变频器与伺服应用课件第5章-伺服控制

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,5,章伺服电机的控制,第5章伺服电机的控制,5.1,伺服电机及其控制基础,5.2,三菱,MR-JE,伺服驱动器应用基础,5.3,三菱伺服,MR-JE,的速度控制,5.4,三菱伺服,MR-JE,的转矩控制,5.5,三菱伺服,MR-JE,的定位控,制,5.6,三菱伺服,MR-J4,的控制,5.1 伺服电机及其控制基础,【,导读,】,伺,服控制系统包括控制器、伺服驱动器、伺服电机和位置检测反馈元件，伺服驱动器通过执行控制器的指令来控制伺服电机，进而驱动机械装备的运动部件（这里指的是丝杠工作台），实现对装备的速度、转矩和位置控制。它广泛应用于高精度数控机床、机器人、纺织机械、印刷机械、包装机械、自动化流水线以及各种专用设备。本章主要介绍了伺服电机及其控制基础、三菱,MR-JE,伺服控制的三种模式、三菱,MR-J4,伺服控制等。,【导读】 伺服控制系统包括控制器、伺服驱动器、伺服,5.1 伺服电机及其控制基础,5.1.1,伺服控制系统组成原理,伺服系统专指被控制量,（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别,。,图,5-1所示为伺服控制系统组成原理图，它包括控制器、伺服驱动器、伺服电机和位置检测反馈元件。伺服驱动器通过执行控制器的指令来控制伺服电机，进而驱动机械装备的运动部件（这里指的是丝杠工作台），实现对装备的速度、转矩和位置控制,。,5.1 伺服电机及其控制基础,5.1,伺服电机及其控制基础,5.1.1 伺服控制系统组成原理,伺,服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。,图,5-1所示为伺服控制系统组成原理图，它包括控制器、伺服驱动器、伺服电机和位置检测反馈元件。伺服驱动器通过执行控制器的指令来控制伺服电机，进而驱动机械装备的运动部件（这里指的是丝杠工作台），实现对装备的速度、转矩和位置控制。,图5-1 伺服控制系统组成原理图,5.1 伺服电机及其控制基础,从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。,（1）比较环节,比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的电路或计算机来实现。,（2）控制器,控制器通常是PLC、计算机或PID控制电路，其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。,（3）执行环节,执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作，这里一般指各种电机、液压、气动伺服机构等。,（4）被控对象,机械参数量包括位移、速度、加速度、力、力矩为被控对象。,（5）检测环节,检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。,5.1.2 伺服电机的原理与结构,伺,服电机与步进电机不同的是，伺服电机是将输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度输出，其控制速度和位置精度非常准确。,按,使用的电源性质不同可以分为直流伺服电机和交流伺服电机两种。直流伺服电机由于存在如下缺点：电枢绕组在转子上不利于散热；绕组在转子上，转子惯量较大，不利于高速响应；电刷和换向器易磨损需要经常维护、限制电机速度、换向时会产生电火花等。因此，直流伺服电机慢慢地被交流伺服电机所替代。,交,流伺服电机一般是指永磁同步型电机，它主要由定子、转子及测量转子位置的传感器构成，定子和一般的三相感应电机类似，采用三相对称绕组结构，它们的轴线在空间彼此相差,120,度（图,5-2,所示）；转子上贴有磁性体，一般有两对以上的磁极；位置传感器一般为光电编码器或旋转变压器 。,5.1.2 伺服电机的原理与结构,图,5-2,永磁同步型交流伺服电机的定子结构,在实际应用中，伺服电机的结构通常会采用如图,5-3,所示的方式，它包括电机定子、转子、轴承、编码器、编码器连接线、伺服电机连接线等。,图,5-3,伺服电机的通用结构,5.1.3 伺服驱动器的结构与控制模式,1.伺服驱动器的内部结构,伺服驱动器又称功率放大器，其作用就是将工频交流电源转换成幅度和频率均可变的交流电源提供给伺服电机，其内部结构如图5-4所示，跟之前介绍的变频器内部结构基本类似，主要包括主电路和控制电路。,图5-4 伺服驱动器内部结构,4.1.4,步进电机的选型与应用特点,1.,步进电机的选型,一般而言，步进电机的步距角、静转矩及电流三大要素确定之后，其电机型号便确定下来了。目前市场上流行的步进电机是以机座号（电机外径）来划分的。根据机座号可分为：,42BYG(BYG,为感应子式步进电机代号）、,57BYG,、,86BYG,、,110BYG,等国际标准，而像,70BYG,、,90BYG,、,130BYG,等均为国内标准。图,4-8,所示为,57,步进电机外观及其接线端子。,图4-8 57步进电机外观及其接线端子,4.1.4 步进电机的选型与应用特点,伺,服驱动器的主电路包括整流电路、充电保护电路、滤波电路、再生制动电路（能耗制动电路）、逆变电路和动态制动电路，可见比变频器的主电路增加了动态制动电路，即在逆变电路基极断路时，在伺服电机和端子间加上适当的电阻器进行制动。电流检测器用于检测伺服驱动器输出电流的大小，并通过电流电测电路反馈给DSP控制电路。有些伺服电机除了编码器之外，还带有电磁制动器，在制动线圈未通电时，伺服电动机被抱闸，线圈通电后抱闸松开，电动机方可正常运行。,控,制电路有单独的控制电路电源，除了为DSP以及检测保护等电路提供电源外，对于大功率伺服驱动器来说，还提供散热风机电源。,2.伺服驱动器的控制模式,交流伺服驱动器中一般都包含有位置回路、速度回路和转矩回路，但使用时可将驱动器、电机和运动控制器结合起来组合成不同的工作模式，以满足不同的应用要求。伺服驱动器主要有速度控制、转矩控制和位置控制等三种模式。,（1）速度控制模式,图5-5所示的伺服驱动器的速度控制采取跟变频调速一致的方式进行，即通过控制输出电源的频率来对电动机进行调速。此时，伺服电机工作在速度控制闭环，编码器会将速度信号检测反馈到伺服驱动器，跟设定信号（如多段速、电位器设定等）进行比较，然后进行速度PID控制。,图5-5 速度控制模式,2.伺服驱动器的控制模式,（2）转矩控制模,式,图,5-6所示的伺服驱动器转矩控制模式是通过外部模拟量输入来控制伺服电机的输出转矩。,图5-6 转矩控制模式,（2）转矩控制模式,2.,步进电机的应用特点,步,进电机的重要特征之一是高转矩、小体积。这些特征使得电机具有优秀的加速和响应，使得这些电机非常适合那些需要频繁启动和停止的应用中（图,4-10,所示）。,图,4-10,应用在频繁启动,/,停止场合,2.步进电机的应用特点,（3）位置控制模式,图,5-7所示的驱动器位置控制模式可以接受PLC或定位模块等运动控制器送来的位置指令信号。以脉冲及方向指令信号形式为例，其脉冲个数决定了电机的运动位置，其脉冲的频率决定了电机的运动速度，而方向信号电平的高低决定了伺服电机的运动方向。这与步进电机的控制有相似之外，但脉冲的频率要高很多，以适应伺服电机的高转速。,图,5-7,位置控制模式,5.2,三菱,MR-JE,伺服驱动器应用基础,5.2.1 MR-JE伺服驱动器的规格型号和结构,1.,规格型号说明,三,菱通用,AC,伺服,MELSERVO-JE,系列（以下简称,MR-JE,）是以,MELSERVO-J4,系列为基础，在保持高性能的前提下对功能进行限制的,AC,伺服。它的控制模式有速度控制、转矩控制和位置控制三种。在位置控制模式下最高可以支持,4Mpulses/s,的高速脉冲串；同时还可以选择位置,/,速度切换控制，速度,/,转矩切换控制和转矩,/,位置切换控制。因此，,MR-JE,伺服不但可以用于机床和普通工业机械的高精度定位和平滑的速度控制，还可以用于张力控制等，应用范围十分广泛。,图,5-8,所示为,MR-JE,系列伺服驱动器的规格型号说明。,图,5-8,三菱,MR-JE,系列伺服驱动器型号规格说明,5.2 三菱MR-JE伺服驱动器应用基础,2.,内部结构,如图,5-9,所示为,MR-JE-100A,以下规格型号的内部结构。其中,MR-JE-10A,以及,MR-JE-20A,中没有内置再生电阻器，在使用单相,AC 200V,240V,电源时，将电源连接至,L1,和,L3,，不要在,L2,上做任何连接。,图,5-9 MR-JE,伺服驱动器内部结构图,3.MR-JE伺服驱动器的外部结构,MR-JE,伺服驱动器的外部结构如图,5-10,所示。,图,5-10 MR-JE,伺服驱动器外部结构,5.2.2 MR-JE伺服控制系统的构成与引脚定义,1.,MR-JE伺服控制系统的构成,图,5-11,所示为,MR-JE,伺服驱动器的系统构成。图,5-12,所示为,MR-JE,伺服控制系统的电气接线，上电采用,SB1,启动按钮控制接触器,KM,上电，并用到了,CN1,引脚的,SON,等来控制伺服,ON,。,图,5- 11 MR-JE,伺服控制系统的构成,5.2.2 MR-JE伺服控制系统的构成与引脚定义,图,5-12 MR-JE,伺服控制系统的电气接线,2.,MR-JE伺服控制系统的引脚定义,图,5-13,所示为,CN1,连接器的引脚结构。表,5-1,所示为,CN1,连接器引脚结构组成表，其中,PD03,表示伺服驱动器的参数，在本文的参数设置中一般写作,Pr.PD03,，以与变频器参数进行区分。,图,5-13 CN1,连接器引脚结构,表,5-1 CN1,连接器引脚结构组成表,2. MR-JE伺服控制系统的引脚定义,CN1,引脚会随着伺服控制模式发生变化，其操作方法分配也会改变。目前共有三种模式，即,P,（位置控制模式）、,S,（速度控制模式），,T,（转矩控制模式），具体设置如表,5-2,所示。,表5-2 伺服驱动器参数,Pr.PA01,编号,简称,名称,初始值,设定值,说明,PA01,*STY,运行模式,1000h,1000h,1000h表示选择位置控制模式（P）1002h表示选择速度控制模式（S）1004h表示选择转矩控制模式（T）_ _ _ x 控制模式选择 0: 位置控制模式1: 位置控制模式与速度控制模式2: 速度控制模式3: 速度控制模式与转矩控制模式4: 转矩控制模式5: 转矩控制模式与位置控制模式,表5-2 伺服驱动器参数Pr.PA01编号简称名称初始值,图,5-14,所示为,MR-JE,伺服驱动器的引脚布置图。,图,5-14 MR-JE,伺服驱动器的引脚布置图,图5-14所示为MR-JE伺服驱动器的引脚布置图。,(a),输入软元件,部分输入软元件如表,5-3,所示。其中表示可在出厂状态下直接使用的软元件，表示,Pr.PA04,、,Pr.PD03,Pr.PD28,的设定中能够使用的软元件，连接器引脚编号栏的编号为初始状态时下的值。,表,5-3,输入软元件,表5-3 输入软元件,变频器与伺服应用课件第5章-伺服控制,变频器与伺服应用课件第5章-伺服控制,变频器与伺服应用课件第5章-伺服控制,5.2.3 MR-JE伺服驱动器的显示操作与参数设置,MR-JE,伺服驱动器通过显示部分,(5,位的,7,段,LED),和操作部分,(4,个按键,),对伺服驱动器的状态、报警、参数进行设置等操作。此外，同时按下,“MODE,”与“,SET”3,秒以上，即跳转至一键式调整模式。图5-15所示记载了操作部分和显示内容。,图5-15 伺服驱动器的操作显示面板,1.显示流程,如表5-5所示，按下“MODE” 按键一次后将会进入到下一个显示模式。其中在对增益,滤波器参数，扩展设置参数以及输入输出设置参数进行引用以及操作时，请在基本设置参数 Pr.PA19 禁止写入参数 中设置为有效。,变频器与伺服应用课件第5章-伺服控制,2.状态显示,运行中的伺服驱动器的状态能够显示在5位7段LED显示器上。通过 “UP” 或 “DOWN” 按键可以对内容进行变更。显示所选择的符号，在按下“SET” 按键之后将会显示其数据。但是，仅在接通电源时会在显示在 Pr.PC36 中选择的状态显示符号2 s之后显示其数据。,(1) 显示的转换,如图5-16所示，通过MODE 按键进入到状态显示模式，在按下UP 或者 DOWN 按键之后，将按照如下,所示的内容进行转换。,2.状态显示,图5-16 显示的转换,(2)参数模式的转换,通过“MODE” 按键进入各参数模式，在按下“UP” 或 “DOWN” 按键之后显示内容将按,照如图5-17所示的顺序进行转换。,图5-17 各种模式的转换,(2)参数模式的转换,(3)参数的修改,参数的修改分为5位及以下的参数修改和6位及以上的参数修改。,前者示例:通过 Pr.PA01 运行模式 变更为速度控制模式时，接通电源后的操作方法示例如图5-18所示。“按下MODE”按键进入基本设置参数画面。请按“UP”或“DOWN”按键移动到下一个参数。更改Pr.PA01 需要在修改设置值后关闭一次电源，在重新接通电源后更改才会生效。,图5-18 5位及以下的参数修改,后者示例：将 Pr.PA06 电子齿轮分子 变更为 “123456” 时的操作方法示例如图5-19所示。,(3)参数的修改,图5-19 6位及以上的参数修改,图,5-21 7,段,LED,的位置与,CN1,连接器引脚的对应情况,（4）外部输入输出信号显示,图5-20表示接通电源后的显示器画面。使用,“MODE”,按键进入诊断画面。,图5-20 诊断画面,7,段,LED,的位置与,CN1,连接器引脚的对应情况如图5-21所示。,（4）外部输入输出信号显示,5.3,三菱伺服,MR-JE,的速度控制,5.3.1 MR-JE伺服速度控制模式接线,图,5-22,所示为,MR-JE,伺服使用漏型输入、输出接口时的速度控制模式接线图，,ST1,和,ST2,控制伺服电机正反转，,P15R,、,VC,和,LG,对应的引脚与电位器相连，按照模拟量设定的速度运行；或者通过选择速度选择端,SP1,、,SP2,、,SP3,并以内部速度指令设定的速度运行。,5.3 三菱伺服MR-JE的速度控制,图,5-22,速度控制模式的接线图,图,4-31 FX3U-2HSY-ADP,的接线方式,4.2.4 FX3U PLC特殊功能模块/单元的定位功能,如,图4-32所示，FX3U PLC可以连接特殊功能模块/单元，进行定位控制。此外，特殊功能单元也可以独立进行定位控制。FX3U可编程控制器中最多可以连接8台特殊功能模块/单元。,图,4-32,特殊功能模块/单元,4.2.4 FX3U PLC特殊功能模块/单元的定位功能,5.3.2 模拟速度指令方式,图,5-23,所示为模拟速度指令方式接线图，跟,5.3.1,不同的是将转矩限制取消。图,5-24,所示为给定电压与转速关系示意图，通过模拟速度指令,VC,的电压设置的转速运行。在初始设置下，,10V,时为额定转速，该额定转速值可以在,Pr.PC12,中进行变更。,图,5-23,模拟速度指令接线图,图,5-24,给定电压与转速关系示意图,基于,ST1 (,正转启动,),及,ST2 (,反转启动,),的旋转方向如表,5-6,所示。其中,0: OFF,，,1: ON,。如果在伺服锁定中解除转矩限制，则根据指令位置对应的位置偏差量，伺服电机有可能会快速旋转。,表,5-6,速度控制模式下的电机旋转方向,5.3.3 多段速指令方式,多段速指令方式下，采用,SP1,、,SP2,、,SP3,引脚的速度选择,1,、速度选择,2,、速度选择,3,功能，其多段速控制状态如表,5-7,所示，接线图如图,5-25,所示。,表,5-7,多段速控制状态,图,5-25,多段速控制方式接线图,表,5-8,所示为七段速（分别为,100r/min,、,200r/min,、,300r/min,、,400r/min,、,500r/min,、,600r/min,、,500r/min,）控制的伺服驱动器参数设置。,表,5-8,七段速控制的伺服驱动器参数设置,编号,简称,名称,初始值,设定值,说明,PA01,*STY,运行模式,1000h,1002h,选择速度控制模式,PC01,STA,速度加速时间常数,0,1000,设置成加速时间为1000ms,PC02,STB,速度减速时间常数,0,1000,设置成减速时间为1000ms,PC05,SC1,内部速度指令1,100,100,设定内部速度指令的第1速度,PC06,SC2,内部速度指令2,500,200,设定内部速度指令的第2速度,PC07,SC3,内部速度指令3,1000,300,设定内部速度指令的第3速度,PC08,SC4,内部速度指令4,200,400,设定内部速度指令的第4速度,PC09,SC5,内部速度指令5,300,500,设定内部速度指令的第5速度,PC10,SC6,内部速度指令6,500,600,设定内部速度指令的第6速度,PC11,SC7,内部速度指令7,800,700,设定内部速度指令的第7速度,PD01,*DIA1,输入信号自动ON选择1,0000h,0C00h,LSP/LSN内部自动置ON,PD03,*DI1L,输入软元件选择1L,0202h,0 2 _ _,在速度模式把CN1-15引脚改成SON,PD11,*DI5L,输入软元件选择5L,0703h,0 7 _ _,在速度模式把CN1-19引脚改成ST1,PD13,*DI6L,输入软元件选择6L,0806h,2 0 _ _,在速度模式把CN1-41引脚改成SP1,PD17,*DI8L,输入软元件选择8L,0A0Ah,2 1 _ _,在速度模式把CN1-43引脚改成SP2,PD19,*DI9L,输入软元件选择9L,0B0Bh,2 2 _ _,在速度模式把CN1-44引脚改成SP3,表5-8所示为七段速（分别为100r/min、200r/mi,5.3.4 【实操任务5-1】PLC控制三菱伺服多段速运行,任务说明,用三菱PLC控制伺服电机，按下启动按钮后，先以1000r/min的速度运行10s，接着以800r/min的速度运行20s，再以1500r/min的速度运行25s，然后反向以900r/min的速度运行30s，85s后重复上述运行过程。在运行过程中，按下停止按钮，伺服电机停止运行。,请设计FX3U PLC控制三菱伺服电机来实现以上多段速。,实操思路,1.选择合理的实操设备。如FX3U-32MT PLC一台、三菱MR-JE-20A伺服驱动器一台、相对应的伺服电动机HG-JN23J-S100一台。,2.三菱FX3U-32MT PLC进行I/O分配，如表5-9所示。其中Y2-Y4表示多段速选择。,5.3.4 【实操任务5-1】PLC控制三菱伺服多段速运,表5-9 I/O分配,输入继电器,输入元件,作用,输出继电器,伺服CN1引脚,作用,X0,SB1,启动按钮,Y0,ST1,正转,X1,SB2,停止按钮,Y1,ST2,反转,Y2,SP1,多段速选择,Y3,SP2,多段速选择,Y4,SP3,多段速选择,3.完成图5-26所示的电气线路图。其中SON、LSP、LSN内部自动为ON。,表5-9 I/O分配输入继电器输入元件作用输出继电器伺服CN,图,5-26 PLC,控制三菱伺服多段速运行,4.伺服驱动器参数设置如表5-10所示，其中Pr.PD03- Pr.PD19参数的前2位是设定位。,表5-10伺服驱动器参数,编号,简称,名称,初始值,设定值,说明,PA01,*STY,运行模式,1000h,1002h,选择速度控制模式,PC01,STA,速度加速时间常数,0,1000,设置成加速时间为1000ms,PC02,STB,速度减速时间常数,0,1000,设置成减速时间为1000ms,PC05,SC1,内部速度指令1,100,1000,设定内部速度指令的第1速度,PC06,SC2,内部速度指令2,500,800,设定内部速度指令的第2速度,PC07,SC3,内部速度指令3,1000,1500,设定内部速度指令的第3速度,PC08,SC4,内部速度指令4,200,900,设定内部速度指令的第4速度,PD01,*DIA1,输入信号自动ON选择1,0000h,0C04h,SON/LSP/LSN内部自动置ON,PD03,*DI1L,输入软元件选择1L,0202h,0 7 _ _,在速度模式把CN1-15引脚改成ST1,PD11,*DI5L,输入软元件选择5L,0703h,0 8 _ _,在速度模式把CN1-19引脚改成ST2,PD13,*DI6L,输入软元件选择6L,0806h,2 0 _ _,在速度模式把CN1-41引脚改成SP1,PD17,*DI8L,输入软元件选择8L,0A0Ah,2 1 _ _,在速度模式把CN1-43引脚改成SP2,PD19,*DI9L,输入软元件选择9L,0B0Bh,2 2 _ _,在速度模式把CN1-44引脚改成SP3,编号简称名称初始值设定值说明PA01*STY运行模式100,5.PLC,梯形图程序设计,本案例是典型的,PLC,顺序控制，所以引入,S20-S23,状态元件，具体如图,5-27,所示。启动后进入,S20,状态（步），伺服电机以,1000r/min,速度运行，延时,10s,后进入,S21,状态（步）；在,S21,状态（步）中，伺服电机以,800r/min,速度运行，延时,20s,后进入,S22,状态（步）；在,S22,状态（步）中，伺服电机以,1500r/min,速度运行，延时,25s,后进入,S23,状态（步）；在,S23,状态（步）中，伺服电机以,900r/min,速度反向运行，延时,30s,后回到,S20,状态（步）；依次循环，直到停止按钮进行终止。,5.PLC梯形图程序设计,变频器与伺服应用课件第5章-伺服控制,5.4,三菱伺服,MR-JE,的转矩控制,5.4.1 MR-JE伺服转矩控制模式接线,图,5-28,所示为三菱,MR-JE,伺服转矩控制模式接线图，图中,TC,和,LG,引脚通过所接电位器加在,0-,8V,的电压，调节电位器就可以调节伺服电机的转矩输出。,图,5-28,转矩控制模式接线图,5.4 三菱伺服MR-JE的转矩控制,5.4.2 转矩限制与速度限制,在图,5-28,中，通过调节,RP1,和,RP2,的电位器值，就可以使得,TC,端的加载电压在,0-8V,范围之间变化，并根据图,5-29,所示为,TC,加载电压与转矩之间的关系来控制伺服电机的转矩。使用,TC,电压时，,RS1,（正转）和,RS2,（反转）决定转矩的输出发生方向如表,5-11,所示。,图,5-29,加载电压与转矩之间的关系,5.4.2 转矩限制与速度限制,表,5-11,转矩控制模式下的电机旋转方向,输入设备,旋转方向（TC模拟转矩指令）,RS2,RS1,+极性,0V,-极性,0,0,不输出转矩,不发生转矩,不输出转矩,0,1,CCW（正转驱动，反转再生）,CW（反转驱动，正转再生）,1,0,CW（反转驱动，正转再生）,CCW（正转驱动，反转再生）,1,1,不输出转矩,不输出转矩,如图,5-30,所示，在,Pr.PC38,中可以设置针对,TC,模拟电压的指令偏置，其范围为,-9999mV,到,9999mV,。,表5-11 转矩控制模式下的电机旋转方向输入设备旋转方向（T,图,5-30,模拟转矩指令偏置,受到,Pr.PC05- Pr.PC11,中设置的转速或通过,VLA,（模拟速度限制）的加载电压设置的转速的限制，当在,Pr.PD03- Pr.PD20,的设置中，将,SP1,（速度选择,1,）、,SP2,（速度选择,2,）、,SP3,（速度选择,3,）设置为可用时，可以选择,VLA,以及内部速度限制,1-7,的速度限制值，具体如表,5-12,所示。,表,5-12,转矩控制模式下的速度限制值的选择,VLA（模拟速度限制）的加载电压与转速的关系如图5-31所示。当伺服电机转速达到速度限制时，转矩控制可能变得不稳定，因此，需要将该设置值在想要进行速度限制值基础上再加上100r/min。,图,3-36,按钮绘制 图,3-37,“标准按钮构件属性设置”对话框,图5-31 VLA的加载电压与转速的关系,5.4.3 【实操任务5-2】卷纸机恒张力转矩控制,任务说明,图5-32所示为卷纸机结构示意图。在卷纸时，压纸辊将纸压在托纸辊上，卷纸辊在伺服电机的驱动下卷纸，托纸辊和压纸辊也随之旋转，当收卷的纸达到一定长度时切刀动作，将纸切断，然后进行下一次卷纸过程，其卷纸长度由随托纸辊同轴旋转的编码器来测量。,图5-32 卷纸机结构示意图,现用三菱PLC、伺服驱动器和伺服电机来组成卷纸机控制系统，其控制要求为：,（1）按下启动按钮后，伺服电机驱动卷纸辊开始卷纸，要求张力保持恒定，即开始时卷纸辊快速旋转，随着卷纸直径不断扩大，卷纸辊转速逐渐变慢。当卷纸达到100米时切刀动作。,（2）按下暂停按钮后，卷纸机停止工作，记录编码器当前的纸长度；再按下启动按钮后，卷纸机在暂停的长度上继续工作，直到100米为止。,（3）按下停止按钮后，卷纸停止工作，不记录卷纸长度；再按下启动按钮后，卷纸机从0开始工作，直到100米为止。,实操思路,1.选择合理的实操设备。如FX3U-32MT PLC一台、三菱MR-JE-20A伺服驱动器一台、相对应的伺服电动机HG-JN23J-S100一台。,2.三菱FX3U-32MT PLC进行I/O分配，如表5-13所示。,表5-13 I/O分配,输入继电器,输入元件,作用,输出继电器,伺服CN1引脚,作用,X0,脉冲输入,Y0,SON,伺服ON,X1,SB1,启动按钮,Y1,RS1,正转,X2,SB2,暂停按钮,Y2,SP1,速度限制1,X3,SB3,停止按钮,Y4,切刀动作KA,3. 完成图5-33所示的电气线路图。其中LSP、LSN内部自动为ON。PLC控制切刀动作为KA继电器。,图,5-33,卷纸机恒张力转矩控制电气控制图,实操思路输入继电器输入元件作用输出继电器伺服CN1引脚作用,图,3-43,“输入框”绘制,4.伺服驱动器参数设置如表5-14所示，其中Pr.PD03-Pr.PD19参数的后2位是设定位。,表5-14 伺服驱动器参数,编号,简称,名称,初始值,设定值,说明,PA01,*STY,运行模式,1000h,1004h,选择转矩控制模式,PC01,STA,速度加速时间常数,0,1000,设置成加速时间为1000ms,PC02,STB,速度减速时间常数,0,1000,设置成减速时间为1000ms,PC05,SC1,内部速度限制1,100,1000,设定内部速度限定的第1速度,PC13,TLC,模拟转矩指令最大输出,100.0,100.0,按照最大转矩100%进行设置,PD01,*DIA1,输入信号自动ON选择1,0000h,0C00h,LSP、LSN内部自动置ON,PD04,*DI1H,输入软元件选择1H,0202h,_ _ 0 2,在转矩模式把CN1-15引脚改成SON,PD14,*DI6H,输入软元件选择6H,3908h,_ _ 0 8,在转矩模式把CN1-41引脚改成RS1,PD18,*DI8H,输入软元件选择8H,0700h,_ _ 2 0,在转矩模式把CN1-43引脚改成SP1,4.伺服驱动器参数设置如表5-14所示，其中Pr.P,5.PLC,梯形图程序设计,先设定编码器一圈旋转产生1000个脉冲，同时会传送与托纸辊周长为0.05相同长度的纸张，传送纸张的长度达到100米时，编码器产生的总脉冲数D为：D=100*（1000/0.05）=2000000个。,如图5-34所示为PLC梯形图程序，采用高速计数器C235对X0输入端的脉冲数进行计数。当按下启动按钮X1时，M0置1，Y0和Y1置1，伺服电机启动，同时通过乘法运算将脉冲数送到数据寄存器D0中，该数据与C235的当前值进行比较，相等时Y4置1，切刀动作，切刀的时间为T0设定。当按下暂停按钮X2时，C235不复位。而按下停止按钮时，C235复位。,5.PLC梯形图程序设计,图,5-34,卷纸机恒张力转矩控制梯形图,5.5,三菱伺服,MR-JE,的定位控制,5.5.1 MR-JE伺服定位控制模式接线,图,5-35,所示为三菱,MR-JE,伺服定位控制模式接线图，需要接收脉冲信号来进行定位。指令脉冲串能够以集电极漏型、集电极源型和差动线驱动等3种形态输入，同时可以选择正逻辑或者负逻辑。其中指令脉冲串形态在Pr.PA13 中进行设置。,图,5-35,位置控制接线图,1.集电极开路方式,图5-36所示进行集电极开路方式连接。,5.5 三菱伺服MR-JE的定位控制,图5-36集电极开路方式,将Pr.PA13 设置为 “ _ _ 1 0” ，将输入波形设置为负逻辑，正转脉冲串以及反转脉冲串时的说明如图5-37所示。,图5-37负逻辑时的正转脉冲串和反转脉冲串,2.差动线驱动方式,图5-38所示进行差动线驱动方式连接。,图5-差动线驱动方式,该方式下，将Pr.PA13 设置为 “_ _ 1 0” ，正转脉冲串和反转脉冲串示意如图5-39所示。,2.差动线驱动方式,图5-39 负逻辑时差动线驱动方下的正转脉冲串和反转脉冲串,5.5.2 电子齿轮功能与电子齿轮比参数,伺服电机控制的“ 电子齿轮” 功能，主要调整电机旋转,1,圈所需要的指令脉冲数，以保证电机转速能够达到需求转速。例如上位机,PLC,最大发送脉冲频率为,200KHz,，若不修改电子齿轮比， 则电机旋转,1,圈需要,10000,个脉冲，那么电机最高转速为,1200rpm,，若将电子齿轮比设为,2,：,1,，或者将每转脉冲数设定为,5000,，则此时电机可以达到,2400rpm,转速。,在三菱,S,伺服控制中，电子齿轮比如图,5-40,所示，其中,Pt,为伺服电机分辨率，即,131072pulses/rev,每转指令输入脉冲数；,为每转指令输入脉冲数，即,Pr. PA05,参数设置，为“,1000,” “,1000000,”之间。,图,5-40,电子齿轮比的定义,5.5.2 电子齿轮功能与电子齿轮比参数 为每转指令输入脉,表,5-15,所示为滚珠丝杠、圆台、皮带和滑轮三种类型负载的电子齿轮比计算步骤,。,表,5-15,电子齿轮比计算步骤,负载 步骤,滚珠丝杠,圆台,皮带和滑轮,1,P：节距；C：指令单位1圈=,C：指令单位1圈=,D:滑轮直径；C：指令单位1圈=,2,滚珠丝杠节距：6mm机械减速比：1/1,1圈旋转角度：360机械减速比：3/1,滑轮直径：100mm机械减速比：2/1,3,2500P/R,2500P/R,2500P/R,4,1指令单位：0.001mm,1指令单位：0. 1,1指令单位：0.02mm,5,6mm/0.001mm=6000,360/0.1=3600,314mm/0.02mm=15700,6,电子齿轮比=,*,=,电子齿轮比=,*,=,电子齿轮比=,*,=,表5-15所示为滚珠丝杠、圆台、皮带和滑轮三种类,5.5.3三菱FX3U PLC控制伺服电机位置控制常用指令,除了在第5章介绍的控制步进电机的三菱PLC指令之外，FX3U PLC控制伺服电机还会用到以下控制指令。,1.DSZR/,带,DOG,搜索的原点回归,DSZR，执行原点回归，使机械位置与可编程控制器内的当前值寄存器一致的指令。如图5-41所示，通过驱动,DSZR,指令，开始机械原点回归，以指定的原点回归速度动作。如果,DOG,的传感器为,ON,，则减速为爬行速度。有零点信号输入时停止，完成原点回归。,图5-41 DSZR动作示意,DSZR,指令格式为：,5.5.3三菱FX3U PLC控制伺服电机位置控制常用指令,其中操作数如表5-16所示，（S2.）需要指定,X000,X007；（D1.）为基本单元的晶体管输出的,Y000,、,Y001,、,Y002,或是高速输出特殊适配器的,Y000,、,Y001,、,Y002,、Y003；（D2.）使用FX3U可编程控制器的脉冲输出对象地址中高速输出特殊适配器时，旋转方向信号请使用表5-17中的输出，使用FX3U可编程控制器的脉冲输出对象地址中内置的晶体管输出时，旋转方向信号请使用晶体管输出。,表5-16 DSZR操作数说明,表5-17高速输出特殊适配器,其中操作数如表5-16所示，（S2.）需要指定X000X0,2.DVIT/,中断定位,DVIT，执行单速中断定长进给的指令。如图5-42所示，通过驱动,DVIT,指令，以运行速度动作；如果中断输入为,0N,，则运行指定的移动量后，减速停止。,图5-42 DVIT工作示意,DVIT指令格式为：,其中操作数如表5-18所示，（S1.）需要指定设定范围,: 16,位运算时为-32，768+32，767(0除外)、32位运算时为-999，999+999，999(0除外)；（S2.）设定范围,: 16,为运算时为,10,32，767(Hz)、32位运算时如表5-19所示；（D1.）需要指定基本单元的晶体管输出Y000、Y001、Y002，或是高速输出特殊适配器的Y000、Y001、Y002、Y003；（D2.）如采用内置的晶体管输出时旋转方向信号也要使用晶体管输出，如采用高速输出特殊适配器时旋转方向信号使用表5-20中的格式。,2.DVIT/中断定位,表,5-18,DVIT操作数说明,表5-19（S2.）,32,位运算时设定范围,表5-20 特殊适配器连接时脉冲输出与旋转方向的输出,3.,ZRN/,原点回归,ZRN，执行原点回归，使机械位置与可编程控制器内的当前值寄存器一致的指令。ZRN的动作示意跟DSZR相同，在,DOG,传感器为,OFF,时停止。,ZRN,指令格式为：,其中操作数如表5-21所示，（S1.）指定开始原点回归时的速度16位运算时为,10,32，767(Hz)、32位运算时为,10,200，000(Hz)。,表,5-21,ZRN,操作数说明,4.,DRVI/,相对定位,DRVI,，以相对驱动方式执行单速定位的指令。用带正,/,负的符号指定从当前位置开始的移动距离的方式，也称为增量,(,相对,),驱动方式，如图,5-43,所示。,图,5-43,DRVI,工作示意,DRVI,的指令格式为：,其中操作数如表,5-22,所示，（,S1.,）指定输出脉冲数,(,相对地址,),，设定范围,: 16,位运算时为,-32,，,768,+32,，,767(0,除外,),、,32,位运算时为,-999,，,999,+999,，,999(0,除外,),；（,S2.,）指定输出脉冲频率，设定范围,: 16,为运算时为,10,32,，,767(Hz),、,32,位运算,10,200,，,000(Hz),；（,D1.,）指定输出脉冲的输出编号，指定基本单元的晶体管输出,Y000,、,Y001,、,Y002,，或是高速输出特殊适配器,Y000,、,Y001,、,Y002,、,Y003,。,表,5-22 DRVI,的操作数说明,6.,DRVA/,绝对定位,DRVA,，以绝对驱动方式执行单速定位的指令。用指定从原点,(,零点,),开始的移动距离的方式，也称为绝对驱动方式。其工作示意跟,DRVI,类似。,DRVA,指令格式为：,其中操作数如表5-22所示，（S1.）指定输出脉冲数(相对地,其,中操作数如表,5-23,所示，（,S1.,）指定输出脉冲数,(,绝对地址,),设定范围,: 16,位运算时为,-32,，,768,+32,，,767,、,32,位演算时为,-999,，,999,+999,，,999,；（,S2.,）指定指定输出脉冲频率设定范围,: 16,为运算时为,10,32,，,767(Hz),、,32,位运算时,10,200,，,000(Hz),。,表,5-23 DRVA,的操作数说明,7.,TBL/,表格设定定位,TBL,，预先将数据表格中被设定的指令的动作，变为指定的,1,个表格的动作。如表,5-24,所示，先用参数设定定位点。通过驱动,TBL,指令，向指定点移动。,表,5-24,位置、速度和指令表,TBL,指令格式为：,其中操作数如表,5-25,所示，（,D,）指定输出脉冲的输出编号，基本单元的晶体管输出,Y000,、,Y001,、,Y002,，或是高速输出特殊适配器,Y000,、,Y001,、,Y002,、,Y003,；（,n,）执行的表格编号,1,100,。,表,5-25 TBL,的操作数说明,7.TBL/表格设定定位,8.,特殊辅助继电器和特殊数据寄存器,当,Y000,、,Y001,、,Y002,、,Y003,成为脉冲输出端软元件时，其相关的特殊辅助继电器如表,5-26,所示。,表,5-26,特殊辅助继电器,当,Y000,、,Y001,、,Y002,、,Y003,为脉冲输出端软元件时，其相关的特殊数据寄存器如表,5-27,所示。,表,5-27,特殊数据寄存器,当Y000、Y001、Y002、Y003为脉冲输出端软元件时,5.5.4 【实操任务5-3】丝杠机构的位置控制,任务说明,图5-44所示的某丝杠机构采用三菱PLC控制伺服电机运行，伺服电机通过与电机同轴的丝杠点动工作台移动。在自动情况下，按下启动按钮SB1，伺服电动机带动丝杠机构以10000脉冲/秒的速度沿x轴方向右行，碰到正向限位开关SQ1停止2秒；然后伺服电机带动丝杠机构沿x轴方向左行，碰到反向限位开关SQ2停止5秒；接着又向右运动，如此反复运行，直到按下停止按钮SB2，伺服电机停止运行。在手动情况下，伺服电机以6000脉冲/秒的速度向左运行至反向限位。,请用三菱FX3U配合MR-JE伺服控制系统进行设计该丝杠机构的位置控制。,图5-44 丝杠机构的位置控制,5.5.4 【实操任务5-3】丝杠机构的位置控制,实操思路,1.选择合理的实操设备。如FX3U-32MT PLC一台、三菱MR-JE-20A伺服驱动器一台、相对应的伺服电动机HG-JN23J-S100一台。,2.三菱FX3U-32MT PLC进行I/O分配，如表5-28所示。其中方向控制Y2=0，表示正向；Y2=1，表示反向。,表5-28 I/O分配,输入继电器,输入元件,作用,输出继电器,伺服CN1引脚,作用,X0,SB1,启动按钮,Y0,PP,脉冲信号,X1,SB2,停止按钮,Y2,NP,方向控制,X2,SA,手动,Y3,SON,伺服开启,X3,SQ1,正向限位,Y4,LSP,正向限位,X4,SQ2,反向限位,Y5,LSN,反向限位,3.完成图5-45所示的电气线路图。其中位置控制模式下需要将24V电源的正极和OPC（集电极开路电源输入）连接在一起。为了节约PLC的输入点数，将RES复位引脚通过按钮SB3直接与DOCOM连接在一起，为了保证伺服电机能正常工作，急停EM2引脚必须连接至DOCOM（0V），PP（脉冲输入）和NP（方向控制）分别接在PLC的Y0和Y2上。,实操思路输入继电器输入元件作用输出继电器伺服CN1引脚作用,图,5-45,丝杠机构的位置控制电气接线图,4.伺服驱动器参数设置如表5-29所示。,图5-45 丝杠机构的位置控制电气接线图,编号,简称,名称,初始值,设定值,说明,PA01,*STY,运行模式,1000h,1000h,选择位置控制模式,PA06,CMX,电子齿轮分子 (指令脉冲倍率分子),1,16384,设置为PLC发出5000个脉冲伺服电机旋转一周，则,=,=,PA07,CDV,电子齿轮分母 (指令脉冲倍率分母),1,625,PA13,*PLSS,指令脉冲输入形态,0100h,0001h,用于选择脉冲串输入信号，具体为：正逻辑，脉冲列+方向信号,PA21,*AOP3,功能选择 A-3,0001h,0000h,电子齿轮选择,PD03,*DI1L,输入软元件选择1L,0202h,_ _ 0 2,在位置模式将CN1-15引脚改为SON,PD11,*DI5L,输入软元件选择5L,0703h,_ _ 0 3,在位置模式将CN1-19引脚改为RES,PD17,*DI8L,输入软元件选择8L,0A0Ah,_ _ 0 A,在位置模式将CN1-43引脚改为LSP,PD19,*DI9L,输入软元件选择9L,0B0Bh,_ _ 0 B,在位置模式将CN1-44引脚改为LSN,表,5-29,丝杠机构的位置控制伺服驱动器参数,编号简称名称初始值设定值说明PA01*STY运行模式1000,5.三菱PLC梯形图程序设计。,丝杠机构的位置控制梯形图如图,5-46,所示，共有自动程序和手动程序两部分组成。手动开关,X2,没有闭合，即自动状态时，执行该程序中第,4-61,步的自动程序，并在第,61,步时通过,CJ,指令跳转到,END,结束；手动开关,X2,闭合，即手动状态时，执行,CJ,指令，跳转到,P0,指针的手动程序，执行第,65-85,的手动程序。,在自动程序中，采用顺序功能图进行编程，调用,S20-S23,进行状态（步）控制。其位置控制采用,PLSY,指令。,5.三菱PLC梯形图程序设计。,图,5-46,丝杠机构的位置控制梯形图,5.6,三菱伺服,MR-J4,的控制,5.6.1 MR-J4伺服驱动器的内部结构,图,5-47,所示为,MR-J4,伺服驱动器的内部结构（,MR-J4-500A,及以下规格）。,5.6 三菱伺服MR-J4的控制,图,5-47 MR-J4,伺服驱动器的内部结构,1. 电气运行,电源接通顺序如下，其时序图如图5-48所示。,（,1,）控制电路电源（,L11,L21,）应与主电路电源同时或比主电路电源先接通。不接通主电路电源时会在显示部显示警告，但是一旦接通主电路电源，警告就会消失，设备正常动作。,（,2,）伺服驱动器可在主电路电源接通后,2.5,秒,3.5,秒后接收到,SON,（伺服,ON,）信号。因此，接通主电路电源的同时将,SON,（伺服,ON,）设为,ON,，,2.5,秒,3.5,秒后基本电路变为,ON,，然后大约,5,毫秒后,RD,（准备完成）变为,ON,，处于一个可以运行的状态。,（,3,）将,RES,（复位）设为,ON,，基本电路即被切断，伺服电机轴呈自由状态。,图5-48 时序图,2.CN1,连接器引脚定,义,如,表,5-,30,所示，,CN1,连接器的引脚根据控制模式不同，其软元件分配也不同。相关参数栏中对应参数的引脚可以通过该参数进行软元件变更，其中,P,为位置控制模式；,S,为速度控制模式；,T,为转矩控制模式。,表,5-30 CN1,连接器的引,脚,。,2.CN1连接器引脚定义,变频器与伺服应用课件第5章-伺服控制,注1： I：输入信号、,O,：输出信号。,注2： P：位置控制模式、,S,：速度控制模式、,T,：转矩控制模式、,P/S,：位置,/,速度控制切换模式、,S/T,：速度,/,转矩控制切换模式、,T/P,：转矩,/,位置控制切换模式。,注3： 通过,Pr. PD03,Pr. PD22,设定可使用,TL,（外部转矩限制选择）信号，即可使用,TLA,。,注4： 初始状态下没有分配输出软元件。请根据需要通过,Pr. PD47,分配输出软元件。,注5：可在软件版本,B3,以上的,MR-J4-_A_-RJ,伺服驱动器中使用。,注6：可作为漏型接口的输入软元件使用。初始状态下没有分配输入软元件。使用时，请根据需要通过,Pr. PD43,Pr. PD46,分配软元件。此时，请对,CN1-12,引脚提供,DC 24V,的,+,极。此外，可在软件版本,B3,以上的伺服驱动器中使用。,注7：可作为源型接口的输入软元件使用。初始状态下没有分配输入软元件。使用时，请根据需要通过,Pr. PD43,Pr. PD46,分配软元件。,注8：这些引脚可在软件版本为,B7,以上、并且是,2015,年,1,月以后生产的,MR-J4-_A_-RJ,伺服驱动器中使用。,3.参数设定,表5-31所示为MR-J4伺服驱动器的基本参数列表PA，其余未列出，包括增益滤波器设定参数PB、扩展设定参数PC、输入输出设定参数（PD）、扩展设定,2,参数（PE）、扩展设定,3,参数（PF）、线性伺服电机,/DD,电机设定参数（PL）、选件设定参数（PO）。,表5-31 MR-J4伺服驱动器的基本参数列表PA,变频器与伺服应用课件第5章-伺服控制,5.6.2 【实操任务5-4】,工作台伺服控制,任务说明,如图,5-49,所示，,FX3U,控制,MR-J4,伺服驱动器和伺服电机实现工作台运行，其中,FX3U-32MT/ES,选配扩展模块,FX2N-16EYT,、,FX2N-16EX-ES/UL,，并在可编程控制器侧和伺服驱动器侧均需要设置正转限位和反转限位，并具有如下功能：原点回归操作、手动正转操作、手动反转操作、正转定位操作、反转定位操作。同时，能实现如图,5-50,所示的绝对位置方式定位。,图5-49 工作台伺服控制,图5-50 绝对位置方式的定位,5.6.2 【实操任务5-4】工作台伺服控制,实操思路,1.电气接线和I/O地址分配,电气接线如图5-51所示，根据要求，FX3U-,32MT/ES,为主机模块，负责零点信号和伺服准备好信息的输入；,FX2N-16EYT,为扩展模块负责清零信号的输出；,FX2N-16EX-ES/UL,为扩展模块，接收来自外部的信号，如立即停止指令、原点回归指令、,JOG,（,+,）指令、,JOG,（,-,）指令、正转定位指令、反转定位指令、正转限位、反转限位和停止命令。,具体,I/O,地址如表,5-32,所示。,实操思路,图5-51 FX3U与MR-J4电气接线,图5-51 FX3U与MR-J4电气接线,表,5-32 I/O地址分配表,输入,功能,输出,功能,X4,零点信号,Y0,脉冲输出,X10,近点信号（DOG）,Y4,方向控制,X14,伺服准备好,Y20,清零信号,X20,立即停止,X21,原点回归,X22,手动（JOG）正转,X23,手动（JOG）反转,X24,正转定位指令,X25,反转定位指令,X26,正转限位1（LSF）,X2