安川伺服讲座

安川伺服系统讲座主讲：胡林辅内容提要一、关于定位控制的学习交流及伺服系统讲解（伺服电机、伺服驱动器结构及工作原理）二、FXPLC定位控制介绍及定位指令的运用三、掌握伺服系统和其他设备的接线方法四、掌握伺服系统的启动及参数设置（安川伺服）五、编写控制程序六、对设备进行调试一、学习交流定位控制及伺服系统定位控制与定位控制方式定位控制应用非常广泛，如机床工作台的臭名远扬以，电梯平层、定处理，立体仓库的操作机取货、送货及各种包装机构输送机械等。和模拟量控制、运动量控制一样定位控制已成为当今自动化技术的一个重要内容。脉冲+方向控制这种控制方式是：一个脉冲输出高速脉冲，脉冲的频率控制运动的速度，脉冲的个数控制运动的位移，另一个脉冲控制运动方向正反向脉冲控制这种控制方式是：通过一个个调整脉冲控制物体的运动，这两个脉冲的频率一样，其中一个为正向脉冲，另一个为反向脉冲与脉冲加方向控制相比，这种方式要战胜两个脉冲输出口，而PLC的调整脉冲输出口本来就比较少，因此这种方式在PLC中很少采用，PLC中采用的大多是脉冲加方向控制方式一、学习交流定位控制及伺服系统双相（A-B）脉冲控制这种方式也需要两个调整脉冲串，但与正反向脉冲控制方式不同。正反向控制脉冲在一人只能出现一个方向的脉冲，不能同时出现两个脉冲，而双相（A-B）脉冲控制是A相和B相脉冲同时输出的，这两个脉冲的频率一样其方向控制是由A相B相的相位关系决定的，当A相超前B相90度时为正向，当B相超前A相90度时为反向差动线驱动脉冲控制差动线驱动又称差分线驱动，上面所介绍三种脉冲输出方式在电路结构上不管是集电极开路输出还是电压输出电路。春本质上是一种单端输出信号，即脉冲信号的逻辑值是由输出端电压所决定的（信号地线电压为0）.差分信号也是两根线传输信号但这两个信号的振幅相等，相位相反，称之为差分信号当差分送到接到上端时，接收端通过这两个信号的差值来判断逻辑值0或1一、学习交流定位控制及伺服系统伺服电机的选用伺服电动机的选用比普通电动机复杂的多，普通电动机仅需考虑其输出功率、额定转速和保护安装方式三人方面就可以了，但对伺服电动机来说，除了考虑功率与转带外，还必须依电动机所驱动的机构特性－负载特性而定，如果没有负载特性的数据，就需要根据理论分析的公式进行一系列计算，得出负载的惯量、负载转矩，推算出加速、减速所需转矩，必要时还需要计算停止运动时的保持转矩，最后根据各种转矩来选用合适的伺服电动机。这个计算过程对于初学者并不合适，一种通用的方法就是进行类比，即参考同行业同类型的设备进行负载机构的质量、配置、方式、运动速度等对比，再参考类比设备的电动机型号的各项参数进行初步选择，然后通过试用来确定所选用型号的电动机是否合适，如不合适，带需另选，直到合适为止一、学习交流定位控制及伺服系统脉冲当量伺服定位控制系统用于加工控制时，加工的精度是一个重要的控制指标。例如在工作患难夫妻直线位移时，其移动距离的精度范围与加工精度息息相关。精度范围越小，则加工精度越高。对这种精度范围的衡量用分辨率表示。什么是脉冲当量？脉冲当量的定义是当控制器输出一个定位控制脉冲时所产生的定位控制移动的位移。对直线运动来说是指移动的距离，对圆周运动来说是人转动的角度。脉冲当量的单位一般采用um/pls。脉冲当量越小，定位控制的分辨率越高，加工精度也越高那么，一个伺服控制系统的脉冲当量是如何计算的呢？下面实例加以说明一、学习交流定位控制及伺服系统例1：控制器PLC输出脉冲为P，丝杠螺距为D，编码器分辨率为Pm，试求该伺服系统的脉冲当量δ设工作台行程为d,丝杠在输入脉冲数P时转动Ns圈，则有d=D*Ns.设电动机圈数为N，即N=Ns,而电动机圈数为N=P/Pmδ=d/P＝D*Ns/P=D*N/P＝D/P*P/Pm=D/Pm脉冲当量＝工作台行程dPLC输出脉冲P=丝杠螺距D×电机转动Ns圈PLC输出脉冲P=丝杠螺距D×电机设定圈数NPLC输出脉冲P=丝杠螺距DPLC输出脉冲P×PLC输出脉冲P编码器分辨率为Pm=丝杠螺距D编码器分辨率为Pm一、学习交流定位控制及伺服系统伺服电机的结构伺服电动机的作用是将输入的电压信号（即控制电压）转换成轴上的角位移或角速度输出，在自动控制系统中常作为执行元件，所以伺服电动机又称为执行电动机，其最大特点是：有控制电压时转子立即旋转，无控制电压时转子立即停转。转轴转向和转速是由控制电压的方向和大小决定的。伺服电动机分为交流和直流两大类一、学习交流伺服系统（伺服电机、伺服驱动器结构及工作原理）交流伺服电动机在没有控制电压时，气隙中只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子上没有启动转矩而静止不动。当有控制电压且控制绕组电流和励磁绕组电流不同相时，则在气隙中产生一个旋转磁场并产生电磁转矩，使转子沿旋转磁场的方向旋转。但是对伺服电动机要求不仅是在控制电压作用下就能启动，且电压消失后电动机应能立即停转。如果伺服电动机控制电压消失后像一般单相异步电动机那样继续转动，则出现失控现象，我们把这种因失控而自行旋转的现象称为自转。伺服电机的结构一、学习交流伺服系统（伺服电机、伺服驱动器结构及工作原理）伺服电机控制方法可采用下列三种方法来控制伺服电动机的转速高低及旋转方向。（1）幅值控制保持控制电压与励磁电压间的相位差不变，仅改变控制电压的幅值。（2）相位控制保持控制电压的幅值不变，仅改变控制电压与励磁电压间的相位差。（3）幅-相控制同时改变控制电压的幅值和相位。一、学习交流伺服系统（伺服电机、伺服驱动器结构及工作原理）交直流伺服电动机的区别直流伺服电动机的缺点：电刷和换向器易磨损，换向时产生火花，限制转速结构复杂，制造困难，成本高交流伺服电动机的优点：结构简单，成本低廉，转子惯量较直流电机小交流电动机的容量大于直流电动编码器工作原理编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。光源透镜码盘转轴光敏元件放大整形透镜脉冲输出1、按码盘的刻孔方式不同分类（1）增量型：就是每转过单位的角度就发出一个脉冲信号(也有发正余弦信号，编码器（图1）然后对其进行细分，斩波出频率更高的脉冲)，通常为A相、B相、Z相输出，A相、B相为相互延迟1/4周期的脉冲输出，根据延迟关系可以区别正反转，而且通过取A相、B相的上升和下降沿可以进行2或4倍频；Z相为单圈脉冲，即每圈发出一个脉冲。A脉冲B脉冲Z脉冲电源公共端发光管光电接收管转轴放大整形电路（绝对值型：就是对应一圈，每个基准的角度发出一个唯一与该角度对应二进制的数值，通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量。按信号的输出类型分为：电压输出、集电极开路输出、推拉互补输出和长线驱动输出以编码器机械安装形式分类有轴型：有轴型又可分为夹紧法兰型、同步法兰型和伺服安装型等。轴套型：轴套型又可分为半空型、全空型和大口径型等。以编码器工作原理可分为：光电式、磁电式和触点电刷式。伺服电机的工作模式伺服系统的工作模式位置模式这三种控制模式中，根据控制要求选择其中的一种或两种模式，当选择两种控制模式时，需要通过外部开关进行选择。速度模式转矩模式一、学习交流伺服系统（伺服电机、伺服驱动器结构及工作原理）位置控制模式•位置控制模式是利用上位机产生脉冲来控制伺服电机转动，脉冲的个数决定伺服电机转动的角度（或者是工作台移动的距离），脉冲频率决定电机转速。如数控机床的工作台控制，属于位置控制模式。•对伺服驱动器来说，最高可以接收500KHZ的脉冲（差动输入），集电极输入是200KHZ。•电机输出的力矩由负载决定，负载越大，电机输入力矩越大，当然不能超出电机的额定负载。•急剧的加减速或者过载而造成主电路过流会影响功率器件，因此伺服放大器嵌位电路以限制输出转矩，转矩的限制可以通过模拟量或者参数设置来进行调速。一、学习交流伺服系统（伺服电机、伺服驱动器结构及工作原理）速度控制模式•速度控制模式是维持电机的转速保持不变。当负载增大时，电机输出的力矩增大。负载减小时，电机输出的力矩减小。•速度控制模式速度的设定可以通过模拟量（0~±10VDC）或通过参数来调整，最多可以设置7速。控制方式和变频器相拟。一、学习交流伺服系统（伺服电机、伺服驱动器结构及工作原理）转矩模式一、学习交流伺服系统（伺服电机、伺服驱动器结构及工作原理）通过外部模拟量转矩输入指令(DC0～±8V)或参数设置的内部转矩指令可以控制伺服电机的输出转矩。具有速度限制功能（外部或内部设定），可以防止无负载时电机速度过高，本功能可用于张力控制等场合。二、FXPLC定位控制介绍及定位指令的运用二、FXPLC定位控制介绍及定位指令的运用名称性能控制轴数独立2轴插补功能无最大输出频率20KHZ编程语言顺控程序基本单元晶体管输出型脉冲输出指令脉冲输出（PLSY）-带加/减速脉冲输出（PLSR）脉冲输出形式脉冲加方向FX1sFX1N定位控制功能二、FXPLC定位控制介绍及定位指令的运用FX1sFX1N定位控制功能名称性能定位控制指令原点回归（ZRN）0（无搜索功能）可变速脉冲输出(PLSV)0相对定位(DRVI)0绝对定位(DRVA)0ABS值读取(ABS)0脉冲输出形式脉冲加方向定位运行模式原点回归操作0手动（JOG）操作0单速定位操作0可变速操作0二、FXPLC定位控制介绍及定位指令的运用名称性能控制轴数独立2轴插补功能无最大输出频率20KHZ编程语言顺控程序基本单元晶体管输出型脉冲输出指令脉冲输出（PLSY）0带加/减速脉冲输出（PLSR）0脉冲输出形式脉冲加方向FX2N定位控制功能名称性能定位控制指令原点回归（ZRN）-可变速脉冲输出(PLSV)-相对定位(DRVI)-绝对定位(DRVA)-ABS值读取(ABS)-脉冲输出形式脉冲加方向定位运行模式原点回归操作-手动（JOG）操作0单速定位操作0可变速操作0二、FXPLC定位控制介绍及定位指令的运用FX2N定位控制功能二、FXPLC定位控制介绍及定位指令的运用FX3U定位控制功能FX3U是FX系例PLC中运算速度最快，功能最强大的PLC。在定位控制上，FX3U的功能特点如下：（1）和FX1S、FX1N一样，不需要专用的定位控制模块就能完成定位任务。（2）可以独立3轴，最大输出100KHz的脉冲串，与专用适配器FX3U－2HSY-ADP相连可以独立4轴，最大输出200KHZ的脉冲串。（3）PLC本身配备有8种定位指令和2种脉冲输出指令，可执行7种定位控制运行模式。FX3U定位控制功能名称性能控制轴数独立3轴插补功能无最大输出频率100KHZ编程语言顺控程序基本单元晶体管输出型脉冲输出指令脉冲输出（PLSY）0带加/减速脉冲输出（PLSR）0脉冲输出形式脉冲加方向二、FXPLC定位控制介绍及定位指令的运用二、FXPLC定位控制介绍及定位指令的运用FX3U定位控制功能名称性能定位指令原点回归（ZRN）0带DOG搜索的原点回归（DSZR）0相对定位（DRVI）0绝对定位（DRVA）中断定位（DVIT）0可变速脉冲输出（PLSV）0表格设定定位（DTBL）0ABS值读取（ABS）0脉冲输出形式脉冲加方向定位运行模式手动（JOG）操作及原点回归操作0带DOG搜索的原点回归操作0二、FXPLC定位控制介绍及定位指令的运用FX1S/FX1N/FX2NPLC定位控制相关软元件及内容介绍编号内容含义出厂值应用指令Y0Y1绝对位置当前值寄存器0PLSV/DRVI/DRVAD8140D8142D8141D8143D8145基底速度（Hz）VD0ZRN/DRVI/DRVAD8147D8146最高速度（HZ）VM1000000ZRN/DRVI/DRVAD8148加减速时间（mS）100ZRN/DRVI/DRVA二、FXPLC定位控制介绍及定位指令的运用编号内容含意出厂值应用指令Y0Y1Y2Y3D8336中断输入指定－－DVITD8340D8341D8