项目6 伺服电机的应用2016.7

2024/4/22项目6

伺服电机的应用

任务6.1伺服驱动器的认识及试运行任务6.2伺服电机的速度控制任务6.3伺服电机的位置控制教学内容2024/4/22学习目标1．了解伺服电机的工作原理。2．掌握伺服驱动器的端子功能。3．会使用伺服电机及其驱动器，能够根据要求来对伺服驱动器进行参数设定。4．掌握PLC控制伺服电机的硬件接线图。5．学会编写伺服电机的简单控制程序。2024/4/222024/4/22任务6.1伺服驱动器的认识及试运行任务导入

伺服控制系统，也称为随动系统，是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及转矩输出的自动控制系统，它用来控制被控对象的转角或位移，使其自动、连续、精确地复现输入指令的变化。22四月20245“以物体的位置、方位、姿势等作为控制量，为跟踪目标的任何变化而建构的控制系统”。伺服机构大致由下列各部分组成。1.伺服控制系统的构成指令部发出动作的指令信号控制部使电机能按照指令运行驱动、检测部驱动控制对象，对其运行状态进行检测实际的伺服机构也有液压和气动式的，但最近广泛使用的是电气式伺服机构。电气式伺服机构中尤其与FA相关的精密控制中，经常使用AC伺服系统。而且，伺服电机常常带有可检测旋转角度、速度和方向的编码器，它可将检测信息反馈给伺服放大器（控制部）。图6-1伺服控制系统组成原理图伺服控制系统一般包括伺服控制器、伺服驱动器、执行机构（伺服电机）、被控对象（工作台）、测量/反馈环节等五部分组成。伺服系统主要由三种控制模式，分别是位置控制模式、速度控制模式、转矩控制模式。

22四月20242.伺服的作用22四月20243、电气伺服系统三个主要发展阶段（1）以步进电机驱动的开环控制系统以步进电机驱动的液压伺服马达或以功能步进电机直接驱动为中心，伺服系统的位置控制为开环系统。（2）直流（DC）伺服系统50年代，无刷电机和直流伺服电机实现了产品化，并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用。70年代则是直流伺服电机应用的全盛时代。

由开环闭环。永磁直流伺服电机在数控机床中的应用占统治地位。22四月2024（3）交流（AC）伺服系统

20世纪70年代开始应用，20世纪90年代，交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。交流伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。交流伺服的控制方式迅速向微机方向发展，并由硬件伺服向软件伺服发展。

低档的伺服系统调速范围在1：1000以上，一般的在1：5000～1：10000，高性能的可以达到1：100000以上；定位精度一般都要达到±1个脉冲22四月2024104、交流伺服在我国的发展历史1970年代开始跟踪开发交流伺服技术主要研究机构：北京机床所、西安微电机研究所、中科院沈阳自动化所80年代之后开始进入工业领域，国产伺服停留在小批量、高价格、应用面狭窄的状态，技术水平和可靠性难以满足工业需要。2000年之后，目前国内主要的伺服品牌或厂家有森创（和利时电机）、华中数控、广数、南京埃斯顿、兰州电机厂等。其中华中数控、广数等主要集中在数控机床领域。22四月20245、伺服系统的应用（在搬运控制中的应用）在工业高度发达、自动化不断进步的今天，搬运设备已成为不可或缺的项目搬运机（垂直）自动仓库·分拣系统由于导入了伺服机构，可提高机械速度，从而提高生产效率。可在指定位置正确停止，采用带电磁制动器的伺服电机，可防止停车时货物下降。自动仓库·分拣系统在自动仓库中，分拣部和行走部都已越来越多地采用AC伺服电机，可实现高速运行以及平稳的及加减速。与SCM（供应链管理）相结合的自动仓库·分拣系统从原料采购到商品发送等各个环节，可大大提高物流库存管理的效率。22四月20245、伺服系统的应用（在卷材设备中的应用）22四月20245、伺服系统的应用（在食品设备中的应用）22四月20245、伺服系统的应用（在服装设备中的应用）多头电脑绣花机22四月20245、伺服系统的应用（在机床设备中的应用）伺服电动机又称为执行电动机，其功能是把输入的电压信号变换成电机转轴的角位移或角速度输出。输入的电压信号又称为控制信号或控制电压，改变控制电压的大小和电源的极性，就可以改变伺服电动机的转速和转向。其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。任务导入一、伺服电机22四月20241．伺服电机的铭牌和外部结构（a）伺服电机的铭牌SFS表示中等容量、中等惯性时间常数、高转速20代表额定输出功率为2

000W2表示输出转速为2

000r/min22四月2024（1）编码器：位于伺服电动机的背面，主要测量电动机的实际速度，并将转速信号转化为脉冲信号。（2）编码器电缆：从伺服电动机背面的编码器引出一组电缆，主要传输测得的转速信号，并反馈给控制器进行比较。（3）输入电源线电缆：与电动机内部绕组U、V、W连接，还包括一根接地线。伺服电机主要包括3部分编码器编码器电缆输入电源线电缆（1）伺服电动机的分类

普通直流伺服电动机直流伺服电动机低惯量直流伺服电动机直流力矩电动机两相感应伺服电动机交流伺服电动机三相感应伺服电动机无刷永磁伺服电动机直线伺服电动机电机为直线运动（2）伺服电机的发展史自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。

到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。

到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本三菱、松下及安川等公司。2024/4/22知识链接——伺服电机生产商1、日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器，20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列，之后又推出M、F、S、H、C、G六个系列。。其中D系列适用于数控机床（最高转速为1000r/min，力矩为0.25～2.8N.m），R系列适用于机器人（最高转速为3000r/min，力矩为0.016～0.16N.m）。这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.05～6kW）较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。2、日本其他厂商，例如：三菱电动机（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、东芝精机（SM系列）、大隈铁工所(BL系列）、三洋电气（BL系列）、立石电机（S系列）等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。2024/4/22知识链接——伺服电机生产商3、德国力士乐公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC系列交流伺服电动机共有7个机座号92个规格。4、德国西门子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电动机分为标准型和短型两大类，共8个机座号98种规格。据称该系列交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机IHU系列相比，重量只有后者的1/2，配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列，最多的可供6个轴的电动机控制。5、德国博世（BOSCH）公司生产铁氧体永磁的SD系列（17个规格）和稀土永磁的SE系列（8个规格）交流伺服电动机和ServodynSM系列的驱动控制器。。2024/4/22知识链接——伺服电机生产商6、美国A-B（ALLEN-BRADLEY）公司驱动分部生产1326型铁氧体永磁交流伺服电动机和1391型交流PWM伺服控制器。电动机包括3个机座号共30个规格。7、I.D.（IndustrialDrives）是美国著名的科尔摩根（Kollmorgen）的工业驱动分部，自1989年起推出了全新系列设计的Goldline永磁交流伺服电动机，包括B（小惯量）、M（中惯量）和EB（防爆型）三大类，有10、20、40、60、80五种机座号，每大类有42个规格，全部采用钕铁硼永磁材料，力矩范围为0.84～111.2N.m，功率范围为0.54～15.7kW。配套的驱动器有BDS4（模拟型）、BDS5（数字型、含位置控制）和SmartDrive（数字型）三个系列，最大连续电流55A。Goldline系列代表了当代永磁交流伺服技术最新水平。宽广的调速范围；机械特性和调节特性均为线性；无“自转”现象；快速响应。

此外，还要求伺服电动机的控制功率小、重量轻、体积小等。（3）

控制系统对伺服电动机的基本要求22四月20242．伺服电机的内部结构及工作原理永磁式交流伺服电机由定子、转子和编码器构成，如图

6-3

所示。图6-3伺服电机的结构rrggbbNS⊙⊙⊙⊕⊕ACBZYX⊕（1）工作原理当定子三相绕组通上交流电源后，就产生一个旋转磁场，该旋转磁场将以同步转速n0旋转。由于磁极同性相斥，异性相吸与转子的永磁磁极互相吸引，并带着转子一起旋转，因此，转子也将以同步转速n0与旋转磁场一起旋转。当转子加上负载转矩之后，转子磁极轴线将落后定子磁场轴线一个θ角，随着负载增加，θ也随之增大；负载减少时，θ角也减少；只要不超过一定限度，转子始终跟着定子的旋转磁场以恒定的同步转速n0旋转。n=60f/p永磁同步伺服电机的转速可用下式表示：改变转子的磁极对数或定子绕组的电源频率，均可改变电动机的转速。永磁同步伺服电动机是通过改变定子绕组的电源频率来调节转速的。（2）交流伺服电机的结构交流伺服电动机由定子与转子组成。它的定子分为外定子和内定子两部分，内外定子铁心通常均由硅钢片叠成。外定子铁心槽中放置空间互差90°的两个绕组：励磁绕组和控制绕组。内定子铁心中一般不放绕组，仅作为磁路的一部分，以减少主磁通磁路的磁阻，其结构如图所示。转子通常做成细长型的鼠笼式。励磁绕组控制绕组杯形转子内定子外定子Uc~Uf~交流伺服电动机的结构：交流伺服电动机的转子结构形式有两种：高电阻率导条的笼型转子和非磁性空心杯转子。高电阻率导条的笼型转子与普通笼型感应电动机的转子相似，只是为了减少转子的转动惯量，需做的细而长。转子笼的导条和端环可以采用高电阻率的导电材料（如黄铜、青铜等）制造，也可采用铸铝转子。高电阻率导条的笼形转子非磁性空心杯转子采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子。杯形转子和笼型转子虽然外表形状看起来不一样，但实质上是一样的，因为杯形转子可以看作是导条数目非常多、条与条之间紧靠在一起、而两端自行短路的笼型转子。空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。杯形转子图（3）

编码器

伺服电动机的编码器是用来检测转速和位置。编码器主要分为增量编码器和绝对值编码器。5V5V0V0V编码器

安装在电机后端，其转盘（光栅）与电机同轴。外形脉冲编码器的分类和结构脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，能把机械转角变成电脉冲，可作为位置检测和速度检测装置。脉冲编码器分为：光电式、接触式和电磁感应式。从精度和可靠性方面来看，光电式脉冲编码器优于其他两种。脉冲编码器是一种增量检测装置，它的型号是由每转发出的脉冲数来区分。数控机床上常用的有：2000P/r、2500P/r和3000P/r等。光电脉冲编码器结构与工作原理电力电子与电气传动重庆工业职业技术学院郭艳萍2.伺服电动机的分类

普通直流伺服电动机直流伺服电动机低惯量直流伺服电动机直流力矩电动机两相感应伺服电动机交流伺服电动机三相感应伺服电动机无刷永磁伺服电动机直线伺服电动机电机为直线运动电力电子与电气传动重庆工业职业技术学院郭艳萍3.伺服电机的发展史自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。

到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。

到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本三菱、松下及安川等公司。电力电子与电气传动重庆工业职业技术学院郭艳萍2024/4/22知识拓展——伺服电机生产商1、日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器，20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列，之后又推出M、F、S、H、C、G六个系列。。其中D系列适用于数控机床（最高转速为1000r/min，力矩为0.25～2.8N.m），R系列适用于机器人（最高转速为3000r/min，力矩为0.016～0.16N.m）。这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.05～6kW）较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。2、日本其他厂商，例如：三菱电动机（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、东芝精机（SM系列）、大隈铁工所(BL系列）、三洋电气（BL系列）、立石电机（S系列）等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。

位置控制模式是伺服中最常用的控制方式，它一般是通过外部输入脉冲的频率来确定伺服电机转动的速度，通过脉冲数来确定伺服电机转动的角度，所以一般用于定位装置。二、伺服驱动器的控制模式图6-4位置控制模式的组成结构图

当伺服驱动器工作在速度控制模式时，通过控制输出电源的频率来对电动机进行调速。伺服驱动器无需输入脉冲信号也可以正常工作，故可取消伺服控制器，此时的伺服驱动器类似于变频器。2．速度控制模式图6-5速度控制模式的组成结构图伺服驱动器的输入开关、电位器等输入的控制信号，也可以用PLC等控制设备来产生。

当伺服驱动器工作在转矩控制模式时，通过外部模拟量输入控制电动机的输出转矩大小。伺服驱动器无需输入脉冲信号也可以正常工作，故可取消伺服控制器，通过操作伺服驱动器的输入电位器，可以调节伺服电动机的输出转矩。3．转矩控制模式图6-6转矩控制模式的组成结构图伺服驱动器的输入信号可以是开关，也可以由PLC产生2024/4/22三、三菱伺服驱动器的内部结构1．铭牌说明（1）型号名称。图6-7三菱MR-JE系列伺服驱动器的型号（2）铭牌。图6-8三菱MR-JE系列伺服驱动器铭牌2．内部结构认识主电路控制电路动态制动电路使伺服电机迅速停转2024/4/22四、三菱伺服驱动器的外部结构输入输出连接器编码器连接器主电路接头USB通信用连接器2024/4/22五、三菱伺服驱动器的外围接线断路器接触器交流电抗器噪声滤波器2024/4/22六、三菱伺服驱动器的电源及启停保护电路紧急停止按钮在接触器电路和EM2输入端子上采用同一个按钮，目的是防止伺服驱动器的意外重启KA故障保护，一旦故障，切断伺服的电源2024/4/22任务实施【训练工具、材料和设备】《三菱MR-JE系列伺服驱动器手册》通用电工工具一套按钮三菱MR-JE系列伺服驱动器伺服电机2024/4/22一、三菱伺服驱动器输入输出引脚功能认识P：位置控制模式，S：速度控制模式，T：转矩控制模式数字量输入端采用双光电耦合。数字量输入引脚和输出引脚分为漏型输入和输出，源型输入和输出漏型接线的电流通路各引脚详细说明见手册P52-P54伺服驱动器的接头引脚功能及内部接口电路MR-JE-A伺服驱动器有CN1、CN2、CN3和CNP1共4个接头与外部设备连接。2024/4/22表6-1CN1部分引脚功能分配○：可在出厂状态下直接使用的信号；△：通过PA04、PD03～PD28的设置能够使用的信号，连接器引脚编号栏的编号为初始状态时下的值。2024/4/222024/4/222024/4/222024/4/222024/4/222024/4/222024/4/222024/4/22二、伺服驱动器输入输出的接线认识1．数字量输入引脚的接线

伺服驱动器的数字量输入引脚用于输入开关信号，如启动、正转、反转和停止信号等。根据开关闭合时输入引脚的电流方向不同，可分为漏型输入方式和源型输入方式，不管采用哪种输入方式，三菱伺服驱动器都能接受，这是因为数字量引脚内部采用双向光电耦合器。漏型输入DICOM引脚接24V电源的正极2024/4/22源型输入DICOM引脚接24V电源的负极2024/4/22图6-16伺服驱动器数字量输出的接线方式在线圈两端并联一只二极管来吸收线圈产生的反峰电压两种输出接线方式中，二极管的极性不要接反。2．数字量输出引脚的接线数字量输出引脚通过内部三极管的导通与截止来输出0、1信号，能够驱动指示灯、继电器或者光耦合器。其输出接线方式也分为漏型和源型两种情况2024/4/22图6-17输出端接指示灯的接线图由于指示灯的冷电阻很小，为防止三极管刚导通时因流过的电流过大而损坏，通常需要给指示灯串接一个限流电阻，以便对浪涌电流进行抑制2024/4/223．脉冲列输入引脚的接线三菱伺服驱动器的脉冲输入有两种方式：集电极脉冲输入方式和差动脉冲输入方式。（1）集电极脉冲输入方式的接线。图6-18集电极脉冲输入方式的接线

将伺服驱动器的OPC接到24V电源的正极PP引脚为正转脉冲输入端NP引脚为反转脉冲输入端三菱MR-JE系列的伺服驱动器工作在位置控制模式时，只能接受NPN输入信号；脉冲列输入接口中使用了光耦合器，因此，在脉冲列信号线上不能连接电阻。允许输入的脉冲频率最大为200kHz2024/4/22（2）差动脉冲输入方式的接线。

图6-19差动脉冲输入方式的接线图差动脉冲输入方式输入脉冲的最高频率为4MHz2024/4/224．模拟量输入/输出引脚的接线（1）模拟量输入。三菱伺服驱动器中模拟量输入主要是完成速度调节、转矩调节或速度限制及转矩限制。图6-20模拟量输入接线图在速度控制模式中，其两端电压变化范围为0～10V；在转矩控制模式中其电压变化范围为0～8V，但直流电源为15V，大于二者电压最高值，所以需要电位器RP1分压，一般情况下RP1及RP2的阻值为2kΩ。2024/4/22（2）模拟量输出。三菱伺服驱动器中模拟量输出的主要功能是反映伺服驱动器的状态，如电动机旋转速度、输入脉冲频率、输出转矩等。图6-21模拟量输出接线图模拟量输出有两个通道：MO1和MO22024/4/22三、伺服驱动器的显示操作与参数设置图6-22伺服驱动器的操作显示面板2024/4/221．各种模式的显示与切换表6-2 各种显示模式及初始画面2024/4/222．参数设置图6-23各种模式的显示与操作2024/4/22图6-24设置参数的操作方法2024/4/22四、伺服电机的试运行（1）首先将单相电源接到伺服驱动器的L1、L3端子上，将伺服编码器的接口插到CN2上，将24V电源的正极接到DICOM引脚上，24V电源的负极接到DOCOM的引脚上。合上断路器的电源开关，显示报警信息ALE6.1。（2）用导线将EM2端与DOCOM端相连接，报警信息清除。使用JOG运行时，需要闭合伺服开启端SON、正转行程终端LSP和反转行程终端LSN，LSP、LSN通过将PD01设置为“_C__”，可以进行自动开启。注意：此时不要把SON开启，否则图6-25中第一行会显示RD-ON，此时不能进行试运行的操作。（3）连续按2次“MODE”按键进入诊断画面，此时显示RD-OF。按照图6-25步骤选择点动运行或者无电机运行。2024/4/22图6-25试运行选择画面（4）JOG试运行。在按下“UP”按键时，伺服电机以200r/min正转，按下“DOWN”按键时，伺服电机以200r/min反转。松开“UP”按键或“DOWN”按键时，伺服电机停止。试运行可以的话，至此确认电机编码线和电机线连接无误。2024/4/22知识拓展1．日本品牌日系品牌主要有安川YASKAWA、三菱MITSUBSHI、欧姆龙OMRON、富士FUJI、法那科FANUC等。

2．欧美品牌

欧美品牌主要有德国的西门子SIEMENS、伦茨Lenze、力士乐REXROTH、博世BOSCH、百格BERGERLAHR；美国的AB、GE、Rockwell；瑞士的ABB等。

3．国产品牌

国产品牌主要有台达、东元、和利时、华中数控、广州数控等。2024/4/22任务6.2伺服电机的速度控制任务导入

利用PLC控制伺服驱动器，按下启动按钮后，先以1

000r/min的速度运行10s，接着以800r/min的速度运行20s，再以1

500r/min的速度运行25s，然后反向以900r/min的速度运行30s，85s后重复上述运行过程。在运行过程中，按下停止按钮，伺服电机停止运行。这个任务需要用伺服驱动器的速度控制模式实现。2024/4/22相关知识一、速度控制模式的接线图模拟量速度给定方式内部速度指令给定方式源型输入方式ALM故障时，RA1失电ZSP零速度检测伺服电机速度达到设定值附近时，RA3得电伺服开启，进入可运行状态，RA4得电2024/4/22二、速度控制方式1．模拟速度指令控制方式伺服驱动器通过VC（模拟速度指令）的加载电压设置的速度运行，此种方法需要将电位器接在P15R、VC和LG引脚上，将正反转启动开关接在ST1和ST2引脚上，如图6-28所示。图6-28模拟速度指令控制方式的接线图2024/4/22图6-29给定电压与转速关系示意图伺服电机旋转分为顺时针和逆时针，则对应的输入电压应分为+10V和−10V。在初始设置下，±10V对应额定转速，±10V时的转速可以在PC12中进行变更。2024/4/22表6-3 速度控制模式下的电机旋转方向输入设备旋转方向ST2ST1VC（模拟速度指令）+极性0V−极性内部速度指令00停止（伺服锁定）停止（伺服锁定）停止（伺服锁定）停止（伺服锁定）01CCW停止（伺服锁定）CWCCW10CW停止（伺服锁定）CCWCW11停止（伺服锁定）停止（伺服锁定）停止（伺服锁定）停止（伺服锁定）2024/4/22

根据参数的安全性和设置频率，可将参数分为基本参数（PA01～PA31）、增益・过滤器参数（PB01～PA64）、扩展参数（PC01～PC80）、输入输出设置参数（PD01～PD48）。参数名称出厂值设定值说明PA01控制模式选择1

0001

002PA01是控制模式选择参数，其设定位为___x，在x处可以输入以下数值：0：位置控制模式1：位置控制模式与速度控制模式2：速度控制模式3：速度控制模式与转矩控制模式4：转矩控制模式5：转矩控制模式与位置控制模式表6-4 模拟速度指令实现速度控制的参数设置2024/4/22参数名称出厂值设定值说明PC01加速时间常数1

0001

0001

000msPC02减速时间常数1

2001

0001

000msPC12模拟速度指令最大转速00对VC（模拟速度指令）的输入最大电压（10V）下的转速进行设置当设置为“0”时，其将为所连接伺服电机的额定转速PD01选择自动开启的输入信号00000C00LSP、LSN内部自动置ONPD03输入信号选择02__02__可以将任意的输入设备分配到CN1-15针上。其设定位为xx__，在x处输入02，将15针的功能设定为SON伺服开启功能PD11输入信号选择07__07__CN1-19引脚能够有任意输入信号。速度控制模式时，其设定位为xx__，在x处输入07，将15针的功能设定为ST1正转启动功能PD13输入信号选择08__08__CN1-41引脚能够有任意输入信号。速度控制模式时，其设定位为xx__，在x处输入08，将41针的功能设定为ST2反转启动功能PD24输出信号选择000C000CCN1-23引脚能够有任意输出信号。其设定位为__xx，在x处输入0C，将23针的功能设定为ZSP零速度检测功能PD25输出信号选择00040004CN1-24引脚能够有任意输出信号。其设定位为__xx，在x处输入04，将24针的功能设定为SA速度到达功能PD28输出信号选择00020002CN1-49引脚能够有任意输出信号。其设定位为__xx，在x处输入02，将49针的功能设定为RD准备完成功能2024/4/222．内部速度指令的控制方式将伺服驱动器的数字量输入引脚设置为SP1（速度选择1）、SP2（速度选择2）及SP3（速度选择3）的功能，即在PD03～PD20参数中将其值设置为20（SP1）、21（SP2）、22（SP3），通过这3个输入引脚的不同组合，就可以控制伺服电机实现7段速（7个速度设置在PC05～PC11中）控制图6-30内部速度指令的控制方式接线图2024/4/22输入信号速度指令SP3SP2SP1000VC（模拟速度指令）001PC05（内部速度指令1）010PC06（内部速度指令2）011PC07（内部速度指令3）100PC08（内部速度指令4）101PC09（内部速度指令5）110PC10（内部速度指令6）111PC11（内部速度指令7）表6-57段速控制状态2024/4/22例6-1

用按钮和开关控制伺服电机实现7段速运行，运行速度分别为：500r/min、600r/min、700r/min、800r/min、900r/min、1

000r/min、1

100r/min。解：（1）首先按照图6-30接线。（2）参数设置。7段速控制的参数设置如表6-6所示。参数名称出厂值设定值说明PA01控制模式选择10001002设置成速度控制模式PC01加速时间常数00001000从0r/min开始到达到额定转速的加速时间，设置范围0～50

000msPC02减速时间常数00001000从额定转速到0r/min的减速时间，设置范围0～50

000msPC05内部速度指令1100500设定内部速度指令的第1速度PC06内部速度指令2500600设定内部速度指令的第2速度PC07内部速度指令31000700设定内部速度指令的第3速度表6-67段速控制的参数设置2024/4/22参数名称出厂值设定值说明PC08内部速度指令4200800设定内部速度指令的第4速度PC09内部速度指令5300900设定内部速度指令的第5速度PC10内部速度指令65001000设定内部速度指令的第6速度PC11内部指令速度78001100设定内部速度指令的第7速度PD01输入信号自动ON选择00000C00LSP、LSN内部自动置ONPD03输入信号选择02__02__在速度模式把CN1-15脚改成SONPD11输入信号选择07H07__在速度模式把CN1-19脚改成ST1PD13输入信号选择08H20__在速度模式把CN1-41脚改成SP1PD17输入信号选择0AH21__在速度模式把CN1-43脚改成SP2PD19输入信号选择0BH22__在速度模式把CN1-44脚改成SP32024/4/22（3）运行操作。①EM2一直闭合，把表6-6中的参数设置入伺服驱动器，关闭电源，重新开启电源，设置的参数才能生效。②闭合SON开关，伺服开启。闭合ST1开关，选择正转。按照表6-5操作SP1、SP2、SP3开关，实现伺服电机的7段速运行。

EM2（强制停止）、LSP（正转行程末端）、LSN（反转行程末端）必须开启。由于采用源型输入接口，DICOM接直流24V电源的负极，DOCOM接24V电源的正极。如果采用漏型输入接口，DICOM接直流24V电源的正极，DOCOM接24V电源的负极。

在设置参数时，按表6-6的步骤依次设置各值，之后，在显示为r时，关闭电源，重新上电。2024/4/22任务实施【训练工具、材料和设备】《三菱MR-JE系列伺服驱动器手册》通用电工工具一套按钮三菱MR-JE系列伺服驱动器伺服电机西门子PLC2024/4/221．硬件电路图6-31多段速控制的电路图由于西门子PLC的输出是PNP型，因此伺服驱动器采用源型输入接线方式注意：必须把PLC输出端的1M与伺服驱动器的DICOM连接在一起，达到共地的目的。2024/4/222．参数设置参数名称出厂值设定值说明PA01控制模式选择00001002设置成速度控制模式PC01加速时间常数00001000设置加速时间为1

000msPC02减速时间常数00001000设置减速时间为1

000msPC05内部速度指令11001000设定内部速度指令的第1速度PC06内部速度指令2500800设定内部速度指令的第2速度PC07内部速度指令310001500设定内部速度指令的第3速度PC08内部速度指令4200900设定内部速度指令的第4速度PD01输入信号自动ON选择00000C04SON、LSP、LSN内部自动置ONPD03输入信号选择02H07__在速度模式把CN1-15脚改成ST1PD11输入信号选择07H08__在速度模式把CN1-19脚改成ST2PD13输入信号选择08H20__在速度模式把CN1-41脚改成SP1PD17输入信号选择0AH21__在速度模式把CN1-43脚改成SP2PD19输入信号选择0BH22__在速度模式把CN1-44脚改成SP3表6-7 伺服电机的多段速控制参数设置表2024/4/223．程序设计2024/4/222024/4/22（4）将图6-32中的程序下载到PLC中。（5）按下启动按钮SB1（I0.0=1），伺服电机开始以1

000r/min的速度正转运行，10s后，以800r/min的速度继续正转运行20s，接着以1

500r/min的速度运行25s，然后以900r/min的速度反转运行30s后回到S0.0的状态，继续下一个周期的运行。按下停止按钮SB2（I0.1=1），伺服电机停止。在运行过程中，可以通过编程软件上的“程序状态监控”功能，监控PLC的运行状态。2024/4/22知识拓展伺服电机的转矩控制模式图6-33转矩控制模式的接线图0～±8V的电压漏型输入接线方式2024/4/221．转矩控制（1）转矩指令与输出转矩。图6-34加载电压与转矩之间的关系如果电压较低（−0.05～0.05V）的实际速度接近限制值，则转矩有可能会发生变动，此时需要提高速度限制值。在±8V下产生最大转矩。另外，±8V输入时对应的输出转矩可以在PC13中进行变更。2024/4/22输入设备旋转方向RS2RS1TC（模拟转矩指令）+极性0V−极性00不输出转矩不发生转矩不输出转矩01CCW（正转驱动・反转再生）CW（反转驱动・正转再生）10CW（反转驱动・正转再生）CCW（正转驱动・反转再生）11不输出转矩不输出转矩表6-8 转矩控制模式下的电机旋转方向2024/4/22（2）模拟转矩指令偏置。在PC38中针对TC模拟电压可以进行图6-35所示的−9

999～9

999mV的偏置电压的相加。图6-35模拟转矩指令偏置图2024/4/222．转矩限制

如果设置PA11（正转转矩限制）和PA12（反转转矩限制），则在运行中将会始终限制最大转矩。3．速度限制受到在PC05（内部速度限制1）～PC11（内部速度限制7）中设置的转速或通过VLA（模拟速度限制）的加载电压设置的转速的限制。VLA（模拟速度限制）的加载电压与伺服电机转速的关系如图6-36所示。图6-36VLA的加载电压与转速的关系2024/4/22任务6.3伺服电机的位置控制任务导入

按下启动按钮SB1，伺服电动机带动丝杠机构以8

000脉冲/秒的速度沿X轴方向右行，碰到正向限位开关SQ1停止2s，然后伺服电动机带动丝杠机械机构沿X轴反向运行，碰到反向限位开关SQ2停止5s，接着又向右运动，如此反复运行，直到按下停止按钮SB2，伺服电机停止运行。按下手动按钮SB3，伺服电机以6

000脉冲/秒的速度手动运行。2024/4/22相关知识一、伺服驱动器位置控制接线图图6-39漏型输入、输出接口的位置控制接线图输入指令脉冲串可以采用集电极开路输入方式或差动输入方式两种EMG、LSP、LSN必须接入常闭触点输入脉冲串采用集电极开路输入方式时，需要将OPC端子接入DC24V的正极。2024/4/22二、脉冲输入形式表6-9脉冲串输入形式设置2024/4/222024/4/22三、定位完成图6-40定位完成时序图INP是定位完成，当偏差计数器的滞留脉冲在设置的定位范围（PA10）以下时，INP将会开启。将负载范围设定为很大的值，低速运行时，会进入常通状态，INP开启的时序图如图6-40所示。2024/4/22任务实施【训练工具、材料和设备】《三菱MR-JE系列伺服驱动器手册》通用电工工具一套按钮三菱MR-JE系列伺服驱动器伺服电机西门子PLC2024/4/221．硬件电路输

入输

出输入继电器输入元件作

用输出继电器伺服引脚作

用I0.0SB1启动按钮Q0.0PP脉冲信号I0.1SB2停止按钮Q0.2NP方向控制Q0.2=0，正向Q0.2=1，反向I0.2SA手动Q0.3SON伺服开启I0.3SQ1正向限位Q0.4LSP正向限位I0.4SQ2反向限位Q0.5LSN反向限位元件名称作用EM2急停RESSB3复位表6-10I/O分配表2024/4/22三菱伺服驱动器的脉冲输入PP和NP只能接受NPN型的信号，而西门子s7-200晶体管输出型的PLC大多数是PNP输出型，为了匹配，这里选择西门子新推出的CPU224XPSi的NPN输出型PLC图6-41伺服电机位置控制接线图脉冲串选择正逻辑的“脉冲列+方向信号”运行时应将LSP、LSN接通，如果断开，则急停并伺服电机锁定2024/4/222．参数设置图6-42电子齿轮比的定义100个脉冲30100×30=3

000个2024/4/22假设一个伺服电机带动一个辊子转动，伺服电机每转动5圈，辊子转动1圈，辊子的直径为120mm，所使用的伺服放大器的编码器分辨率为131

072pulses/rev，要求PLC每发送1个脉冲辊子转动0.01mm，这时的电子齿轮比应该设定如下公式所示。2024/4/22表6-11位置控制的参数设置参数名称出厂值设定值说明PA01控制模式选择1

0001

000选择位置控制模式PA06电子齿轮分子116

384设置为上位机发出1

000个脉冲伺服电机旋转一周，则PA07电子齿轮分母1125PA13指令脉冲输入形态0100h0001h用于选择脉冲串输入信号波形，设定如下：正逻辑脉冲列+方向信号PA21功能选择A-30000h0000h电子齿轮选择，输入位x___中的x为0时，选择电子齿轮比PD03输入信号选择02h__02在位置模式把CN1-15脚改成SONPD11输入信号选择03h__03在位置模式把CN1-19脚改成RESPD17输入信号选择0Ah__0A在位置模式把CN1-43脚改成LSPPD19输入信号选择0Bh__0B在位置模式把CN1-44脚改成LSN2024/4/223．程序设计（1）PTO向导配置。前三步配置可参考图5-24、图5-25、图5-26，接着按下面步骤进行设置。①设置最高电机速度MAX_SPEED和电机启动/停止速度SS_SPEED。假设此例中电机的额定转速为3

000r/min，即50r/s，设置指令脉冲分辨率为1

000（即PLC控制器向伺服驱动器发送1

000个脉冲会使伺服电机转动一圈），因此，设置最高电机速度为电机额定转速即50（r/s）×1

000（Pulses/r）=50

000（Pulses/s），启动/停止速度取其10%，即5

000（Pulses/s）。计算公式：最高电机速度（Pulses/s）=电机额定转速（r/s）×电机每转一圈所需脉冲数（Pulses/r）2024/4/22②设置加速时间ACCEL_TIME和减速时间DECEL_TIME均为1

000ms，可参考图5-28。③运动包络定义。用户需配置包络，参考图

5-29，单击“新包络”按钮，出现“运动包络定义”界面，单击“是”增加一个新包络运动。如图6-44所示，选择“单速连续旋转”，输入目标速度为8000脉冲/秒。2024/4/22④分配PTO向导建议地址，如图6-45