伺服案例1 相对位置控制模式.ppt

应用案例1 伺服电机的相对控制模式 1 要求下图工件台按设定的距离左右移动 移动单位是1us 2 可以点动左右移动 3 具备原点回归功能 4 左右需装有极限开关 工件台不能超过极限位置 一 配置硬件二 案例分析三 放大器与PLC接线四 放大器参数设定五 写PLC程序 一 硬件配置 1 MR J2S 70A伺服放大器2 HC KFS73伺服电机3 FX1N 40MTPLC 二 案例分析 1 相对位置控制也叫增量控制 与其对应的是绝对位置控制方式 在位置控制模式时 伺服电机的动作是由PLC所发脉冲决定的 脉冲的个数决定电机转动的角度 脉冲的频率决定电机的转速 二 1 伺服放大器关键要件 偏差计数 位置控制 偏差计数器 滞留脉冲 指令脉冲 反馈脉冲偏差计数器 0 速度指令为0 马达停止 什么是命令脉冲 什么是电子齿轮比 什么是偏差计数器 什么是数 模转换器 什么是反馈脉冲 什么是命令脉冲 命令脉冲由上位机 本例即PLC 发出的脉冲串 相对位置指令DDRVI可以由Y0或Y1口输出指定数量指定频率的脉冲串 按上图接线 放大器由CN1A 3和CN1A 10脚完成脉冲接收 什么是反馈脉冲 反馈脉冲由电机尾部的编码器发出的脉冲 电机转动一周反馈131072个脉冲 什么是电子齿轮比 电子齿轮比会放大PLC的脉冲 由下图所知 当电子齿轮比为1时 要想电机转动一周PLC要发送131072个脉冲 因为PLC发送131072个脉冲后 当编码器反馈131072个脉冲后偏差计数器中的值为0 马达停止 偏差计数器 滞留脉冲 指令脉冲 反馈脉冲偏差计数器 0 速度指令为0 马达停止 为什么要设定电子齿轮比 如果没有电子齿轮比的放大作用 电机的最高速度仅为92转 每分钟 PLC集电极脉冲输出最高为200KHZ 如果电子齿轮比为1 PLC以最高频率每秒200K发脉冲 电机的最高速度为91 58转 每分钟 电机转速 PLC脉冲频率 1 131027 60 当电子齿轮比大于33时 即将脉冲频率放大33倍后电机每分钟最高为3000转 电子齿轮比设定原因1 电子齿轮比设定原因2 可以使PLC输出脉冲的个数与控制对象位移的单位对应起来 在本例中 丝杆的螺距是1 5mm 工作台的移动单位要求是1um 即要求PLC发送一个脉冲工作台走动1um 如果没有电子齿轮比 PLC发送131072个脉冲电机转动一周 即丝杆走动1500um 通过计算 每发送87个脉冲丝杆走动1us 显然不利于计算 在本例中 将PLC发送的脉冲放大87倍 即可达到PLC1个脉冲对应工作台走动1um 放大PLC脉冲量的方法 电子齿轮比的设定方法 在放大器参数3和参数4中设定分子和分母 接上页 本例要求电机转动一圈 工件台走动1500um 即要求PLC发送131072个脉冲工件台走动1500um 只有放大131072 1500倍才能符合要求 因为电子齿轮比最大只能设定65535 所以先约分后再设定到放大器参数中 经约分 参数3为32768 参数4为375 当有减速机或皮带的场合电子齿轮比的设定方法 计算步骤 要求PLC发一个脉冲工件台走动10um 不考虑减速比时 1 在螺距为10mm时 脉冲给进量为10um 多少个脉冲螺杆转一圈 10mm 10000um10000um 10um 10001000个脉冲螺杆要走一圈 2 要满足1000个脉冲螺杆走一圈 脉冲要放大131027 1000倍 在上述计算基础上考虑减速比 1 减速比为1 2说明 在原基础上脉冲量还要放大一倍才能满足要求 电子齿轮比的最终的结果为 131072 2 1000 经过约分为32768 125参数3为32768参数4为125 计算步骤 不考虑减速比时 1 一个脉冲旋转0 01度 360度就要 360 0 01 36000 2 要满足36000个脉冲转盘转一圈 脉冲要放大131072 36000倍 在上述计算基础上考虑减速比 1 减速比为4 64说明 在原基础上脉冲量还要放大64 4才能满足要求 电子齿轮比的最终的结果为 131072 36000 64 4 8388608 144000经分后为65536 1125由于65536超过参数3的设定范围所以再公约321845 3 375四舍五入结果 参数3为21845 参数4为375 公约数为2时 公约数为2 5时 什么是数模转换器 将偏差计数器中的数字脉冲量进行PWM调节 变成三相旋转高频交流电驱动电机运转 伺服电机是靠三相旋转磁场带动转子转动的 所以偏差计数器中的数字脉冲量要进行PWM发生电路进行数 模转 什么是偏差计数器 做PID控制 保证PLC的命令脉冲数与电机执行脉冲数完全一致 在位置控制时 偏差计数器 滞留脉冲 指令脉冲 反馈脉冲偏差计数器 0 速度指令为0 马达停止 在速度控制时 偏差计数器输入脉冲频率 指令脉冲频率 电子齿轮传动比马达加速 偏差计数器输入脉冲频率 反馈脉冲频率马达减速 偏差计数器输入脉冲频率 反馈脉冲频率 二 2 PLC端相关指令 1 DDRVI相对位置控制指令 32位寄存器D8140与D8142用于对Y0或Y1输出脉冲的计数 当正转时为加计数器 反转是数值减小 在绝对位置控制中当前值计数器非常重要 伺服走动的距离是以计数器数值为参照的 在以后的案例中会有详细讲解 在下图中 如果人的位置是在2米处 那么D8040 当Y0输出时 的数据就是2 在相对位置控制中 如果我们发的命令是正2米 那么图中小人会走到4米处 再发正3米命令 小人会从4米处走到7米处 再发负5米命令 小人会反向走到2米处 相对位置控制中 PLC命令脉冲是增量的概念 在绝对位置控制中 如果小人初始在2米处 我们发出5米命令 小人会走到5米处 再发正1米命令 小人会反向走到1米处 在绝对位置控制中 PLC命令脉冲是参照D8040中的值去执行伺服动作的 伺服接收到的脉冲 D8040 PLC命令脉冲量 下列程序中如果初始D8140为0 在执行完正向定位和反向定位后 D8140 K1000 下列程序中第一条定位指令参数1为正数 在实际运行时此条指令执行过程中Y4为正 伺服正转 在FX1N直接控制伺服时 在指令执行过程 脉冲数量和脉冲频率是不能改变的 下图中D148和D34要在指令执行前就要写入数据 下图中M8029在指令执行完毕后自动置ON一个周期 注意M8029一定要在指令的下一行写 同时当M8029自动置ON后 在下一个周期要断开上一条指令的执行条件 当一条脉冲输出指令执行完毕后 至少要间隔一个扫描周期才能执行下一次输出 2 原点回归ZRN 通常在做定位控制时 要建立一个原点 零点 做标 ZRN指令即可建立原点 如果工件台初始在原点电眼和右极限电眼之间 那么执行ZRN指令后 伺服会以1000HZ的频率左移 当原点电眼感应到工件台时 伺服会以100ZH频率的爬行速度左移 当原点电眼信号下降沿到来时伺服停止动作 同时将D8040中的当前值清零 在绝对位置控制中 PLC中D8040记录PLC脉冲输出的当前值 同时伺服编码器因为有绝对位置功能 所以编码器也会同时记录伺服的当前位置 所以当在绝对位置控制时 做完原点回归后 D8040会自动清零 也要注意要将伺服编码器中的伺服当前位置值做清零处理 将M8140置ON后 原点回归完成时Y2会输出清零信号 详细情况案例2中讲解 二 3 伺服接线 1 主电路 2 接头和信号的排列 CN1ACN1B接放大器的输入输出信号 CN2接编码器 CN3不用接 3 部分内部接线图 A 输入B 输出C 构成回路 4 本例用到的放大器端子 在实际运用中其它常用端子 4 1 端子详解 CN1B18ALM 4 2 端子详解 SGCN1A10 CN1A20 CN1B10 CN1B20SG为电源负极 4个端子在放大器内部是连通的 4 3 端子详解 CN1B13COM当放大器使用外部电源时 此端子接外接电源正极 当使用内部电源时与CN1B3端子短路 使用内部电源 使用外部电源 4 4 端子详解 CN1B11OPC 脉冲输入电源 4 5 端子详解 CN1A3PP脉冲输入 4 6 端子详解 CN1A2NP方向输入 脉冲输入端口的定义 脉冲串输入的类型 通常的脉冲串形式为脉冲串 符号 参数NO 210011与0001可以改变伺服的方向 差动驱动方式输入 两者的接线方式不一样 有效距离也不一样 搞干扰能力不一样 传输脉冲信号的能力不一样 价格更是不一样 集电极的要便宜一些 传输距离短一些 传输脉冲的能力差一些 一般在20K以下 搞干扰能力差一些 两者的作用基本是一样的 FX2N 10PG定位模块可以提供最高1000KHZ的差动输出脉冲 关于集电极开路输入与差动输入的区别 4 7 端子详解 CN1A2NP紧急停止 4 8 端子详解 CN1B2RES复位 4 9 端子详解 CN1A8CR清除 输入之 伺服开启 此信号可以由PLC输出将其闭合 也可以在参数41中将其设为无效 正向极限与反向极限信号可以接至PLC 由PLC断定控制电机的停止 接在放大器上的问题是如果碰到极限开关再启动就是个问题 输入之 正向极限与反向极限 输入之 位置模式下的转矩限制选择 在定位控制时可限制其最大输出的转矩 二 4 伺服与PLC接线 二 5 伺服参数设定 0号参数0000 3 4号参数32768375 21号参数0001 脉冲串输入的类型 通常的脉冲串形式为脉冲串 符号 参数NO 210011与0001可以改变伺服的方向 28号参数20 注意通常设定为100 只是在本案例中因为教学伺服功率太大所以要设小一点 41号参数0111 二 6 1 PLC程序 SFC形式 D128点动速度转 分钟D132自动正转速度转 分钟D136自动反转速度转 分钟D140原点回归速度转 分钟D144回归爬行速度转 分钟D148自动正转距离0 01mmD152自动反转距离0 01mmD156电子齿轮比 X0停止X1原点回归X2点动 X3点动 X4自动自动X5自动反转X6原点X7正转极限X10反转极限X11伺服故障输出X12急停 Y0脉冲输出Y1方向信号Y2滞留脉冲清除Y3伺服复位 二 6 1 PLC程序 SFC形式 1 频率与速度的转换程序 电机转速 PLC脉冲频率 电子齿轮比 131072 60 PLC脉冲频率 脉冲频率 电子齿轮比 131072 60 2 PLC紧急情况设定 3 PLC相关参数设定 4 SFC步进块入口 5 SFC各个块 6 原点回归块 7 点动正转块 8 点动反转块 9 自动正转块 10 点动反转块 二 6 2 PLC程序 梯形图形式 二 6 3 加往返定位功能 正向定位结束1S后 再往返回起点 补充案例 例电机最高转速3000转 分钟 每转PLC要向其发送800个脉冲 电机每转丝杆位移5mm 加减速时间1S 匀速为100mm S 停止速度10mm S 1 PLC能否达到要求