伺服案例1相对位置控制模式.ppt

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1、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-40MT PLC,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

2、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131

3、072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

4、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150

5、0um。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=10000um 10000um/10um=1000 1000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

6、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3 21845.3/3

7、75四舍五入结果：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

8、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

9、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

10、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

11、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,CN1A CN1B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_CN1B 18 ALM,4_2、端子详解_SG CN1A 10、CN1A 20、CN1B 10、CN1B 20 SG为电源负极，4个端子在放大器

12、内部是连通的。,4_3、端子详解_CN1B 13 COM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CN1B 3端子短路。,使用内部电源,使用外部电源,4_4、端子详解_CN1B 11 OPC,脉冲输入电源,4_5、端子详解_CN1A 3 PP脉冲输入,4_6、端子详解_CN1A 2 NP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.21 0011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，

13、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_CN1A 2 NP紧急停止,4_8、端子详解_CN1B 2 RES复位,4_9、端子详解_CN1A 8 CR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

14、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 32768 375,21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.21 0011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

15、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

16、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,每转1000个脉冲，每分钟3000转。即分钟要发1000*3000个脉冲。每秒发1000*3000/60=50KHZ,速度100mm/S对应频率是多少。,电机一圈走5mm，走100mm要走100/5=20圈。每圈1000个脉冲，所以对应频率是：20*1000HZ.,走900mm要多少个脉冲,每圈5mm 900mm/5=电机要走的圈数180每圈1000个脉冲180圈*1000脉冲=180000,