《变频与伺服控制技术》课件-项目7：PLC与变频器通信控制

伺服系统概述目录CONTENTS伺服系统概念伺服系统类型010201伺服系统概念伺服系统概念用来控制被控对象的某种状态，使其能够自动地、连续地、精确地复现输入信号的变化规律，亦称随动系统。伺服系统：按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能得到灵活方便的控制。主要任务：伺服系统的应用：01船舶自动驾驶02火炮控制03数控加工04机器人02伺服系统的类型伺服系统的分类方法：按照驱动方式分类按照功能特征分类0102按照控制方式分类031.按驱动方式分类按驱动方式分类电气伺服直流伺服系统交流伺服系统液压伺服气动伺服2.按功能特征分类按功能特征分类位置伺服点位伺服连续轨迹伺服直线伺服轮廓伺服速度伺服转矩伺服（1）位置伺服系统位置控制是指转角位置或直线移动位置的控制。位置控制按数控原理分为点位控制（PTP）和连续轨迹控制（CP）。是点到点的定位控制，它既不控制点与点之间的运动轨迹，也不在此过程中进行加工或测量。如数控钻床、冲床、镗床、测量机和点焊工业机器人等。点位控制（PTP）连续轨迹控制（CP）又分为直线控制和轮廓控制。（1）位置伺服系统是指工作台相对工具以一定速度沿某个方向的直线运动(单轴或双轴联动)，在此过程中要进行加工或测量。如数控镗铣床、大多数加工中心和弧焊工业机器人等。直线控制轮廓控制是控制两个或两个以上坐标轴移动的瞬时位置与速度，通过联动形成一个平面或空间的轮廓曲线或曲面。如数控铣床、车床、凸轮磨床、激光切割机和三坐标测量机等。（2）速度伺服系统速度控制是保证电机的转速与速度指令要求一致，通常采用PI控制方式。对于动态响应、速度恢复能力要求特别高的系统，可采用变结构（滑模）控制方式或自适应控制方式。速度控制既可单独使用，也可与位置控制联合成为双回路控制，但主回路是位置控制，速度控制作为反馈校正，改善系统的动态性能，如各种数控机械的双回路伺服系统。（3）转矩伺服系统转矩控制是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小。主要应用在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如绕线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。3.按控制方式分类按控制方式分类开环伺服系统闭环伺服系统闭环伺服系统（1）开环伺服系统开环伺服系统没有速度及位置测量元件，伺服驱动元件为步进电机或电液脉冲马达。由于这种控制方式对传动机构或控制对象的运动情况不进行检测与反馈，输出量与输入量之间只有前向作用，没有反向联系，故称为开环伺服系统。组成原理图如图1所示：图1开环系统原理图（1）开环伺服系统主要特点：结构简单，容易掌握，调试、维修方便，造价低；优点：缺点：控制精度低、温升高、噪声大、效率低、加减速性能差，在低频段有共振区、容易失步等。（2）半闭环伺服系统半闭环伺服系统不对控制对象的实际位置进行检测，而是用安装在伺服电机轴端上的速度、角位移测量元件测量伺服电机的转动，间接地测量控制对象的位移，角位移测量元件测出的位移量反馈回来，与输入指令比较，利用差值来校正伺服电机的转动位置。组成原理图如图2所示：图2半闭环系统原理图（2）半闭环伺服系统主要特点：

01较稳定的控制特性02介于闭环伺服系统和开环伺服系统之间的定位精度03系统稳定性较好04调试较容易05价格低廉（3）闭环伺服系统闭环伺服系统带有检测装置，可以直接对工作台的位移量进行检测。在闭环伺服系统中，速度、位移测量元件不断地检测控制对象的运动状态。如图3所示为闭环伺服系统原理图：图3闭环系统原理图（3）闭环伺服系统与半闭环伺服系统相比，其反馈点取自输出量，避免了半闭环系统自反馈信号取出点至输出量间各元件引出的误差。由于系统是利用输出量与输入量之间的差值进行控制的，故又称其为负反馈控制。该类系统适用于对精度要求很高的数控机床，如超精车床、超精铣床等。主要特点：伺服系统概述小结机电伺服系统的概念机电伺服系统的类型小结变频与伺服控制技术认识交流伺服电机二、

交流伺服电机应用Pag

1本讲主要内容

一、交流伺服电机特点与结构Page

2交流伺服电动机在伺服系统中的任务是将控制电信号快速地转换为转轴转动的一个执行元件。要求（1）转速和转向应方便地受控制信号的控制，调速范围要大（2）整个运行范围内的特性应接近线性关系，保证运行的稳定性（3）当控制信号消除时，伺服电动机应立即停转，即电动机无“自转”现象（4）控制功率要小，启动力矩应大（5）机电时间常数要小，启动电压要低（6）当控制信号变化时，反应要快速灵敏一、

交流伺服电机特点与结构

一、

交流伺服电机特点与结构

Pag

3图1伺服电机的通用结构Pag

4一、

交流伺服电机特点与结构

1）定子铁芯绕组类似单相异步电动机，定子铁心是用硅钢片、铁铝合金或铁镍合金片叠压而成，在其槽内嵌放两个空间相差90

电角度的两个定子绕组，一个是励磁绕组，另一个是控制绕组。图2

定子结构Pag

5一、

交流伺服电机特点与结构

272）转子转轴铁心绕组主要特点：体积小、质量轻、效率高启动电压低、灵敏度高、激励电流较小机械强度较高、可靠性好耐高温、振动、冲击等恶劣环境条件图3

鼠笼形转子Pag

63）编码器图4编码器的实物和内部结构一、

交流伺服电机特点与结构

二、交流伺服电机应用Pag

7

交流伺服电机广泛应用于数控机床、印刷机械、纺织机械、包装机械、医疗器械、激光加工机械、自动化生产线、工业机器人等精密控制，是推动新技术革命和新产业革命的关键技术。例1：以固定节距实现线材卷绕控制

卷绕轮与线材输送横向移动之间保持严格的运动关系，满足盘绕节距要求。二、交流伺服电机应用Pag

8

例2：带材缠绕控制▬恒定张力控制

采用力矩控制，在带材缠绕过程中使输送端与缠绕端之间保持恒定张力。例：莱钢窄带、中宽带。二、交流伺服电机应用Pag

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例3：物品包装机

由包装控制流程，确定各环节运动控制与协同。二、交流伺服电机应用Pag

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例4：机器人

交流伺服电机小结伺服电机特点与结构伺服电机应用小结Pag

11变频与伺服控制技术认识交流伺服驱动器

二、

交流伺服驱动器安装与配线Pag

1本讲主要内容

一、交流伺服驱动器特点与构造

三、

交流伺服驱动器面板操作Page

2伺服驱动器又称为伺服控制器、伺服放大器，是用来控制伺服电动机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流电动机，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。伺服驱动器一般通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电动机进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。要求（1）调速范围宽（2）定位精度高（3）有足够的传动刚性和高的速度稳定性（4）快速响应，无超调（5）低速大转矩，过载能力强（6）可靠性高一、

交流伺服驱动器特点与构造

Pag

3一、

交流伺服驱动器特点与构造

以台达ASDA-B2伺服驱动器为例电源指示灯：若指示灯亮，表示驱动器内尚有高电压控制电路电源：L1c、L2c供给单相100~230VAC,50/60Hz电源主电路电源：R、S、T连在电源AC200~230V50/60Hz电源主电路输出：与电机电源接头U、V、W连接，不可与主回路电源连接，连接错误时易造成驱动器损毁制动电阻连接端子：（1）使用外部制动电阻时，P、C端接电阻，P、D端开路

（2）使用内部制动电阻时，P、C端开路，P、D端需短路显示部：由5位数七段LED显示伺服状态或报警信息I/O接口：与PLC或其他上位机控制器连接编码器接口：与伺服电机编码器连接通信接口：RS485和RS232接口，可以与上位机和电脑通信接地端子100W-1.5KW伺服用200-230V单相或三相电源防止过电流损坏驱动器故障发生时断开伺服驱动器的电源，可伺服驱动器报警输出控制抑制干扰制动电阻：外部电阻接P和C，P和D开路；内部电阻时，P和D短路，P和C开路。伺服电机CN3连接计算机MODBUS通信，ASD-Soft软件设参数、调机、控制CN1可以通过端子连接运动控制器、PLC、HMI等上位机控制。CN2连接伺服电机编码器二、交流伺服驱动器安装与配线

Pag

4以台达ASDA-B2伺服驱动器为例Pag

4二、交流伺服驱动器安装与配线

驱动器与电机的连线不能拉紧。固定驱动器时，必须在每个固定处确实锁紧。安装方向必须依规定，否则会造成故障。为了使冷却循环效果良好，安装交流伺服驱动器时，其上下左右与相邻的物品与挡板（墙）必须保持足够的空间，否则会造成故障。交流伺服驱动器在安装时其吸排气孔不可封住，也不可颠倒放置，否则会造成故障。Pag

5三、交流伺服驱动面板操作以台达ASDA-B2伺服驱动器为例名称显示器5组七段显示器用于显示监视值、参数值及设定值电源指示灯主电源回路电容量的充电显示MODE键切换监视模式/参数模式/异常显示，在编辑模式时，按“MODE”键可跳转到参数模式SHIFT键参数模式下可改变群组码；编辑模式下闪烁汉字左移可用于修正较高的设定汉字值；监视模式下可切换高/低位数显示UP键变更监视码、参数码或设定值DOWN键变更监视码、参数码或设定值SET键显示及储存设定值。监视模式下可切换为十/十六进制显示；在参数模式下，按SET键可进入编辑模式功能交流伺服驱动器小结小结Pag

6交流伺服驱动器特点与构造交流伺服驱动器安装与配线交流伺服驱动器面板操作变频与伺服控制技术交流伺服位置控制模式

二、

位置控制模式相关接线Pag

1本讲主要内容

一、位置控制模式特点与参数设置Page

2位置控制模式一般是通过外部输入脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服系统可以通过通信方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置控制模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于精密定位装置，应用领域如数控机床，印刷机械等。

一、位置控制模式特点与参数设置

如图1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1位置控制模式Pag

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一、位置控制模式特点与参数设置

参数编号参数名称设置数值功能和含义P0-02LED初始状态0显示电机反馈脉冲数P1-00外部脉冲列指令输入形式设定22：脉冲列“+”符号P1-01控制模式及控制命令输入源设定0位置控制模式P1-44电子齿轮比分子（N）16P1-45电子齿轮比分母（M）1P2-00位置控制比例增益35位置控制增益值加大时，可提升位置应答性及缩小位置控制误差量。但若设定太大时易产生振动及噪音。P2-02位置控制前馈增益5000位置控制命令平滑变动时，增益值加大可改善位置跟随误差量