变频主轴的调试及故障诊断课件

实训变频主轴的调试及故障诊断模拟量控制的主轴驱动装置实训变频主轴的调试及故障诊断模拟量控制的主轴驱动装置模拟量控制的主轴驱动装置一、实训目的1、了解主轴变频调速的工作原理、主轴变频系统的控制工作原理2、掌握主轴变频驱动系统的连接和调试方法3、熟悉主轴变频驱动系统的故障诊断二、实训设备1、RS-SY-802D数控机床综合实验系统。2、专用连接线三、实验内容1、变频器的常规使用2、变频器的常见故障诊断3.主轴数据设置和伺服驱动设置模拟量控制的主轴驱动装置一、实训目的模拟量控制的主轴驱动装置四、基础知识主轴驱动系统包括：

主轴驱动装置、主轴电动机、主轴位置检测装置、传动机构及主轴。由主轴速度控制信号分：

模拟量控制——采用变频器控制（通用和专用）

串行数字控制的主轴驱动装置——由数控系统驱动专用主轴电动机模拟量控制的主轴驱动装置四、基础知识要求：一般主轴要求：速度大范围连续可调、恒功率范围宽，

另外：螺纹加工、准停、恒线速度加工等，要求主轴有进给控制和位置控制，故称主轴伺服系统。伺服主轴要求：有进给控制和位置控制主轴变速：电动机带齿轮换档（降速、增大传动比、增大主轴转矩）；电动机通过同步齿带或皮带驱动主轴（恒功率、机械传动简单）要求：主轴驱动系统分类电动机：1）直流伺服系统：晶闸管整流式（SCR速度控制系统），晶体管脉宽调制方式（PWM速度控制方式）；特点：调速性能好，输出力矩大，过载能力强，精度高，控制简单易调整。2）交流伺服系统

特点：保持直流系统特点，且交流电动机无须维护、制造简单，不受恶劣环境影响。模拟式交流伺服系统（早期）和数字交流伺服系统。主轴驱动系统分类主轴电动机

三相鼠龙式异步电动机

专用主轴电动机三相感应电动机的变频调速原理n=60f/pU≈E=4.44fWKΦ

同时改变f和U的方法来实现电机转速n的调速控制，

并使得输出扭矩在一定范围内保持不变。模拟量控制的主轴驱动装置

基本原理：把固定频率（50HZ）的交流电转换成频率连续可调

（0~400Hz）的三相交流电，电路包括：交直电路、制动单元、直交电路。主轴电动机通用变频器的结构变频器是把电压、频率固定的交流电变成电压、频率可调的交流电的变换器。与外界的联系基本上分为三部分：一是主电路接线端，包括工频电网的输入端（一般R、S、T），接电动机的输出端（一般U、V、W）。二是控制端子，包括外部信号控制变频器的端子，变频器工作状态指示端子，变频器与外界的通讯接口。三是操作面板，包括液晶显示屏和键盘。通用变频器的结构变频器的工作原理变频器的工作原理整流、逆变单元驱动控制单元中央处理单元保护及报警单元参数设定和监视单元西门子MM420简介（1）、MM420系列变频器主要特征：

•调试简单•模块化的结构，因而组态具有最大的灵活性

•具有三个完全可编程的隔离的数字输入

•一个可标定的模拟输入(0V至10V)；它也可以作为第4个数字输入来使用。

•一个可编程的模拟输出(0mA至20mA)•一个完全可编程的继电器输出(30V，直流/5A，电阻负载或250V，交流/2A，感性负载)•采用较高的开关频率时，电动机运行的噪声很小

•完善的变频器和电动机保护功能整流、逆变单元西门子MM420简介MM420变频器保护的特点：

•过载能力为150%额定负载电流，持续时间60秒，间隔周期5分钟•过电压/欠电压保护

•变频器过温保护

•采用PTC，通过数字输入端接入的电动机过热保护

•接地故障保护

•短路保护

•I2t电动机过热保护

•闭锁电动机保护

•防止失速

•采用PIN编号实现参数连锁MM420变频器保护的特点：MM420变频器的接线端子变频器电源接线位于变频器的左下侧，单相交流电AC220V供电时接接线端子L/L1、N/L2及接地PE，三相交流电AC380V供电时接接线端子L/L1、N/L2、L3及接地PE。变频器电机接线位于变频器的右下侧，接线端子U、V、W及接地PE引线接三相电动机，当供电为单相交流电AC220V时，三相电机为220V，当供电为三相交流电AC380V时，三相电机为380V。

MM420变频器的接线端子变频器电源接线位于变频器的左下侧，MM420变频器弱电控制接线端子排列如下图所示MM420变频器弱电控制接线端子排列如下图所示3)变频器接线方框图3)变频器接线方框图变频主轴的电气控制原理1)变频器的电气控制原理图变频主轴的电气控制原理1)变频器的电气控制原理图2)变频器与611U伺服驱动的连接图802D数控系统配置变频主轴时,变频器0-10V的指令电压是通过611UE的X411端口上的75.A和15给出的,正反转指令是通过X453端口上的Q0.A和Q1.A给出的附加在第一单轴模块或第一双轴的A轴上。611UE采用8位D/A转换器，模拟给定的最小当量为78mV！注意：使用X453接口的Q0.A和Q1.A输出功能时，X431接口必须给P24和M24提供DC24V电源。X472编码器接口为TTL差分接口。注意：主轴只能连接在第一单轴模块或第一双轴模块上。2)变频器与611U伺服驱动的连接图802D数控系统配置变频实训练习变频器操作练习实训练习变频器操作练习1、复位为工厂的缺省设置值

为了把所有的参数都复位为工厂的缺省设置值，应按下列数据对参数进行设置：设定P0010=30。设定P0970=1。

说明：大约需要10秒钟才能完成复位的全部过程，将变频器的参数复位为工厂的缺省设置值。实训练习1、复位为工厂的缺省设置值实训练习2.快速调试实训练习2.快速调试实训练习变频主轴的调试及故障诊断3、用操作面板对变频器进行控制，正转、反转、停止、改变电机转速等。

4、用实验台上控制板上的元件对变频器进行控制，正转、反转、停止、改变电机转速等。5、用NC系统对变频器进行控制，正转、反转、停止、改变电机转速等。实训练习3、用操作面板对变频器进行控制，正转、反转、停止、改变电机转二.数控机床主轴的相关参数数控机床主轴控制的相关PLC（略）1）与变频主轴相关机床数据的设定数据号数据名值数据说明13060DRIVE_TELEGRAM_TYPE[0]0总线地址12的报文类型13060DRIVE_TELEGRAM_TYPE[4]0总线地址10的报文类型13070DRIVE_FUNCTION_MASK[0]8000总线地址12的功能选项：模拟主轴30134IS_UNIPOLAR_OUTPUT[0,AX3]0双极性模拟量（出厂设定）1单极性模拟量（使能&方向）2单极性模拟量（+使能&-使能）30110CTRLOUT_MODULE_NR[0,AX3]1给定值模块号30120CTRLOUT_NR[0,AX3]2给定值号信号端口30130CTRLOUT_TYPE[0]0给定值输出类型30200NUM_ENCS1编码器数量30220ENC_MODULE_NR[0,AX3]1编码器模块号30230ENC_INPUT_NR[0,AX3]2编码器信号端口号二.数控机床主轴的相关参数数控机床主轴控制的相关PLC（略）数据号数据名值数据说明30240ENC_TYPE[0]2编码器类型31020ENC_RESOL[0,AX3]实际值TTL编码器每转脉冲数32000MAX_AX_VELO最大轴速度32020JOG_VELO_RAPID点动方式快速速度32250RATED_OUTVAL[0,AX3]100额定输出值（%）*32260RATED_VELO[4]实际值额定电机转速(对应模拟电压)*36200AX_VELO_LIMIT[0]...[5]速度监控的门限值35110GEAR_STEP_MAX_VELO[0]...[5]主轴各档最高转速35130GEAR_STEP_MAX_VELO_LIMIT[0]...[5]主轴各档最高转速限制数据号数据名值数据说明30240ENC_TYPE[0]2编码2）与变频主轴相关伺服驱动器的数据设置利用准备好的“驱动器调试电缆”将计算机与611UE的X471连接起来；从WINDOWS的“开始”中找到驱动器调试工具SimoComU，并启动；选择联机方式；进入专家表（Ctrl+E），配置电机参数：

P890=4编码器信号源来自X472接口

P922=104主轴信号的PROFIBUS报文类型

P1007=编码器线数外装编码器每的转脉冲数。应与主轴参数MD31020相同。在SimoComU的主画面上选择图标存储数据，选择图标上电复位2）与变频主轴相关伺服驱动器的数据设置利用准备好的“驱动器调P922=0主轴信号的PROFIBUS报文类型P890=4编码器信号源来自X472接口P915[8]=50103总线给定值配置：模拟输出送到X441的端子75.A和15P915[9]=50107总线给定值配置：数字输出送到X453的端子Q0.A和Q1.A注意：参数的索引号[8]、[9]需要用鼠标右键激活显示滤波器：在SimoComU的主画面上选择图标存储数据，选择图标上电复位P922=0主轴信号的PROFIBUS报文类型在SimoP922=0主轴信号的PROFIBUS报文类型，然后再SimoComU的上设定模拟输出和数字量输出，见下图：P922=0主轴信号的PROFIBUS报文类型，然后再S实训变频主轴的调试及故障诊断模拟量控制的主轴驱动装置实训变频主轴的调试及故障诊断模拟量控制的主轴驱动装置模拟量控制的主轴驱动装置一、实训目的1、了解主轴变频调速的工作原理、主轴变频系统的控制工作原理2、掌握主轴变频驱动系统的连接和调试方法3、熟悉主轴变频驱动系统的故障诊断二、实训设备1、RS-SY-802D数控机床综合实验系统。2、专用连接线三、实验内容1、变频器的常规使用2、变频器的常见故障诊断3.主轴数据设置和伺服驱动设置模拟量控制的主轴驱动装置一、实训目的模拟量控制的主轴驱动装置四、基础知识主轴驱动系统包括：

主轴驱动装置、主轴电动机、主轴位置检测装置、传动机构及主轴。由主轴速度控制信号分：

模拟量控制——采用变频器控制（通用和专用）

串行数字控制的主轴驱动装置——由数控系统驱动专用主轴电动机模拟量控制的主轴驱动装置四、基础知识要求：一般主轴要求：速度大范围连续可调、恒功率范围宽，

另外：螺纹加工、准停、恒线速度加工等，要求主轴有进给控制和位置控制，故称主轴伺服系统。伺服主轴要求：有进给控制和位置控制主轴变速：电动机带齿轮换档（降速、增大传动比、增大主轴转矩）；电动机通过同步齿带或皮带驱动主轴（恒功率、机械传动简单）要求：主轴驱动系统分类电动机：1）直流伺服系统：晶闸管整流式（SCR速度控制系统），晶体管脉宽调制方式（PWM速度控制方式）；特点：调速性能好，输出力矩大，过载能力强，精度高，控制简单易调整。2）交流伺服系统

特点：保持直流系统特点，且交流电动机无须维护、制造简单，不受恶劣环境影响。模拟式交流伺服系统（早期）和数字交流伺服系统。主轴驱动系统分类主轴电动机

三相鼠龙式异步电动机

专用主轴电动机三相感应电动机的变频调速原理n=60f/pU≈E=4.44fWKΦ

同时改变f和U的方法来实现电机转速n的调速控制，

并使得输出扭矩在一定范围内保持不变。模拟量控制的主轴驱动装置

基本原理：把固定频率（50HZ）的交流电转换成频率连续可调

（0~400Hz）的三相交流电，电路包括：交直电路、制动单元、直交电路。主轴电动机通用变频器的结构变频器是把电压、频率固定的交流电变成电压、频率可调的交流电的变换器。与外界的联系基本上分为三部分：一是主电路接线端，包括工频电网的输入端（一般R、S、T），接电动机的输出端（一般U、V、W）。二是控制端子，包括外部信号控制变频器的端子，变频器工作状态指示端子，变频器与外界的通讯接口。三是操作面板，包括液晶显示屏和键盘。通用变频器的结构变频器的工作原理变频器的工作原理整流、逆变单元驱动控制单元中央处理单元保护及报警单元参数设定和监视单元西门子MM420简介（1）、MM420系列变频器主要特征：

•调试简单•模块化的结构，因而组态具有最大的灵活性

•具有三个完全可编程的隔离的数字输入

•一个可标定的模拟输入(0V至10V)；它也可以作为第4个数字输入来使用。

•一个可编程的模拟输出(0mA至20mA)•一个完全可编程的继电器输出(30V，直流/5A，电阻负载或250V，交流/2A，感性负载)•采用较高的开关频率时，电动机运行的噪声很小

•完善的变频器和电动机保护功能整流、逆变单元西门子MM420简介MM420变频器保护的特点：

•过载能力为150%额定负载电流，持续时间60秒，间隔周期5分钟•过电压/欠电压保护

•变频器过温保护

•采用PTC，通过数字输入端接入的电动机过热保护

•接地故障保护

•短路保护

•I2t电动机过热保护

•闭锁电动机保护

•防止失速

•采用PIN编号实现参数连锁MM420变频器保护的特点：MM420变频器的接线端子变频器电源接线位于变频器的左下侧，单相交流电AC220V供电时接接线端子L/L1、N/L2及接地PE，三相交流电AC380V供电时接接线端子L/L1、N/L2、L3及接地PE。变频器电机接线位于变频器的右下侧，接线端子U、V、W及接地PE引线接三相电动机，当供电为单相交流电AC220V时，三相电机为220V，当供电为三相交流电AC380V时，三相电机为380V。

MM420变频器的接线端子变频器电源接线位于变频器的左下侧，MM420变频器弱电控制接线端子排列如下图所示MM420变频器弱电控制接线端子排列如下图所示3)变频器接线方框图3)变频器接线方框图变频主轴的电气控制原理1)变频器的电气控制原理图变频主轴的电气控制原理1)变频器的电气控制原理图2)变频器与611U伺服驱动的连接图802D数控系统配置变频主轴时,变频器0-10V的指令电压是通过611UE的X411端口上的75.A和15给出的,正反转指令是通过X453端口上的Q0.A和Q1.A给出的附加在第一单轴模块或第一双轴的A轴上。611UE采用8位D/A转换器，模拟给定的最小当量为78mV！注意：使用X453接口的Q0.A和Q1.A输出功能时，X431接口必须给P24和M24提供DC24V电源。X472编码器接口为TTL差分接口。注意：主轴只能连接在第一单轴模块或第一双轴模块上。2)变频器与611U伺服驱动的连接图802D数控系统配置变频实训练习变频器操作练习实训练习变频器操作练习1、复位为工厂的缺省设置值

为了把所有的参数都复位为工厂的缺省设置值，应按下列数据对参数进行设置：设定P0010=30。设定P0970=1。

说明：大约需要10秒钟才能完成复位的全部过程，将变频器的参数复位为工厂的缺省设置值。实训练习1、复位为工厂的缺省设置值实训练习2.快速调试实训练习2.快速调试实训练习变频主轴的调试及故障诊断3、用操作面板对变频器进行控制，正转、反转、停止、改变电机转速等。

4、用实验台上控制板上的元件对变频器进行控制，正转、反转、停止、改变电机转速等。5、用NC系统对变频器进行控制，正转、反转、停止、改变电机转速等。实训练习3、用操作面板对变频器进行控制，正转、反转、停止、改变电机转二.数控机床主轴的相关参数数控机床主轴控制的相关PLC（略）1）与变频主轴相关机床数据的设定数据号数据名值数据说明13060DRIVE_TELEGRAM_TYPE[0]0总线地址12的报文类型13060DRIVE_TELEGRAM_TYPE[4]0总线地址10的报文类型13070DRIVE_FUNCTION_MASK[0]8000总线地址12的功能选项：模拟主轴30134IS_UNIPOLAR_OUTPUT[0,AX3]0双极性模拟量（出厂设定）1单极性模拟量（使能&方向）2单极性模拟量（+使能&-使能）30110CTRLOUT_MODULE_NR[0,AX3]1给定值模块号30120CTRLOUT_NR[0,AX3]2给定值号信号端口30130CTRLOUT_TYPE[0]0给定值输出类型30200NUM_ENCS1编码器数量30220ENC_MODULE_NR[0,AX3]1编码器模块号30230ENC_INPUT_NR[0,AX3]2编码器信号端口号二.数控机床主轴的相关参数数控机床主轴控制的相关PLC（略）数据号数据名值数据说明30240ENC_TYPE[0]2编码器类型31020ENC_RESOL[0,AX3]实际值TTL编码器每转脉冲数32000MAX_AX_VELO最大轴速度32020JOG_VELO_RAPID点动方式快速速度32250RATED_OUTVAL[0,AX3]100