伺服接线与基本控制-北京尧图网络

本文将永久处于维护序列如您对文章内容有所疑问还请提出共同探讨。-2021.8.25本文不能代替伺服使用手册请以伺服使用手册为准。0前言本文基于以下伺服平台进行撰写YAKOTEC ES2JMC JSDADELTA ASBA-B2KINCO FD3EURA SD20-D本文撰写理念是从各品牌伺服手册中归纳基本框架通过结合这种框架来帮助用户快速入门任意一款伺服。0基本拓扑结构使用上位机控制伺服电机所需完成的工作1伺服系统匹配与安装1.1伺服驱动器与伺服电机的匹配伺服驱动器必须与电机相匹配。一般来讲伺服驱动器是和伺服电机成套购买的但实际上将一些非原装伺服驱动器和伺服电机进行混搭也可正常运行这主要看驱动器的兼容能力两者需要满足的条件硬性条件电机的输入电压必须和驱动器的输出电压吻合电机是否支持电机及编码器参数设定目前的大多数驱动器支持相关配置以适应不同类型的电机功率匹配一些大功率伺服驱动器支持连接小功率伺服电机具体能否实现需要咨询厂商若驱动器与电机隶属于同品牌通常会在手册中注明不同电机型号的适配伺服驱动器若驱动器与电机隶属于不同品牌一般情况下不可混用。1.2伺服器的安装与散热通常采用垂直向上安装的方式伺服器下方为进风口上方为出风口元器件四周应按手册规定保证间距。通电后不要触摸散热器否则可能导致烫伤。1.3联轴器的安装联轴器用于连接电机侧与负载侧。建议使用专为伺服电机设计的挠性联轴器尤其是使用双弹簧联轴器其在偏心和偏转时可以提供一些公差缓冲的裕度。请针对操作条件选择合适的联轴器尺寸不适当的使用或连接可能会导致损坏。使用时须将电机轴端的防锈涂层或油质擦掉。2伺服系统配线伺服系统配线示意图如下2.1主回路配线R相当于电源插头中的LS相当于N实际上R、S、T 可接三相或单相任意两端子 220V 50HZ 电源控制回路电源和主回路电源通常采用一体化设计即驱动器只引入一组外部电源供给控制回路和主回路关于接地实际上设备不接地也可以正常工作但是在这种情况下设备漏电将导致设备外壳带电会引发触电风险不过只要接入漏保一旦线路中的漏电电流超过漏保的动作电流它就会跳闸。在有漏保的情况下设备是否接地其区别在于接地时若设备漏电且超过动作电流则漏保将自动断开未接地时若设备漏电漏保通常在人接触金属壳体后才会断开此时可能造成危险若电流不大甚至不会动作。漏电开关有接地和没接地的区别伺服电机与普通电机不同故接线连反也不会改变旋转方向但若连接线顺序错误可能会引起电机飞车、设备损坏,及本产品过流损坏通常也不存在星形和三角形接线。接通控制回路电源和主回路电源后母线电压指示灯显示无异常且面板显示器显示“rdy”表明伺服驱动器处于可运行的状态等待上位机给出伺服使能信号。**注意**即使关闭电源伺服驱动器内部仍可能会残余高压应暂时10 分钟不要触摸电源端子。确认“CHARGE”指示灯熄灭后再进行检查作业。制动电阻也有称再生电阻、回生电阻限于本文的单一场景可归类为同种事物。当电机的转矩和转速方向相反时能量从电机端传回驱动器内使得母线电压值升高当升高到制动点时能量只能通过制动电阻来消耗。部分伺服驱动器内置制动电阻若阻值无法满足需求则需应用合适的外部电阻两者不可同时使用。交流电源EMI滤波器电源网络吸收了各种高低频噪音常用LC交流电源滤波器电源线EMI滤波器来抑制这种噪声。这种滤波器属于低通滤波器能够无衰减地将50Hz低频电源功率传送到用电设备上衰减电源传入的骚扰信号同时抑制设备本身产生的骚扰信号进入电源。2.2编码器配线有增量式编码器与绝对式编码器两种二者配线不同。下图为增量式编码器配线示例关于编码器的A、B、Z相编码器是测量速度、位移、旋转位置的设备把角度位移或直线位移转换成电信号以通讯方式传送给控制器。编码器分为增量式和绝对式两种。A相、B相、Z相旋转输出脉冲电压三相脉冲各自独立A相和B相脉冲量相等但是A相和B相之间存在一个90°电气角的一周期为360°的电气角相位差可以根据这个相位差来判断编码器旋转的方向是正转还是反转正转时A相超前B相90°先进行相位输出反转时B相超前A相90°先进行相位输出。Z相为一圈一个脉冲电压。绝对值编码器通常为通讯式下图为绝对值编码器配线示例2.3控制信号配线以位置控制模式为例控制信号配线示意图如下此符号代表驱动信号输入端。此符号代表双绞线。伺服电机可以接收模拟信号、脉冲信号或总线通信信号。控制信号线用于连接上位控制器进行IO信号控制所有的输入和输出信号都经此接口出入驱动器。控制信号可分类如下位置指令输入信号模拟量指令输入信号模拟量输出信号数字量信号编码器分频输出信号由于控制端子定义较多此处只展示常用端子并非所有引脚都会用到伺服驱动器在不同引脚有相同的名称时表示在驱动器内部时相互连接。通常不会配送伺服信号线只会配未组装的通讯头接线由用户设计并完成线与通信头的焊接位置指令输入信号伺服驱动器的脉冲形式位置给定伺服定位有3种方法脉冲方向脉冲和方向信号共同控制即脉冲数控制位移方向信号控制正反转这是最常用的一种形式。CW/CCW正转脉冲CW和反转脉冲CCW输入控制。AB相90°相位A/B两相脉冲输入。PULS端子和SIGN端子用于接收脉冲和方向信号这两类端子被称作低速脉冲端因此还存在高速脉冲端HPULS和HSIGN两者主要区别在于可接收的脉冲频率上限不同脉冲方式有差分方式和集电极开路两种脉冲电压有24V脉冲和5V脉冲两种。差分传输差分传输是一种信号传输的技术区别于传统的一根信号线一根地线的做法差分传输在这两根线上都传输信号这两个信号的振幅相同相位相反。在这两根线上的传输的信号就是差分信号。信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态。差分输出与单端输出差分输出有两个输出端输出的信号是两输出端之间的电压差单端输出只有一个输出端输出地信号是输出端对地的电压。编码器分频输出信号伺服驱动器通过内部分频电路将编码器输入信号进行分频采用差分总线形式输出。数字量信号数字量信号有普通数字输入、高速数字输入、数字输出3类功能可根据实际需要进行更改参考手册“DI/DO 功能规格定义”章节。在上图【位置控制模式配线】中各端子被配置为默认功能。2.4 通讯配线上位机通讯口该端口可以建立上位机软件和驱动器的通讯实现对驱动器状态监控、测试运行、参数读写等操作。CANopen通讯口称为PU口而非网口。2.5伺服驱动器和伺服电机连线购买伺服产品时通常会随附成品电机动力线和电机编码器线。电机动力线电机编码器线EMC建议建议不要将动力线和信号线、编码器线从同一管道内穿过也不要将其绑扎在一起。配线时建议使动力线、编码器线和信号线相隔 30 厘米以上以防止干扰。对于信号线、编码器反馈线请使用多股绞合线以及多芯绞合整体屏蔽线。对于配线长度信号输入线最长为 3 米反馈线最长为 20 米。3面板显示与参数配置不同型号的伺服电机显示略有差异不具备普适性此处仅做参考。3.1伺服驱动器的基本运行状态显示状态显示分为位数据和缩略符号位数据缩略符号3.2面板操作键位操作面板5个按键功能如下图所示操作模式及其切换伺服驱动器共有四种功能模式分别为状态显示模式、监控模式、参数设置模式、辅助模式它们之间的切换流程如下子菜单设置按MODE键可以进入0级菜单Pxx三位显示表示功能码的Pxx组切换功能码组再按一次MODE键返回且不保存数据下同可通过上下三角键修改闪烁位按移位键可移动闪烁位便于设置为所需的组号组号设定完成后按SET键进入I级菜单Pxx.xx五位显示表示功能码序号设置所需要的功能码序号功能码序号设定完成后按SET键进入II级菜单进行该功能码的参数修改如果该参数允许修改其最低位会闪烁显示功能码的参数修改完成并按SET成功保存后将显示DONE若对参数做出了修改3.3面板的特殊显示多位参数的设定设定参数为六位以上时将超出五位数码管的显示范围系统常采用最多分4位X3页的显示方法使用移位键切换页面其他操作不变4参数与功能通常有以下几类参数组参数组说明P00-xx电机及驱动器参数P01-xx主控制参数P02-xx增益类参数P03-xx位置参数P04-xx速度参数P05-xx转矩参数P06-xxI/O 参数P08-xx高级功能参数注意部分参数重新上电后生效部分参数使能后禁止修改部分参数禁止修改只能进行读操作部分参数断电不保持部分驱动器需要对修改后的参数进行手动保存4.1伺服驱动器基本参数配置若要使用上位机控制伺服电机除了伺服电机、伺服驱动器和上位机三者之间的接线以及上位机的程序配置还需要实现对伺服驱动器本身进行基本参数配置。下表为一般需要设置的参数4.2监视组参数在监视模式下可对输入到伺服驱动器的指令值、输入输出信号的状态以及伺服的内部状态进行监视伺服电机处于运行状态时也能对监视项进行变更。下图为部分显示参数4.3 IO参数此处列举输入端口DI/DO端子状态显示方法5基本控制伺服运行的一般过程5.1运行准备进行接线检查接通控制回路L1C、L2C以及主回路R、S、T电源5.2参数设置下表为伺服初次上电时用户需要进行配置的参数。此外还需设置在【参数与功能】中所提及的一些参数。5.3点动运行试运行点动运行可以用来在初次运行时确认伺服电机是否可以正常运行是否有异响。有面板点动和DI点动两种配置方式。面板点动/JOG操作通过面板操作功能码P11.00进入JOG状态此时面板显示200rpm点动速度默认值可调整运行速度按SET进入点动状态面板显示“JOG”可调整运行方向注意部分型号按MODE键退出点动运行模式时之前设置的点动运行速度值不保存。此外一些伺服驱动器要求使能后才可正常使用JOG模式另一些伺服驱动器在进入JOG模式后自动使能。DI点动用户需外接点动开关。不过通常外接点动功能通常由上位机实现。DI点动不受伺服控制模式影响在任何控制模式下均可以进行DI点动。5.4伺服使能只有当产生使能ON信号时才可对电机进行控制此时表现为无法用手转动电机轴即通电自锁并伴随噪音。使能ON信号可由内部产生参数配置为软件使能或从外部接入通常需要设置使能端子。在进行外部控制时如果没有接入使能信号即使输入脉冲电机也不会转动。5.5外部信号的输入顺序首先接入电源等待伺服驱动器开机并完成初始化听到继电器响声接入使能ON信号接入脉冲方向信号。这是一个标准的外部信号输入顺序实测同时接入并不会影响伺服驱动器的正常工作但不能确保这样是否会对机器造成损伤。5.6伺服停止伺服的停机方式可分为自由停机、零速停机停机状态可分为自由运行状态、位置保持锁定根据伺服停机情况又可分为伺服使能停机、故障停机第一类【NO.1】故障、第二类【NO.2】故障、超程停机和紧急停机。超程停机当机械的运动部分超出安全移动范围时限位开关输出电平变化伺服驱动器使伺服电机强制停止的安全功能。故障可分为不可复位NO.1故障、可复位NO.1故障、可复位NO.1故障可复位表示故障处理后可通过设置清除伺服故障状态不可复位表示故障处理后需重新上电。限于篇幅这里展示最常用的伺服使能S-ONOFF停机6自动增益的配置并非所有机型都具备自动增益调整功能。伺服的增益调整分为手动、自动和半自动自动增益调整指惯量持续估测惯量将定期调整自动设定的参数包括电机负载惯量比、位置控制增益、速度控制增益、速度积分补偿、共振抑制低通滤波、外部干扰抵抗增益和速度检测滤波及微振抑制等不同机型有所不同此外使用者需自行调整自动调整模式应答性设定值应答等级半自动增益调整指惯量非持续估测运转一段时间后惯量停止调整使用者需自行调整半自动调整模式应答性设定值应答等级通常与自动调整模式应答性设定值为同一参数。自动及半自动模式下应答等级设定1~50Hz低刚性低响应。51~250Hz中刚性中响应。251~550Hz高刚性高响应。通过增加应答等级来增加响应速度或降低刚性设定值来减少噪音持续调整至性能满意调机完成。使用自动增益调整(自动调节)功能足以应付大多数负载条件。调整参数时可以先使用自动参数调整功能然后根据需要手动调整参数通常由自动模式或半自动模式切换为手动模式时相应的参数值也会重新修改成自动/半自动模式下相对应的参数值。如何理解伺服电机的刚性和惯量https://www.sohu.com/a/219096822_7545297电磁刹车通常将电磁刹车运用在 Z 轴方向设备长期静止悬停时停机锁死抱闸并断开伺服使能可让电机不再持续输出保持扭矩从而降低发热、延长电机寿命。伺服电机内建刹车属于保持刹车因此不可直接应用于运转电机的停止需要用户自行安装停止机械装置。需注意刹车器在保持状态下仍会有转动背隙最大转动背隙角度为 1 ~ 2 度。附刹车的电机机种运转时刹车片有时会产生声音(沙沙、喀喀声等)这是刹车模块结构造成的并非有故障不良的情形并不会影响电机功能。为了不必要误动作正常停机时序是先抱闸、后关伺服。7.1电磁刹车的接线刹车信号控制电磁阀吸磁提供制动器电源制动器将打开。刹车线圈无极性之分。禁止直接使用驱动器内部 VDD 弱电电源为抱闸供电这是因为抱闸励磁是高感性元件启停过程中对供电部分有很大影响如果共用可能造成逻辑供电不稳进而产生事故。图中与直流继电器反向并联的二极管为续流二极管。续流二极管通常和储能元件如继电器内部电感线圈一起使用其作用是防止电路中电压电流的突变为反向电动势提供耗电通路。继电器模块一般带有续流二极管单个继电器没有。附录操作模式——位置模式、扭矩模式、速度模式和混合模式F.1位置模式位置控制模式PT被应用于精密定位的场合例如产业机械。可通过具有方向性的命令脉冲输入操纵电机的转动角度。F.2扭矩模式扭矩控制模式T 或 Tz被应用于需要做扭力控制的场合设定好一个固定的转矩后当负载小于电机转矩电机会一直加速至最大速度。伺服驱动器通常有两种命令输入模式模拟输入及缓存器输入。模拟命令输入可经由外界来的电压来操纵电机的扭矩。缓存器输入可通过配置相关参数作为扭矩命令。转矩模式下转速是自由的具体转速由负载决定为了保证安全可以使用速度限制指令对速度进行限制。F.3速度模式速度控制模式S 或 Sz被应用于精密控速的场合例如 CNC 加工机。伺服驱动器通常有两种命令输入模式模拟输入及缓存器输入。模拟命令输入可经由外界来的电压来操纵电机的转速。命令缓存器输入有两种应用方式1第一种为使用者在作动前先将不同速度命令值设于三个命令缓存器再通过 DI 来进行切换2第二种为利用通讯方式来改变命令缓存器的内容值。为了命令缓存器切换产生的不连续部分伺服也提供完整 S 型曲线规划。在闭回路系统中这些装置采用增益及累加整合型式PI控制器。同时二种操纵模式手动、自动也提供使用者来选择。转速控制模式下转矩是自由的随负载变。F.4混合模式混合模式是由两种单一模式位置、速度、扭矩控制组成的操作模式通过外部DI信号决定在混合模式中的哪一种单一模式下运行即混合模式并非指可以同时在两种模式下运行而是给予了用户切换控制模式的权力。附录·伺服电机的保养1 电机轴伺服电机轴芯材质不具防锈能力出厂时虽已施加油脂做防锈保护但如果储存时间超过六个月为确保轴芯免于锈蚀请每三个月定期检视轴芯状况并适时补充适当的防锈油脂。更新记录2021.8.25 重大更新对全文结构进行调整删除了冗余无用的部分对文章薄弱处进行适当补充。本次更新为连续更新于本日先行更新一部分内容。本文访问量已突破1W感谢各位抬爱。本文发布之日其至21年8月以前零星更新

伺服接线与基本控制

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