矩不太關(guān)心，若上位控制器有比較好的控制功能，就選擇速度控制模式。在數(shù)控機(jī)床上，上位控制器是CNC，有很強(qiáng)的運(yùn)算能力，運(yùn)算速度非?？欤恢梅答佇盘枀⑴c運(yùn)算，有很好的控制功能，所以交流伺服會選擇速度控制模式。位置環(huán)會由CNC來完成。7.2.3交流通用伺服驅(qū)動器的控制模式（3）位置控制模式伺服中最常用的控制，位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度,所以一般應(yīng)用于定位裝置。位置、速度、電流三環(huán)的控制對電機(jī)的位置、速度有一定精度要求，而對實時轉(zhuǎn)矩不太關(guān)心，上位控制器本身運(yùn)算速度慢（如PLC或低端運(yùn)動控制器，位置反饋信號不參與運(yùn)算，只作為報警或誤差計算的參考，這時候交流伺服驅(qū)動器選擇位置控制模式。上位機(jī)發(fā)出脈沖，脈沖的頻率決定電機(jī)的速度，脈沖的個數(shù)決定電機(jī)轉(zhuǎn)動位置。這時候的交流伺服系統(tǒng)類似于步進(jìn)伺服系統(tǒng)。但由于伺服電機(jī)的優(yōu)異性能，此時的控制系統(tǒng)的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于步進(jìn)伺服系統(tǒng)。7.2.3交流通用伺服驅(qū)動器的控制模式思考1：上面三種模式，哪種模式響應(yīng)速度最快？7.2.3交流通用伺服驅(qū)動器的控制模式伺服驅(qū)動器與變頻器的對比1、主回路伺服驅(qū)動器與變頻器的主回路構(gòu)成基本相同在有的伺服驅(qū)動器中增加了動態(tài)制動器的部件，停止時，該部件可以吸收伺服電機(jī)積蓄的慣性能量，對伺服電機(jī)進(jìn)行制動2、控制回路與變頻器相比，伺服驅(qū)動器的控制回路更加復(fù)雜，需要復(fù)雜的反饋、控制模式切換、限制（電流、轉(zhuǎn)矩、速度）等功能。3、應(yīng)用7.2.3交流通用伺服驅(qū)動器的控制模式7.2.4松下A4系列伺服驅(qū)動器介紹（1）實例（2）規(guī)格型號（3）接口介紹7.2.4松下A4系列伺服驅(qū)動器介紹電源接口和電機(jī)接口7.2.4松下A4系列伺服驅(qū)動器介紹控制接口常用的控制信號說明7.2.4松下A4系列伺服驅(qū)動器介紹1、松下A4系列伺服驅(qū)動器介紹常用的控制信號說明參數(shù)7.2.4松下A4系列伺服驅(qū)動器介紹參數(shù)設(shè)置7.2.4松下A4系列伺服驅(qū)動器介紹案例1以西門子802C數(shù)控系統(tǒng)與A4伺服驅(qū)動器的連接為例，介紹A4驅(qū)動器與數(shù)控系統(tǒng)的具體連線。（1）電源電路設(shè)計，注意通電時序（2）各部分端口設(shè)計注意：控制接口應(yīng)該按什么控制模式連接？7.2.5典型應(yīng)用案例7.2.5典型應(yīng)用案例案例2條件：數(shù)控系統(tǒng)選擇華中HNC-21MD數(shù)控系統(tǒng)，伺服驅(qū)動器選擇松下A4系列的MCDDT3520。7.2.5典型應(yīng)用案例（1）華中數(shù)控系統(tǒng)HNC-21MD接口介紹華中數(shù)控系統(tǒng)HNC-21MD的XS30-XS33為模擬式、脈沖式進(jìn)給軸控制接口，控制接口引腳定義如圖所示。7.2.5典型應(yīng)用案例思考：華中數(shù)控系統(tǒng)HNC-21MD的輸出信號為脈沖信號，伺服驅(qū)動器應(yīng)該選擇什么控制模式？7.2.5典型應(yīng)用案例（2）控制系統(tǒng)電氣原理圖7.2.5典型應(yīng)用案例思考：如果華中數(shù)控系統(tǒng)HNC-21的XS30-XS33輸出模擬信號，應(yīng)該與松下A4伺服驅(qū)動器怎么連接？7.2.5典型應(yīng)用案例案例3（1）條件：控制器選擇S7-200PLC伺服驅(qū)動器選擇松下A4系列的MCDDT3520（2）分析S7-200有關(guān)高速脈沖輸出的知識必須選擇晶體管輸出的CPU；輸出接口Q0.0和Q0.1指令PTO或PWM指令7.2.5典型應(yīng)用案例（3）繪制電氣原理圖重點(diǎn)在PLC輸出接口Q0.0或Q0.1與驅(qū)動器X5接口的連接，（注意PLC輸出24V高電平，需要加限流電阻）7.2.5典型應(yīng)用案例面對不同的應(yīng)用條件，工程中我們可以采取不同的解決方案在生活中，面對不同的情況，我們該怎么處理問題呢？行業(yè)榜樣丁鵬2019年畢業(yè)于四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)，現(xiàn)就職于中核建中核燃料元件有限公司，從事維修電工。在工作中，他愛崗敬業(yè)，精益求精，刻苦鉆研技術(shù)，展現(xiàn)了青年工作者用技能報效祖國的責(zé)任擔(dān)當(dāng)和愛國情懷，獲得公司的多項榮譽(yù)。在2021年四川省國防科技工業(yè)職工職業(yè)技能大賽中獲得電工第一名，被授予“四川省五一勞動獎?wù)隆?、“四川省技術(shù)能手”。項目8

西門子專用伺服驅(qū)動系統(tǒng)介紹SIMODRIVE611系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)SINAMICSS120Combi系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)西門子其它伺服驅(qū)動產(chǎn)品1、SIMODRIVE611系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)1.simodrive611系列伺服的類型（1）通用型SIMODRIVE611U：611U不僅可以采用全數(shù)字式驅(qū)動，與802D、802DBaseline等CNC配套使用，還可以選用模擬式驅(qū)動，與802C/Ce/CBaseline等CNC配套使用，使用方便靈活，通用性強(qiáng)。（2）通用E型SIMODRIVE611Ue使用ProfiBus-DP總線接口控制的驅(qū)動器，只能與帶ProfiBus-DP總線的CNC（802D、802DBaseLine)配套使用。1、SIMODRIVE611系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)1.simodrive611系列伺服的類型（2）通用E型SIMODRIVE611Ue使用ProfiBus-DP總線接口控制的驅(qū)動器，只能與帶ProfiBus-DP總線的CNC（802D、802DBaseLine)配套使用。1、SIMODRIVE611系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)1.simodrive611系列伺服的類型（3）數(shù)字型SIMODRIVE611D；全數(shù)字伺服驅(qū)動系統(tǒng)，與SINUMERIK840D/810D配套使用。1、SIMODRIVE611系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)2.電源濾波器電源濾波器安裝在變壓器之后，整流電抗器之前，其主要作用在于消除611伺服驅(qū)動工作過程中逆變器單元產(chǎn)生的電磁噪聲對電網(wǎng)產(chǎn)生的干擾，同時也抑制電網(wǎng)對伺服驅(qū)動系統(tǒng)造成影響。電源濾波器在驅(qū)動系統(tǒng)中不是必須的，可根據(jù)實際情況選配，1、SIMODRIVE611系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)3.整流電抗器安裝在濾波器后，電源模塊前，與I/R型電源模塊組成PWM整流，實現(xiàn)穩(wěn)壓和電能回饋，而對UI型電源模塊不是必須的。1、SIMODRIVE611系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)4.電源模塊（1）電源模塊的功能

電源模塊通過直流母線P600/M600輸出伺服系統(tǒng)所需的600V（或530V）直流母線電壓給功率單元；通過設(shè)備總線X351接口輸出24V、±15V、5V、脈沖電源等弱電電源，為840D數(shù)控單元提供工作電源，為軸控制單元提供工作電源、使能信號及監(jiān)控信號。1、SIMODRIVE611系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)4.電源模塊（2）電源模塊類型

電源模塊有不可控電源模塊UI（也稱為非調(diào)節(jié)型電源模塊）和可控電源模塊I/R（也稱為調(diào)節(jié)型電源模塊）。1、SIMODRIVE611系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)5.伺服驅(qū)動模塊伺服驅(qū)動模塊如圖所示，它包括功率單元和軸控制單元（簡稱軸控制卡）兩個部分1、SIMODRIVE611系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)5.伺服驅(qū)動模塊伺服驅(qū)動模塊如圖所示，它包括功率單元和軸控制單元（簡稱軸控制卡）兩個部分1、SIMODRIVE611系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)6.應(yīng)用案例數(shù)控機(jī)床控制一個主軸和五個進(jìn)給軸X、Y、Z、A、B，配置SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)和SIMODRIVE611D伺服系統(tǒng)，包括一個I/R電源模塊和3個雙軸的伺服驅(qū)動模塊，安裝排列如圖8.6所示。在電源模塊之前還安裝有電源濾波器和整流電抗器。1、SIMODRIVE611系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)6.應(yīng)用案例611伺服實物2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)可與西門子的數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK840Dsl、SINUMERIK828DBASIC、SINUMERIK828D、SINUMERIK828DADVANCED等配套使用，用于數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動。該驅(qū)動系統(tǒng)包括書本型、裝置型、模塊型、緊湊書本型四種類型。書本型和裝置型都是通過電源模塊供電，模塊型類似于變頻器，整流與逆變?yōu)橐惑w，緊湊書本型與書本型一樣，只是體積更小，適合用于安裝條件受限的數(shù)控機(jī)床。2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)2.1模塊型SINAMICSS120模塊型類似一個變頻器，集整流和逆變于一體，既能實現(xiàn)U/F、向量控制，又能實現(xiàn)高精度、高性能的伺服控制，特別適用于單軸的速度和定位控制，又稱為單軸驅(qū)動器。它包括控制單元和功率模塊PM340兩部分。2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)2.1模塊型（1）控制單元控制單元（ControlUnit，CU）如圖所示，它有CU310和CU320兩種規(guī)格。CU310只能控制1個軸，它與功率模塊PM340組合使用，完成PM340的通信、開環(huán)或閉環(huán)控制功能。CU320用于多軸控制，通常與多個電機(jī)模塊、電源模塊等組合使用，以完成多個軸的通信、開環(huán)或閉環(huán)控制，可以控制和協(xié)調(diào)整個驅(qū)動系統(tǒng)中所有模塊，實現(xiàn)各軸間的數(shù)據(jù)交換。2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)2.1模塊型（2）功率模塊功率模塊如圖8.8所示，根據(jù)其功率大小分為模塊型PM340和裝置PM340兩種。模塊型PM340一般功率較小，裝置型PM340功率較大。2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)2.2書本型書本型驅(qū)動系統(tǒng)包括電源模塊、電機(jī)模塊、進(jìn)線電抗器、輸入濾波器、制動模塊等，除電源模塊和電機(jī)模塊，其它均為選件，可根據(jù)需要選配。（1）電源模塊

書本型電源模塊根據(jù)其饋電特性分為3種類型：基本型電源模塊、非調(diào)節(jié)型電源模塊、調(diào)節(jié)型電源模塊。2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)基本型電源模塊（BasicLineModule，BLM）基本電源模塊適合沒有電能回饋到電網(wǎng)的應(yīng)用，有20kW、40kW、100kW三種規(guī)格。2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)非調(diào)節(jié)型電源模塊（SmartLineModule，SLM）非調(diào)節(jié)型電源模塊也稱為回饋電源模塊。二極管電橋負(fù)責(zé)整流，IGBT負(fù)責(zé)回饋，具有100%持續(xù)再生回饋功能。有5kW、10kW、16kW、36kW和55kW2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)節(jié)型電源模塊（ActiveLineModule，ALM）ALM又稱為有源電源模塊，電源模塊是一個自換向整流/回饋單元，其中IGBT負(fù)責(zé)整流和回饋，它產(chǎn)生一個可調(diào)節(jié)的直流母線電壓。ALM的運(yùn)行必須使用配套的有源接口模塊（ActiveInterfaceModule，AIM）。有源接口模塊包含一個電網(wǎng)凈化濾波器、電抗器和基本的干擾抑制功能，電網(wǎng)凈化濾波器可保護(hù)電網(wǎng)不受開關(guān)頻率諧波的干擾。2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)節(jié)型電源模塊（ActiveLineModule，ALM）有16kW、36kW、55kW、80kW、120kW2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)（2）電機(jī)模塊有以下兩種單軸電機(jī)模塊（SingleMotorModule，SMM）雙軸電機(jī)模塊（DoubleMotorModule，DMM）2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)2.3裝置型裝置型伺服驅(qū)動系統(tǒng)又稱為裝機(jī)裝柜型，它與書本型一樣，包括電源模塊、電機(jī)模塊及外圍的濾波器、電抗器等。裝置型的功率遠(yuǎn)大于書本型的功率。2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)2.3裝置型（1）電源模塊

與書本型一樣，電源模塊包括基本型電源模塊BLM、調(diào)節(jié)型電源模塊ALM和非調(diào)節(jié)型電源模塊SLM三種，ALM必須與調(diào)節(jié)型電源接口模塊AIM配套使用。各類型的規(guī)格參見講義中的表格2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)2.3裝置型（2）電機(jī)模塊

裝置型電機(jī)模塊只有單軸電機(jī)模塊2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)2.4緊湊書本型

適用于對驅(qū)動的緊湊性有極高要求的機(jī)床。緊湊書本型具有書本型的所有優(yōu)點(diǎn)并且總體高度更低，在能夠提供相同性能的同時具有更強(qiáng)的過載能力。2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)2.4緊湊書本型（1）電源模塊

緊湊書本型只有一種非調(diào)節(jié)型電源模塊SLM，功率為16kW，訂貨號為6SL3430-6TE21-6AA1。（2）電機(jī)模塊單軸電機(jī)模塊：雙軸電機(jī)模塊：2.SINAMICSS120系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)2.5應(yīng)用實例數(shù)控機(jī)床需要控制1個主軸和四個進(jìn)給軸X、Y、Z、A軸，配置SINUMERIK840DSL數(shù)控系統(tǒng)與SINAMICSS120書本型伺服驅(qū)動系統(tǒng)，包括一個SLM電源模塊、一個單電機(jī)模塊和2個雙電機(jī)模塊。產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代，我們應(yīng)該怎么辦？3.SINAMICSS120Combi伺服驅(qū)動產(chǎn)品SINAMICSS120Combi伺服驅(qū)動產(chǎn)品在數(shù)控機(jī)床上一般可與SINUMERIK840DslBASIC、SINUMERIK828DBASIC、SINUMERIK828D、SINUMERIK828DADVANCED等數(shù)控系統(tǒng)配合使用，是主軸功率15kW以下、五軸以下的緊湊型標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床的最佳選擇。它包括電源濾波器、電源電抗器、功率模塊等。3.SINAMICSS120Combi伺服驅(qū)動產(chǎn)品3.1電源濾波器訂貨號6SL3000-0BE21-6DA□，額定電源功率有10kW、16kW、20kW三種。電源濾波器為選件，可根據(jù)實際需要選配。3.SINAMICSS120Combi伺服驅(qū)動產(chǎn)品3.2電源電抗器

電源電抗器如圖所示，它的作用在于將低頻電網(wǎng)諧波降低到允許范圍內(nèi)。在S120Combi中，必須配置電源電抗器。電源電抗器的規(guī)格見表。3.SINAMICSS120Combi伺服驅(qū)動產(chǎn)品3.3功率模塊 S120Combi功率模塊集成了整流單元、用于3軸或4軸的電機(jī)模塊（逆變器）和一個主軸TTL編碼器的信號轉(zhuǎn)換模塊。有3軸型功率模塊和4軸型功率模塊兩種，4、西門子其它伺服驅(qū)動系統(tǒng)4.1SINAMICSV60 SINAMICSV60與提供脈沖/方向信號的數(shù)控系統(tǒng)配合，如SINUMERIK801、SINUMERIK802Sbaseline、SINUMERIK808D等數(shù)控系統(tǒng)，為經(jīng)濟(jì)型車床及銑床提供完整解決方案，主要適用于注重經(jīng)濟(jì)性的簡單應(yīng)用場合。包含CPM60.1驅(qū)動模塊和1FL5交流伺服電機(jī)。4、西門子其它伺服驅(qū)動系統(tǒng)4.2SINAMICSV70 SINAMICSV70伺服系統(tǒng)由SINAMICSV70伺服驅(qū)動器和SIMOTICSS-1FL6伺服電機(jī)構(gòu)成，通過DriveBus總線接口，與西門子數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK808DADVANCED配套使用。SINAMICSV70伺服驅(qū)動器和SIMOTICSS-1FL6伺服電機(jī)用于進(jìn)給驅(qū)動。4、西門子其它伺服驅(qū)動系統(tǒng)4.2SINAMICSV70 SINAMICSV70主軸驅(qū)動器和SIMOTICSM-1PH1主軸電機(jī)用于主軸驅(qū)動。4、西門子其它伺服驅(qū)動系統(tǒng)4.3SINAMICSV90 SINAMICSV90與SIMOTICSS-1FL6配套使用，組成的伺服驅(qū)動系統(tǒng)可實現(xiàn)位置控制、速度控制和扭矩控制。功率范圍為0.4kW～7kW，電壓范圍為3相AC380V～480V(-15%/+10%)。可以與脈沖控制接口或模擬伺服接口的數(shù)控系統(tǒng)配套使用。行業(yè)榜樣抗震救災(zāi)項目9發(fā)那科伺服驅(qū)動系統(tǒng)1、發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2、發(fā)那科的伺服驅(qū)動系統(tǒng)組成3、αi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品4、

βi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品5、接口介紹1、發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)信號分三路傳送一路信號是FANUC串行伺服總線FSSB總線（FanucSerialServoBus，F(xiàn)SSB），將CNC與伺服放大器連接起來，控制機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動。一路信號是主軸串行總線，傳送主軸的有關(guān)信號，控制主軸驅(qū)動。一路是I/OLink總線，進(jìn)行PLC控制，完成有關(guān)機(jī)床的開關(guān)信號處理。2、發(fā)那科的伺服驅(qū)動系統(tǒng)組成發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)的伺服控制主要含有三個環(huán)節(jié)，又稱為三環(huán)控制，它們是：①位置環(huán)、②速度環(huán)、③電流環(huán)。

3.1概述

αi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品是FANUC數(shù)控系統(tǒng)的高性能伺服驅(qū)動產(chǎn)品，它包括伺服放大器、伺服主軸電機(jī)和伺服電機(jī)，如圖9.2所示。αi系列伺服放大器采用模塊化的結(jié)構(gòu)形式，由電源模塊（PowerSupplyModule，PSM）、主軸放大器模塊（SpindleamplifierModule，SPM）、伺服放大器模塊（ServoamplifierModule，SVM）三部分組成。3、αi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品3、αi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品3.2技術(shù)特點(diǎn)采用光纖總線技術(shù)，線路簡單，抗干擾能力強(qiáng)。配備高分辨率的編碼器，最大分辨率可以達(dá)到1600萬/轉(zhuǎn)。實現(xiàn)高速、高精度的伺服控制。結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。3、αi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品3.3電源模塊（PSM）電源模塊（PSM）是為主軸和伺服提供逆變直流電源的模塊。三相200V的交流電源輸入，經(jīng)PSM處理后，向直流母線排輸送DC300V電壓供主軸和伺服放大器用。另外PSM模塊中有輸入保護(hù)電路，通過外部急停信號ESP或內(nèi)部繼電器MCC控制主電源的輸入，起到輸入保護(hù)作用。3、αi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品3.4主軸放大器模塊（SPM）主軸放大器模塊（SPM）接收數(shù)控系統(tǒng)CNC發(fā)出的串行主軸指令，該指令格式是FANUC公司主軸產(chǎn)品通訊協(xié)議，所以又被稱之為FANUC數(shù)字主軸，與其它公司產(chǎn)品沒有兼容性。該主軸放大器經(jīng)過變頻調(diào)速控制向FANUC主軸電機(jī)輸出動力電源。該放大器JY2和JY4接口分別接收主軸速度反饋信號和主軸位置編碼器信號。3、αi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品3.5伺服放大器模塊（SVM）伺服放大器模塊（SVM）接收從數(shù)控系統(tǒng)CNC通過FSSB傳送的軸控制指令，驅(qū)動伺服電機(jī)按照指令運(yùn)轉(zhuǎn)，同時JFn接口接收伺服電機(jī)編碼器反饋信號，并將位置信息通過FSSB光纜再轉(zhuǎn)輸?shù)紺NC中。αi-B系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品是發(fā)那科αi系列的最新產(chǎn)品4、

βi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品4.1概述βi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品是FANUC公司生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性伺服驅(qū)動產(chǎn)品，它包括多伺服軸/主軸一體型βiSVSP伺服放大器、獨(dú)立型βiSV（FSSB接口）伺服放大器、獨(dú)立型βiSV（I/Olink接口）伺服放大器、βi主軸電機(jī)和伺服電機(jī)。4、

βi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品4.2多伺服軸/主軸一體型伺服放大器（βiSVSP）

多伺服軸/主軸一體型伺服放大器（βiSVSP）可以控制3個進(jìn)給軸和1個主軸。βi系列伺服沒有獨(dú)立的電源模塊和主軸驅(qū)動模塊，因此三相交流200V的電源直接輸入伺服放大器，如果主軸使用伺服主軸，只能選擇βiSVSP模塊。4、

βi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品4.3獨(dú)立型伺服放大器βiSV（FSSB接口）

獨(dú)立型伺服放大器βiSV（FSSB接口）連接在FSSB總線上，接收通過光纖總線從數(shù)控系統(tǒng)傳送來的信號，用作進(jìn)給軸的控制。此時主軸的驅(qū)動往往使用第三方生產(chǎn)的變頻器進(jìn)行控制，具體的接線可參考相應(yīng)的技術(shù)手冊。4、

βi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品4.3獨(dú)立型伺服放大器βiSV（FSSB接口） βiSV-B系列是最新產(chǎn)品，有單軸伺服放大器和雙軸伺服放大器兩種，4、

βi系列伺服驅(qū)動產(chǎn)品4.4獨(dú)立型伺服放大器βiSV（I/Olink接口）

獨(dú)立型伺服放大器βiSV（I/Olink接口）連接在I/OLink總線上，由PMC進(jìn)行控制，可以用作I/OLink軸使用，不能進(jìn)行插補(bǔ)控制，一般是控制加工中心刀庫的定位、上下料機(jī)械手等。。特點(diǎn)采用光纖總線技術(shù)，線路簡單，抗干擾能力強(qiáng)。配備高分辨率的編碼器，最大分辨率可以達(dá)到128,000/轉(zhuǎn)。實現(xiàn)高速、高精度的伺服控制。結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。價格相對α系列便宜控制電源連接5、接口介紹主電源的連接4、接口介紹4、接口介紹FSSB連接MCC與急停的連接MCC：一般用于串接在伺服主電源接觸器的線圈，且交流接觸器線圈電壓不超過