数控机床电气控制实验指导书

数控机床电气控制实 验 指 导 书张冉唐山工业职业技术学院实验一数控综合实验台的部件认识实验一、实验目的：1、了解数控机床的加工过程控制原理；2、认识数控综合实验台部件组成，掌握各部分的主要作用；3、理解数控机床电气控制系统的组成以及控制原理。二、实验内容认识HED-21S数控综合实验台的数控装置、伺服系统、电动刀架、低压电器以及其他组成部件。三、仪器设备 HED-21S数控综合实验台一台四、实验步骤1、认识实验台的数控装置：型号：“世纪星”HNC-21TF车床数控装置武汉华中数控股份有限公司操作面板：显示区、NC键盘区、机床控制面板区。 作用：数控机床的大脑发出控制信号 华中世纪星HNC-21数控装置的接口定义：XSl 电源接口 ;XS2 外接 PC 键盘接 ; XS3 以太网接口； XS4 软驱接口； XS5 RS232 接口； XS6 扩展 I 0 板接口； XS8 手持单元接口； XS9 主轴控制接口； XSl0 ， XS11 输入开关量接口； XS20 ， XS21 输出开关量接口； XS30 XS33 模拟式、脉冲式 ( 含步进式 ) 进给轴控制接口； XS40 XS43 串行式 HSV 一 11 型伺服轴控制接口； ( 若使用软驱单元，则 XS2 、 XS3 、 XS4 、 XS5 为软驱单元的转接口 ) 2、认识数控机床的输入/输出装置 作为HNC-21数控装置XS10、XS11、XS20、XS21接口的转接单元。 实验台输入/输出装置采用：HC5301-8输入接线端子板：含有20位开关量输入端子HC5301-R继电器板（输出板）：16位开关量输出端子和急停（两位）与超程（两位）端子；继电器板上集成了八个单刀单开继电器和两个双刀双开继电器，其中8路开关量信号输出用于控制八个单刀单开继电器，剩下8路开关量输出通过接线端子引出，可用来控制器其它电器。 3、伺服系统主轴伺服系统：0.55KW三相交流异步电机 + 日立SJ100-007HFE变频器半闭环控制X轴伺服系统：深圳雷塞M535步进驱动器+雷塞57HS13四相混合式步进电机开环控制Z轴伺服系统：三洋SANY0 Q交流伺服驱动器+MSMA022A1C伺服电动机 半闭环控制、闭环控制4、数控机床上的低压电器 自动开关QF（4个） 接触器（2个） 继电器（10个） 行程开关（6个） 按钮 磁粉制动器（1个） 灭弧器（3个） 控制变压器（1个）：AC380/AC220V/AC24V 三相伺服变压器（1个）：AC380/AC200V 开关电源：AC220V/DC24V5、其它部件的认识 电动刀架 精密十字工作台 光栅尺 五 实验结果记录HED-21S数控综合实验台部件清单部件序号部件名称部件型号数量作用123456789实验二 数控综合实验台电气控制分析实验一、实验目的 1、使学生掌握电气控制原理图的识别方法和步骤； 2、熟悉数控综合台各个组成部件的电气连接； 3、掌握电动刀架的刀位选择控制线路控制过程。二、实验内容 1、按照数控综合实验台电气原理图，检查数控系统的接线； 2、上电进行系统测试与调试； 3、以刀架刀位选择线路为重点，分析其电气控制过程以及信号的传递过程，同时观察实验。三、仪器设备 HED-21S数控综合实验台一台 工具包 综合实验台电气原理图册一本四、实验步骤1、首先按照数控综合实验台电气原理图，一一检查数控实验台的连线是否正确； （1）主电源电源回路的连接 （2）数控系统刀架电机的连接 （3）数控系统继电器和输入输出开关量控制接线的连接 （4）数控装置和手摇单元的连接 （5）数控装置和步进电机驱动器、变频器、交流伺服驱动器的连接 （6）工作台上的电机电源线、反馈电缆及其其它控制信号线的连接电源部分图 1 电源部分接线图继电器与输入/输出开关量图 2 继电器部分接线图图 3 继电板部分接口图 4 输入开关量接线图图 5输出开关量接线图数控装置与手摇单元和光栅尺图6 手摇单元接线图图 7 数控装置与光栅尺连接数控装置与主轴的连接图 8 数控装置与主轴连接数控装置与步进驱动单元连接图 9 数控装置与步进驱动单元的连接数控装置与交流伺服单元的连接图 10 数控系统与交流伺服单元的连接数控系统刀架的连接图 11 刀架电动部分 2、数控系统的调试 在所有的连接正确后，进行实验台的调试实验（1）通电 按下急停按钮，断开系统中所有空气开关 合上空气开关QF1 合上空气开关QF4 合上空气开关QF3 合上空气开关QF2 （2）系统功能检查 左旋并拔起操作台右上角的“急停”按钮，使系统复位；系统默认进入“手动”方式，软件操作界面的工作方式变为“手动”。 按住“+X”或“-X”键(指示灯亮)，X轴应产生正向或负向的连续移动。松开“+X”或 “-X”键(指示灯灭)，X轴即减速运动后停止。以同样的操作方法使用“+Z”、“一Z”键可使Z 轴产生正向或负向的连续移动。 在手动工作方式下，分别点动X轴、Z轴，使之压限位开关。仔细观察它们是否能压到 限位开关，若到位后压不到限位开关，应立即停止点动；若压到限位开关，仔细观察轴是否立即停止运动，软件操作界面是否出现急停报警，这时一直按压“超程解除”按键，使该轴向相反方向退出超程状态；然后松开“超程解除”按键，若显示屏上运行状态栏“运行正常”取代了“出错”，表示恢复正常，可以继续操作。 检查完X轴、z轴正、负限位开关后，以手动方式将工作台移回中间位置。 按一下“回零”键，软件操作界面的工作方式变为“回零”。按一下“+X”和“+Z”键，检 查X轴、Z轴是否回参考点。回参考点后，“+X”和“+Z”指示灯应点亮。 在手动工作方式下，按一下“主轴正转”键(指示灯亮)，主轴电动机以参数设定的转速 正转，检查主轴电动机是否运转正常；按住“主轴停止”键，使主轴停止正转。按一下“主轴反转”键 (指示灯亮)，主轴电动机以参数设定的转速反转，检查主轴电动机是否运转正常；按住 “主轴停止”键，使主轴停止反转。 在手动工作方式下，按一下“刀号选择”键，选择所需的刀号，再按一下“刀位转换”键，转塔刀架应转动到所选的刀位。 调入一个演示程序，自动运行程序，观察十字工作台的运行情况。 3、电动刀架刀位选择控制回路的分析在电气原理图中找出刀架电机的控制回路，并进行简单分析得出KM1、KM2控制电机的正反转，并检查接触器的线圈、主触点以及辅助触点的接线。 在电气原理图上，找出控制接触器线圈得失电得是KA4、KA5，并在综合实验台上找出这两个继电器； 查找电路图上控制KA4、KA5的回路，并在实验台上查找实物； 分析输出信号的来源； 绘制刀架控制回路的信号传递总图。4、刀架刀位选择线路的控制过程 按下刀位选择按键，选择不同的刀号，再按一下刀位转换按键，观察KA4、KA5的指示灯，KM1、KM2、刀架的动作情况并记录。5、关机 按下急停按钮 断开空气开关QF2 合上空气开关QF3 合上空气开关QF4 合上空气开关QF1五、实验结果记录1、记录上电后按下操作面板上控制按键时，机床的动作情况。2、绘制电动刀架电气原理图3、绘制电动刀架的信号传递总图。 实验三 数控综合实验台电气故障设置与分析实验一、实验目的 1、使学生掌握电气控制原理图的识别方法和识图步骤； 2、熟悉数控综合台各个组成部件的电气连线； 3、掌握数控机床电气故障的设置与分析的方法。二、实验内容 1、按照数控综合实验台电气原理图，检查数控系统的接线； 2、上电进行系统测试与调试； 3、在数控综合实验台上设置典型故障，观察实验现象，并分析故障原因得出重要的结论。 4、将实验台的连线恢复原样，开机检查工作台是否能正常工作，若能关机，整理实验结果。三、仪器设备 HED-21S数控综合实验台一台 工具包 综合实验台电气原理图册一本四、实验步骤1、首先按照数控综合实验台电气原理图，一一检查数控实验台的连线是否正确； （1）主电源电源回路的连接 （2）数控系统刀架电机的连接 （3）数控系统继电器和输入输出开关量控制接线的连接 （4）数控装置和手摇单元的连接 （5）数控装置和步进电机驱动器、变频器、交流伺服驱动器的连接 （6）工作台上的电机电源线、反馈电缆及其它控制信号线的连接 2、数控系统的调试 在所有的连接正确后，进行实验台的调试实验 （1）通电 按下急停按钮，断开系统中所有空气开关 合上空气开关QF1 合上空气开关QF4 合上空气开关QF3 合上空气开关QF2 （2）系统功能检查 拔起急停按钮，系统复位； 按压+X，-X，+Z，-Z按键，检查工作台X、Z轴是否正常进给； 按下回零按钮，再按下+X，+Z，检查是否回到参考点； 主轴功能检查主轴正、反转与停止，检查主轴是否正常工作； 刀号选择按钮，选择所需的刀号，再按刀位转换按键，检查刀架是否正常工作，能否准确换刀； 调入或编写一个演示程序自动运行，观察十字工作台的运动情况。3、设置典型故障 在系统运行正常，实验台各个部件运行正常情况下，进行一些常见的故障现象的设置实验，记下设置故障后的故障现象，并得出相应的结论分析，在设置故障的过程中，首先根据电气原理图中的连线图，找出实物，然后在断电的情况下拆线，用绝缘胶带将电线包裹，开机观察故障现象并做相应的记录，然后断电并将线接好，再进行下一个故障的设置。4、在设置完故障后，将实验台的连线恢复原样，开机进行功能测试。5、在实验台一切正常的情况下，关机 按下急停按钮 断开空气开关QF2 合上空气开关QF3 合上空气开关QF4 合上空气开关QF1，整理实验结果。五、实验结果记录注意：做实验时注意安全，不要将电源线裸露在外，拆下的电线要用绝缘胶带进行包裹，不允许带电拆装电线故 障 设置序号故障设置方法故障现象故障原因1将实验台的三相电源中的U相去除，观察实验台出现的现象，并记录下来2将实验台的三相电源中的W相去除，观察现象，并记录下来3主轴部分主轴电机的电源线取消一相，电机运行状态将变频器的电源取消一相，观察电机运行状态将主轴电机的电源相序任意调换两相，电机运行状态将变频器接线端子上的509拆下，运行主轴电机观察现象4进给轴部分将伺服驱动器的电源线拆掉一相。伺服电机运行状态将伺服电机的电源线拆掉一相，电机运行状态将伺服驱动器上面的直流短接端子拆下，观察伺服状态5刀架类将刀架电机电源去掉一相，进行换刀操作将刀架电机电源任意两相互换，进行换刀操作6将24V1电源断开把HC5301-R继电器板的外接24V1断开将继电器KA10线圈上的24V1断开将继电器KA9触点上的24V1断开7将HC5301-8输入接线板上的外接24V电源断开8将系统输出端子与输出转接板之间的互联电缆拆下，进入系统观察现象实验四 数控综合实验台PLC编程与调试实验一、实验目的 1、了解标准PLC基本原理和结构； 2、能够熟练修改标准PLC各个输入输出点及PLC所提供的各项功能； 3、了解用C语言编写PLC程序的方法，掌握数控系统PLC调试方法。二、实验内容 1、主轴档位及PLC输出点定义实验； 2、主轴转速的调整； 3、刀架信号输入点定义。 4、用实验台所带的乒乓开关控制主轴的正反转。5、将机床信号输入口XS10的输入电缆代替接口XS116、自动润滑功能的设定7、华中数控PLC程序的编写及其编译8、简单程序的编写与调试三、仪器设备 HED-21S数控综合实验台一台 工具包 万用表PC键盘一个四、相关知识（1）IO信号与XY的对应关系在“PMC系统参数”选项中给各部件(部件20、部件21、部件22)中的输入、输出开关量分配占用的X、Y地址，即确定接口中各IO信号与XY的对应关系。如图1所示：将部件21中的开关量输入信号设置为“输入模块0”，共30组，则占用X 00X29；将部件20中的开关量输入信号设置为“输入模块1”，共16组，则占用X30X 45；输入开关量总组数即为30+16=46组。将部件21中的开关量输出信号设置为“输出模块0”，共28组，则占用Y00Y27；将部件22中的开关量输出信号设置为“输出模块1”，共2组，则占用Y28Y29；将部件20中的开关量输出信号设置为“输出模块2”，共8组，则占用Y30Y37；输出开关量总组数即为28+2+8=38组。在“PMC系统参数”选项中所涉及的部件号与“硬件配置参数”选项中的部件号是一致的。输入输出开关量每8位一组，占用一个字节。例如HNC-21TF数控装置XS1O接口的I0I7开关量输入信号占用X 00组，IO对应于X 00的第0位、I1对应于X OO的第1位。按以上参数设置，IO开关量与XY的对应关系见表2。图1 PMC系统参数中关于输入/输出开关量的设置（2）I/O（输入/输出）开关量的接口在系统程序、PLC程序中，机床输入的开关量信号定义为X(即各接口中的I信号)，输出到机床的开关量信号定义为Y(即各接口中的O信号)。将各个接口(HNC-21TF本地、远程IO端子板)中的I0(输入输出)开关量定义为系统程序中的X、Y变量，需要通过设置参数中的“硬件配置参数”选项和“PMC系统参数”选项来实现。表2IO开关量与XY的对应关系类别信号名X/Y地址部件号模块号说明输入开关量地址定义IOI39X00X0421输入模块OXS1O、XS11输入开关量I40I47X05 保留I48I175X06X21 保留I176I239X22X29 保留I240I367X30X4520输入模块1 面板按钮输入开关量输出开关量地址定义O0O31YOOY0321输出模块OXS20、XS21输出开关量O32O159Y04Y19 保留O160O223Y20Y27 保留O224O239Y28Y2922输出模块1 主轴模拟电压指令数字输出量O240O303Y30Y3720输出模块2面板按钮指示灯输出开关量HNC-21TF数控装置的输入输出开关量占用硬件配置参数中的三个部件(一般设为部件20、部件21、部件22)，如图2所示。、主轴模拟电压指令输出的过程为：PLC程序通过计算给出数字量，再将数字量通过转换用的硬件电路转化为模拟电压。PLC程序处理的是数字量，共16位，占用两个字节，即两组输出信号。因此，主轴模拟电压指令也作为开关量输出信号处理。图2硬件配置参数中关于输入/输出开关量的设置五、实验步骤1、开机进入PLC配置界面，开始主轴档位及输出点定义实验，自动换档为Y，本配置界面定义的输出点才有效，在变频换档或手动换档为Y时，应关闭此菜单选项中的所有输出点。 2、主轴转速的调节 主轴转速是通过变频器与PLC中的相关参数来进行控制，标准PLC中的主轴转速设定参数，主要包括：电机最大转速。设定所有速度上限、实测电机上限/下限。3、刀架信号输入点定义 （1）在标准PLC的刀库配置界面中对刀具输入点进行定义，在位编辑行对应的编辑框中输入-1表示该输入点无效。在刀号输入点编辑框中输入“1”表示对应的输入点在此刀位中有效，为“0”表示对应的输入点在此刀位中无效。 （2）当前系统刀架主持刀具总数为4把，输入的组为第1组，输入的有效为4位，分别是X1.1、X1.2、X1.3、X1.4。 （3）刀架的正转为Y0.3，反转为Y0.4，如果PLC这样配置，编译后系统正常运行。 （4）此时刀架运转正常，将PLC的刀架正反转输出信号Y0.3、Y0.4进行互换，重新编译后，运行刀架有什么现象记录下来分析原因； （5）将电断开，把输入接线板的刀架刀位信号X1.3、X1.4的输入位置向后平移两个点，重新上电进行换刀操作，有什么现象，分析原因。4、用实验台所带的乒乓开关控制主轴正反转 （1）进入车床标准PLC的编辑状态，按键ALK+K进入PLC配置界面； （2）找到主轴正反转的输入点定义，并把它分别更改成X0.6、X0.7； （3）这是退出PLC后编译，观察利用乒乓开关控制主轴正反转的实验现象，并分析原因。5、将机床信号输入口XS10的输入电缆代替XS11将机床的输入口XS上的输入电缆接口接到XS11上面，然后通过更改标准PLC的输入点进行调节。（1）将PLC的输入点定义栏的各输入点记下，查出其对应的DB25插头的管脚号；（2）查出XS11和XS10相同管脚号对应的输入点；（3）进入标准PLC的编辑界面，将PLC的输入点定义栏更改为XS11各对应的输入点；（4）退出PLC进行编译，然后进入系统检查系统是否正常运行。6、自动润滑功能的设定 （1）进入PLC编辑状态，定义自动润滑开的输出信号点位Y0.6；（2）退出PLC并进行重新编译；7、华中数控PLC程序的编写及其编译（1）在DOS环境下，进入数控软件系统的PLC目录；C：HNC-21tfPLC （2）敲入C：HNC-21tfplcedit 1.cld (3)在数控系统的PLC目录下，修改M.BAT。 （4）运行M.BAT文件，系统就会对PLC的源文件进行编译。 （5）PLC源程序编译后，将产生一个DOS可执行的.com文件。8、简单PLC程序的编写 进入系统文件PLC目录，利用DOS命令EDIT新建一个源程序文件1.cpp，源程序编写如下： # pragma inline #include “plc.h” Void init (void) Void plc1 (void) if(X31&0X40) Y31!=0X40; Void plc 2 (void) 把编好的程序进行编译，把生成的程序加载到数控系统文件中，进入系统，按下循环启动按键，观察出现的现象。六、实验结果记录1、标准PLC配置实验结果记录序号PLC配置方法现象原因1将自动换档选项设位Y，运行主轴2将PLC的刀架正反转输出信号Y0.3、Y0.4进行互换，编译后，运行刀架观看现象3把输入转接板的刀架刀位信号X1.3、X1.4的输入位置改为X1.5、X1.6，进行换刀，观看现象4主轴正反转的输入点定义为X0.6、X0.7，将K6、K7接通，观看主轴运行状态5将机床信号输入点XS10更换为XS11，并进行相应PLC配置，系统是否正常运行。6将自动润滑开的输入信号定义为Y0.6，编译后观察现象2、PLC编程结果记录运行上述程序后，按下循环启动键后的现象。七、思考题如果按下循环启动键后，电亮进给保持灯，如果松开，则灯熄灭，如果按下进给保持灯按键，电亮循环启动灯。如果松开，则灯熄灭。如何让编写PLC程序可实现此功能。实验五 步进电动机调试及使用实验一、实验目的 1、熟悉步进电机运行原理及其驱动系统的连接； 2、掌握步进电机性能特性及其调试的基本方法。二、实验内容 1、世纪星HNC-21TF配步进电机的参数设置； 2、M535步进电机驱动器参数设置； 3、步进电机绕组的并联与串联接法实验；4、测定步进电机的空载启动频率；5、设置步进驱动器典型故障并分析原因。三、仪器设备 HED-21S数控综合实验台一台 工具包 数控实验台电气原理图四、实验步骤1、数控系统与步进电机的连接各引脚定义：CP+ 、CP-单脉冲方式时，正反转的运行脉冲，接M535步进驱动器的PUL+、PUL-DIR+、DIR-单脉冲方式时，正、反转的方向脉冲。 2、HNC-21TF数控系统的参数设置 按表一对步进电机有关参数进行设置，按表二设置硬件参数。3、M535步进电机驱动器参数设置 （1）步进电机驱动器细分数的设定 本驱动器提供1-256细分，在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采用细分驱动器来驱动步进电机，根据表三，对驱动器所采用的细分数进行设定，拨码开关5、6、7、8可以选择细分数。 表一 坐标轴参数 参数名 参数值 伺服驱动型号 46 伺服驱动器部件号 0 最大跟踪误差 0 电动机每转脉冲数 200 伺服内部参数0 4 伺服内部参数1 0 伺服内部参数2 0 伺服内部参数3、4、5 0 快速加减速时间常数 100 快速加速度时间常数 64 加工加减速时间常数 100 加工加速度时间常数 64表二硬件配置参数参数名型号标识地址配置0配置1部件0530146000表三 步进电机细分数设置细分数SW5SW6SW7SW821111410118110116100132111064101012811002561000（2）步进电机驱动器电流选择拨码开关1、2、3可以选择驱动器的电流大小，表四是拨码开关不同状态对应相电流大小。（3）半流功能测试 步进电机由于静止时的相电流很大，所以驱动器提供半流功能，其作用是党步进电机驱动器如果一定时间内没有接收到脉冲，那么它会自动将电机的相电流减小为原来的一半，防止驱动器过热，M535驱动器的SW4开关拨至OFF，半流功能开；将拨码开关拨至ON，半流功能关。表四 步进电机相电流的设置电流SW1SW2SW31.31111.60111.91012.20012.51102.90103.21003.50004、步进电机绕组的并联与串联接法实验步进驱动器是两相驱动器，利用两相驱动器来控制四相步进电机，可以将四相步进电机的绕组线圈两两进行并联或串联，当作两相电机进行使用。现将串联接法改为并联接法：（1）将电机绕组端子A+、C-并在一起接到驱动器A+端子上；（2）将电机绕组端子A-、C+并在一起接到驱动器A-端子上；（3）将电机绕组端子B+、D-并在一起接到驱动器B+端子上；（4）将电机绕组端子B-、D+-并在一起接到驱动器B-端子上。5、测定步进电机的空载启动频率 启动频率是指电机在不丢步，不堵转的情况下能够瞬时启动的最大频率，测试的方法如下： （1）设置X轴的加减速时间常数为2，并将快移与加工速度分别设为6000、5000；（2）在步进电机轴处作一标记，由世纪星设置步进整数转的位移和速度，让步进电机空载启动；（3）步进电机处于静止状态下，启动旋转一圈后停止，从轴标记判断步进电机是否失步活出现堵转现象。（4）在工作台上增加一定负载没，按上述步骤测定步进电机的空载起动频率。（5）将步进电机驱动器的电流减为原来的1/3，再按上述步骤测定空载频率，比较三次的区别。6、设置典型故障并分析原因 步进电机主要故障及诊断如表五所示。 表五 步进电机控制系统主要故障及诊断 故障现象 故障原因 电动机不运转 驱动器无直流供电电压； 驱动器保险丝熔断； 驱动器报警 (过电压、欠电压、过电流、过热) 驱动器与电动机连线断开； HNC21TF数控系统轴参数设置不当； 驱动器使能信号被封锁；接口信号线接触不良； 指令脉冲太窄、频率过高、脉冲电平太低 电动机启动后堵转 指争频率太高， 负载转矩太大； 加速时间太短；负载惯量太大； 直漉电源电压降低 电动机运转不均匀，有抖动 指令脉冲不均匀； 指令脉冲太窄； 指令脉冲电平不正确； 指令脉冲电平与驱动器不匹配； 脉冲信号存在噪声； 脉冲频率与机械发生共振 电动机运转不规则，正、反转地摇摆 指令脉冲频率与电动机发生共振 电动机定位不准 加、减速时间太短 存在干扰噪声； 系统屏蔽不良 五、实验结果记录典型故障序号故障设置方法故障现象原因1步进驱动器A+与A-互换，手动运行X轴，观察故障现象2将步进驱动器的电流设定值调到最小，运行X轴与正常情况下比较3将X轴的指令线中的CP+、CP-进行互换，运行X轴与正常情况下比较4将X轴的指令线中的DIR+、DIR-任意取消一根，运行X轴与正常情况下比较5将X轴的指令线中的DIR+、DIR互换，运行X轴与正常情况下比较6只将线圈A、B与步进驱动器连接，将C、D两线圈与驱动器断开，运行X轴，观察现象7只将线圈A、C与步进驱动器连接，将B、D两线圈与驱动器断开，运行X轴，观察现象实验六 交流伺服系统调试及使用实验一、实验目的 1、熟悉交流伺服系统的构成及原理以及伺服电机、驱动器、数控系统的连接； 2、掌握交流伺服电机及驱动器的性能与特性。 3、熟悉交流伺服系统的动态特性及其基本参数调整。二、实验内容 1、数控系统与交流伺服驱动器的连接；2、世纪星HNC-21TF配伺服驱动时的参数设置； 3、伺服驱动器的调节与参数设置；4、交流伺服驱动器典型故障并分析原因。三、仪器设备 HED-21S数控综合实验台一台 工具包 数控实验台电气原理图四、实验步骤1、数控系统与交流伺服驱动装置的连接各引脚定义：CN1伺服允许信号、数控控制信号、伺服准备好信号R、S、T 伺服强电r、t工作电源CNC：U、V、W驱动器电源输出端子PE接地端子CN2脉冲编码器反馈信号接线端子 2、HNC-21TF配伺服驱动时的参数设置 按表一对伺服电机有关参数设置坐标轴参数，按表二设置硬件参数。3、伺服驱动器的调节实验实验台所选用的三洋驱动器操作面板有五个按键，其功能如下表三所示，可以通过这五个按键来进行参数的修改和调试。 （1）空载下调试及运行 为了判断伺服驱动系统的功能是否正常，可以直接利用伺服驱动器对电机进行控制，实验台的Z轴采用的交流伺服电机，可以完成此项功能的调试。 表一 坐标轴参数 参数名 参数值 外部脉冲当量分子 5 外部脉冲当量分母 2 伺服驱动型号 46 伺服驱动器部件号 2 最大定位误差 20 最大跟踪误差 12000 电动机每转脉冲数 2000 伺服内部参数0 0 伺服内部参数1 1 伺服内部参数2 0 伺服内部参数3、4、5 1 快速加减速时间常数 100 快速加速度时间常数 64 加工加减速时间常数 100 加工加速度时间常数 64表二硬件配置参数参数名型号标识地址配置0配置1部件25301450500表三 按键功能表按键名称标志输入时间功能确认键WR1秒以上确认选择和写入后的编辑数据光标键1秒以内选择光标位上键1秒以内在正确的光标位置按键更改变数据，当按下1秒或更长时间，数据上下移动下键1秒以内模式键MODE1秒以内选择显示模式 具体步骤如下： 按下MODE键显示测试模式，然后选择页面屏幕，通过上下键来增加和减少数值。 按下WR键1秒钟，显示起初的屏幕显示，当按下MODE键，返回页面选择屏幕。当再次按下MODE键，转换到下一组模式。 监控模式各页码说明如表四。表四 监控模式说明页码功能描述00速度模拟指令/转矩指令自动更改01转矩模拟指令自动提升02报警复位03编码器清除04固定励磁05手动操作06自整定陷波滤波器（2）通过修改伺服驱动器的通用参数，改变驱动器的运动性能注意：在做实验时如果发生Z轴啸叫、抖动或其他不良情况，请务必将急停拍下或将伺服电机强电断路，然后将参数恢复，以防损坏设备。 PA000位置比例增益设定位置环调节器的比例增益。 设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小，但数值太大可能会引起震荡或超调。 参数数值由具体的伺服系统型号和负载确定。 更改驱动器的位置比例增益，让系统以固定的频率给驱动器发送脉冲，既让Z轴以一个固定的速度运行，然后选择系统跟踪误差显示模式，记录下来运行稳定时的跟踪误差值。填入下表五：位置比例增益值5203050010001200系统跟踪误差Z轴运行状态 PA002速度比例增益设定速度调节器的比例增益。 设置值越大，增益越高，刚度越大，参数数值由具体的伺服系统型号和负载确定，一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。 在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较大的值。更改驱动器的速度比例增益，让系统以固定的频率给驱动器发送脉冲，既让Z轴以一个固定的速度运行，然后选择系统跟踪误差显示模式，记录下来运行稳定时的跟踪误差值。填入下表六速度比例增益值52030 50010001200系统跟踪误差Z轴运行状态 PA003速度积分时间常数设定速度调节器的积分时间常数。 设置值越大，积分时间越快，参数数值由具体的伺服系统型号和负载确定，一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。 在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较小的值。更改驱动器的速度比例增益，让系统以固定的频率给驱动器发送脉冲，既让Z轴以一个固定的速度运行，然后选择系统跟踪误差显示模式，记录下来运行稳定时的跟踪误差值。填入下表七：速度积分时间常数80040020 61系统跟踪误差Z轴运行状态 通过修改参数，观察电机的运行性能，观察什么请况下电机出现抖动、啸叫、超调，在参数不同的情况下，电机运转时观察坐标的变化情况，系统跟踪误差的大小，回零时的不同现象，将电机调节到比较理想状态，电机动作时的不同现象。下面根据下表八对伺服电机进行调试，把观察到的工作台的运行状态，伺服电机的运行及系统的状态填入表八：4、设置典型故障并分析原因步进电机主要故障及诊断如表九、十所示。在设置完故障后，将其恢复到原始状态。表 八速度积分时间常数80040020 61位置环比例增益值系统跟踪误差Z轴运行状态表 九交流伺服驱动器主要故障及原因 报警号 报警内容 主要原因 12 过电压 输入的交流电电压过高 再生放电电路故障； 驱动器内部电路故障 13 欠电压 输入的交流电电压过低； 电源容量太小 伺服 ON 信号提前有效 14 过电流 电动机接线短路；电动机接线对地短路；驱动器的 IGBT 器件损坏；电动机与驱动器不匹配 15 过热 驱动功率元件过热； 温度传感器电路故障 15 过热 驱动功率元件过热； 温度传感器电路故障 18 制动过压 放电电阻开路或阻值太大； 负载惯量太大； 电动机转速太高； 减速时问太短 20 21 22 23 编码器出错 无 A 相和 B 相脉冲； 引线电缆短路； 噪声干扰； 接地、屏蔽不良 24 位置偏差过大 指令脉冲频率太高；转矩限制太低； 位置增益太小 38 限位保护 限位开关动作； 限位开关电路开路 表 十交流伺服电机的主要故障及原因 序号 故障现象 主要原因 1 电动机不转 控制模式选择不当；信号源选择不当； 转矩限制禁止设定不当；转矩限制被设置成 0 ； 零速箝位被接通；限位开关开路，驱动禁止； 投有伺服 ON 信号；指令脉冲禁止有效； 轴承锁死 2 转速不均匀 增益时间常数选择不当；速度或位置指令不稳定， 伺服 ON 、转矩限制、指令脉冲禁止信号有抖动；速度指令包含噪声； 信号线接触不良 3 定位精度不好 指令脉冲波形不好，变形或太窄； 指令脉冲上有噪声干扰； 位置环增益太小； 指令脉冲频率过高； 伺服 ON 、转矩限制、指令脉冲禁止信号有抖动 4 初始位置变动 Z 相脉冲丢失； 回归速度太高； 原点接近开关，输出抖动； 编码器信号有噪声 5 电动机异常响声振动 速度指令包含噪声； 增益太高； 机械共振； 电动机的机械故障 6 电动机过热 增益不当； 驱动器与电动机配合不当； 电动机轴承故障； 驱动器故障 五、实验结果记录 1、伺服驱动器的调节实验结果记录根据实验现象，将表五、六、七、八填好。 2、故障设置实验结果记录典型故障序号故障设置方法故障现象原因1将伺服驱动器的控制电源24V断开，运行Z轴，观察系统及驱动器的现象2将系统的输出信号Y17断开，运行Z轴，观察系统及驱动器的现象3将伺服驱动器的码盘线人为的松动或断开，观察系统及驱动器的现象4将系统参数中的硬件配置中的部件2由50更改为2，运行Z轴5将系统参数中的部件2的配置0改为34，伺服参数PA400设为20H，运行Z轴实验七 变频调速系统的构成、调整及使用实验一、实验目的 1、熟悉异步电动机、变频器的控制原理以及与控制系统的连接方法； 2、了解变频器数字操作键盘的使用和参数设置的方法，变频器常见功能的测试。 3、掌握主轴伺服系统常见故障的诊断方法。二、实验内容 1、数控系统与主轴变频器的连接；2、SJ100变频器面板的认识实验； 3、变频器与三相异步电动机的控制实验；4、主轴伺服驱动器典型故障并分析原因。三、仪器设备 HED-21S数控综合实验台一台 工具包 数控实验台电气原理图四、相关知识 变频调速的控制原理：根据电机学的理论，交流电动机的转速n为： 若均匀地改变定子供电频率，则可以平滑地改变电动机的同步转速，从而得到范围宽、精度高的优良调速性能。旋转磁场以同步转速切割定子绕组时，在每相绕组中产生的感应电动势为：式中：定子每相绕组有效匝数； 每极磁通量； 定子相电压。因此 分析上式可知：如在变频调速中，只保持定子电压，不变，则主磁通的大小将随的改变而发生变化。在一般电动机中，中。值通常是在额定电压的运行条件下确定的，为了充分地利用电动机铁心，都把磁通量选取在接近磁饱和的数值上。如果在调速过程中，频率从工频往下调，则上升，将导致铁心过饱和而使励磁电流迅速上升，铁心过热，功率因数下降，电动机带负载能力降低。因此，必须在降低频率的同时，降低电压，以保持不变。这就是所谓的恒磁通变频调速。因此，交流电动机的变频调速控制兼有调频和调压