模块4 运动控制系统的应用20231103

模块4运动控制系统的应用项目4.1步进控制系统的应用01项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用02项目4.3

V90PN伺服控制系统的应用03学习目标学习目标●了解步进电机和伺服电机的结构及工作原理●掌握步进驱动器和伺服驱动器的端子功能、参数设置和接线●了解V90PN伺服驱动器支持的报文类型●掌握S7-1200PLC的运动轴组态、运动控制指令●知道运动控制系统的组成，掌握运动控制系统的硬件电路和软件编程学习目标知识目标学习目标学习目标●能根据控制要求，独立配置运动控制系统并进行硬件电路的安装和调试●能用S7-1200PLC进行工艺对象组态，通过PLCOpen标准程序块编写运动控制程序并进行调试●学会使用标准报文和工艺对象对V90PN伺服驱动器进行位置控制●学会使用西门子报文和FB284对V90PN伺服驱动器进行EPOS控制学习目标技能目标学习目标学习目标●通过观看纪录片《大国重器》之《动力澎湃》，厚植爱国情怀，增强民族自豪感●养成规则意识和标准意识●培养开拓创新的科学精神●养成6S管理的职业素养学习目标素质目标项目4.1步进控制系统的应用口罩机中的应用高倍显微镜中的应用雕刻机中的应用机器人中的应用视觉检测中的应用1.课堂导入项目4.1步进控制系统的应用

步进电机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制电机，它与配套驱动器共同组成低成本的开环控制系统，从而实现精确的位置和速度控制。每输入一个电脉冲，电机就会旋转一定的角度，常作为数字控制系统中的执行元件。最早的步进电机是1920年代由英国人研发。步进电机步进驱动器德国百格拉公司于1973年发明了五相混合式步进电机及其驱动器；1993年又推出了性能更加优越的三相混合式步进电机。我国在80年代以前，一直是反应式步进电机占统治地位，混合式步进电机是80年代后期才开始发展。1.课堂导入项目4.1步进控制系统的应用

步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机就前进一步，所以叫做步进电机。2.步进电机的工作原理步进电机

步进电机的旋转角度和速度取决于脉冲的数量和脉冲频率。

脉冲数越多，步进电机转动的角度越大。

脉冲的频率越高步进电机的转速越快，但不能超过最高频率，否则电机的力矩会迅速减小，电机不转。项目4.1步进控制系统的应用

三相步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。“三相”指步进电机的定子绕组有3组；“单”指每次只能有一相绕组通电；“双”指每次有两个绕组同时通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环；“六拍”指通电六次完成一个通电循环。BBCC步进电机结构示意图2.步进电机的工作原理项目4.1步进控制系统的应用2.步进电机的工作原理

定子铁心上分布有A、B、C三相控制绕组。转子用软磁性材料制成，只有4个齿。项目4.1步进控制系统的应用2024/12/20步进电机单拍工作原理示意图●三相绕组中的通电顺序为：A相

B相

C相步进电机旋转方向为顺时针。（1）三相单三拍2.步进电机的工作原理项目4.1步进控制系统的应用

这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相绕组通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍，其特点：●每来一个电脉冲，转子转过30

。此角称为步距角，用

表示。●转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变电机转向。

A相

C相

B相

A相

B相

C相正转：（1）三相单三拍2.步进电机的工作原理反转：项目4.1步进控制系统的应用

这种工作方式，因三相绕组中每次有两相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相双三拍，其特点：●每来一个电脉冲，转子转过30

。●转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变电机转向。

AC相

CB相

BA相

AB相

BC相

CA相正转：（2）三相双三拍2.步进电机的工作原理反转：项目4.1步进控制系统的应用

这种工作方式，按照一相绕组通电接着二相绕组间隔轮流通电，而且，完成一个循环需要经过6次改变通电状态，所以称三相单双六拍，其特点：●每来一个电脉冲，转子转过15

。●转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变电机转向。（3）三相单双六拍2.步进电机的工作原理正转：A→AB→B→BC→C→CA→A；反转：A→AC→C→CB→B→BA→A。项目4.1步进控制系统的应用

步进电机由定子（绕组、定子铁心）、转子（转子铁心、永磁体、转轴、滚珠轴承），前后端盖等组成。3.步进电机的结构项目4.1步进控制系统的应用（c）步进电机结构剖面图（b）步进电机结构

步进电机的结构示意图（a）步进电机定子铁心

定子铁心为凸极结构，由硅钢片迭压而成。在面向气隙的定子铁心表面有齿距相等的小齿。定子绕组

定子每极上套有一个集中绕组，相对两极的绕组串联构成一相。步进电动机可以做成二相、三相、四相、五相、六相、八相等。3.步进电机的结构为了减小步距角，实际的步进电机通常在定子凸极和转子上开很多小齿，这样就可以大大减小步距角，提高步进电机的控制精度。项目4.1步进控制系统的应用转子

转子上只有齿槽没有绕组，系统工作要求不同，转子齿数也不同。转子的外圈由50个小齿构成，转子1和转子2的小齿于构造上互相错开1/2螺距。由此转子形成了100个小齿。目前已经有转子单个加工至100齿的高分辨率型，那么高分辨率型的转子就有200个小齿。因此其机械上就可以实现普通步进电机半步(普通步进电机半步需要电气细分达到)的分辨率。3.步进电机的结构项目4.1步进控制系统的应用（1）按励磁方式分为三大类：反应式（VR）、永磁式（PM）、混合式（HS）。（2）按定子上绕组来分，步进电机分为两相、三相和五相等系列。（3）按机座号（电机外径）可分为：42BYG（BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG（国际标准），而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。4.步进电机的分类项目4.1步进控制系统的应用2024/12/205.课堂小结

（1）通过控制脉冲个数来控制步进电机的角位移量；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度；（2）步进电机每接收一个步进脉冲信号，电机就旋转一定的角度，该角度称为步距角。（3）步进电机由定子、转子和前后端盖等组成。（4）步进电机按励磁方式分为反应式（VR）、永磁式（PM）、混合式（HS）三种。项目4.1步进控制系统的应用步进驱动器的功能：在控制设备（例如PLC）的控制下，为步进电机提供工作所需要的幅度足够的脉冲信号；实现精确的位置和速度控制。步进电机控制系统框图1.课堂导入项目4.1步进控制系统的应用3ND583步进驱动器外形步进驱动器的外部接线2．步进驱动器的外部端子步进驱动器有3种输入信号，分别是脉冲信号（PUL）、方向信号（DIR）和使能信号（ENA）。项目4.1步进控制系统的应用3ND583步进驱动器外形步进驱动器的外部接线PUL+和PUL-是脉冲控制信号输入端：脉冲上升沿有效；当采用12V或24V电源时，需串联电阻；2．步进驱动器的外部端子项目4.1步进控制系统的应用3ND583步进驱动器外形步进驱动器的外部接线DIR+、DIR-是方向信号输入端：高/低电平有效；假设高电平电机是正转，则低电平电机就是反转。2．步进驱动器的外部端子项目4.1步进控制系统的应用3ND583步进驱动器外形步进驱动器的外部接线ENA+、ENA-是使能信号输入端：用于使能或禁止步进电机；步进电机在停止时，通常有一相得电，电机的转子被锁住；当需要转子松开时，可以使用使能信号，ENA+接+5V，ENA−接低电平即可。当不需用此功能时，使能信号端悬空即可。2．步进驱动器的外部端子项目4.1步进控制系统的应用3ND583步进驱动器外形步进驱动器的外部接线U、V、W是三相步进电机的接线端。2．步进驱动器的外部端子项目4.1步进控制系统的应用3ND583步进驱动器外形步进驱动器的外部接线步进驱动器工作电源：其接线端子是VDC和GND；DC18～54V之间任何值均可；通常使用DC24V。2．步进驱动器的外部端子项目4.1步进控制系统的应用步进驱动器的输入接口通常采用双光耦的电气隔离，从而提高它的抗干扰性能。步进驱动器的接线方式一共有三种：共阳极接法共阴极接法差分方式接法步进驱动器采用的接线方法，根据所选PLC来决定。3．步进驱动器的接口电路项目4.1步进控制系统的应用三菱漏型输出型PLC是NPN输出型，即低电平。此种接线方式是共阳极接线方式。共阳极接线方法3．步进驱动器的接口电路项目4.1步进控制系统的应用共阴极接线方法西门子PLC是PNP输出型，即高电平。此种解接线方式是共阴极接线方式。3．步进驱动器的接口电路项目4.1步进控制系统的应用（1）如果接线图中使用的电源VCC是5V，则不串电阻。VCC是12V时，串联电阻R的阻值为1kΩ，大于1/8W电阻；VCC是24V时，电阻R的阻值为2kΩ，大于1/8W电阻。电阻R必须接在控制器信号端。（2）步进驱动器的PUL端子需要接收脉冲信号，因此，必须采用晶体管输出型的PLC。3．步进驱动器的接口电路项目4.1步进控制系统的应用细分是步进驱动器的一个重要性能。步进驱动器都存在一定程度的低频振荡特点。1.细分能有效改善甚至消除低频振荡现象，使电机运行更加平稳均匀；2.细分能减小步进电机的步距角，提高电机的分辨率；注意：一般情况先细分数不能设置过大，因为在控制脉冲频率不变的情况下，细分越大，电机的转速越慢，而且电机的输出力矩减小。步进驱动器4．步进电机的细分设置项目4.1步进控制系统的应用拨码开关8个SW拨码开关，用来设置工作电流、静态电流和细分精度。SW1～SW4用于设置步进驱动器的输出电流；SW6～SW8用于设置细分精度；SW5用于选择半流/全流工作模式；OFF表示静态电流设为动态电流的一半；ON表示静态电流与动态电流相同。4．步进电机的细分设置项目4.1步进控制系统的应用拨码开关如果电机停止时不需要很大的保持力矩，建议把SW5设成OFF，以减少电机和驱动器的发热，提高其可靠性。4．步进电机的细分设置项目4.1步进控制系统的应用步/转SW6SW7SW82001114000115001011

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000000细分设置表“1”表示ON“0”表示OFF假设把SW6、SW7和SW8的拨码开关都置于1状态，其细分是200步/转，即步进电机每旋转一周，需要200个脉冲；4．步进电机的细分设置项目4.1步进控制系统的应用步/转SW6SW7SW82001114000115001011

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000000细分设置表“1”表示ON“0”表示OFF如果只将SW8置于1状态，则步进电机每旋转一周，需要1000个脉冲。4．步进电机的细分设置项目4.1步进控制系统的应用（1）步进驱动器需要3种输入信号，分别是脉冲信号（PUL）、方向信号（DIR）和使能信号（ENA）；（2）步进驱动器常用共阳极和共阴极两种接线方式，需要根据所使用的PLC进行选择。一般西门子的PLC采用共阴极接线方式，三菱的PLC采用共阳极的接线方式。（3）细分是步进驱动器的一个重要性能，可以通过拨码开关进行设置。细分数越大，每输入一个脉冲，步进电机旋转的角度越小。5．课堂小结项目4.1步进控制系统的应用Motion控制--脉冲方式最多同时控制4个轴--可以通过工艺对象组态运动轴--支持电机回零，绝对位置，相对位置--可以通过轴控制面板调试运动轴--可以诊断运动轴S7-1200PLC运动控制根据连接驱动方式的不同，分成PROFIdrive通信控制方式、PTO（脉冲输出）控制方式和模拟量控制方式3种。

小提示模拟量控制方式只能控制伺服电机，不能控制步进电机。项目4.1步进控制系统的应用项目4.1步进控制系统的应用项目4.1步进控制系统的应用2024/12/20一、任务导入

轴工艺对象的配置是硬件配置的一部分，“定位轴”（TO_PositioningAxis）用于映射控制器中的物理驱动装置。轴工艺对象是用户程序与驱动的接口，每一个轴都需要添加一个“工艺对象”。本任务通过TIAPortal中的工艺轴组态向导完成运动轴的组态。定位轴与物理驱动器的映射关系项目4.1步进控制系统的应用二、任务实施【设备和工具】

西门子CPU1215CDC/DC/DC的PLC1台、3ND583步进驱动器1个、三相步进电机1台、安装有TIAPortalV15软件的计算机1台、网线1根、行程开关或光电开关若干、《S7-1200可编程控制器系统手册》、通用电工工具1套。S7-1200PLC安装有博途和Startdrive软件的电脑步进驱动器步进电机项目4.1步进控制系统的应用1．硬件电路硬件电路图项目4.1步进控制系统的应用2.硬件组态项目4.1步进控制系统的应用2.硬件组态项目4.1步进控制系统的应用组态“轴”工艺对象的步骤：①添加“轴”工艺对象②组态“轴”工艺对象基本参数-常规③组态“轴”工艺对象基本参数-驱动器④组态“轴”工艺对象扩展参数-机械⑤组态轴工艺对象扩展参数-位置限制⑥组态轴工艺对象扩展参数-动态组态轴工艺对象扩展参数-回原点3.组态轴工艺对象项目4.1步进控制系统的应用组态轴工艺对象在博途软件上讲解，参考视频链接：/web/shareVideo/index.action?id=1180622&ajax=1项目4.1步进控制系统的应用3.组态轴工艺对象●组态轴工艺对象扩展参数——位置限制

位置限制参数是用来设置软/硬限位开关的，不管轴在运动时碰到软限位或是硬限位，轴都将停止运行并报错。硬限位开关和软限位开关用于限制定位轴工艺对象的“最大行进范围”和“工作范围”。项目4.1步进控制系统的应用3.组态轴工艺对象●组态轴工艺对象扩展参数——位置限制项目4.1步进控制系统的应用3.组态轴工艺对象●组态轴工艺对象扩展参数——回原点

通过回原点，可使工艺对象的位置与驱动器的实际物理位置相匹配。为显示工艺对象的正确位置或进行绝对定位时，都需要回原点操作。回原点参数分成“主动”和“被动”两部分。

“主动”就是传统意义上的回原点或是寻找参考点。运动控制指令“MC_Home”的输入参数“mode”=3时，会启动主动回原点操作，此时轴就会按照组态的速度去寻找原点开关信号，并完成回原点命令。项目4.1步进控制系统的应用3.组态轴工艺对象●组态轴工艺对象扩展参数——回原点项目4.1步进控制系统的应用3.组态轴工艺对象注意：（1）在对轴工艺对象进行组态时，其原点开关、上下限开关与硬件接线图中的要一致；（2）组态轴工艺对象的机械扩展参数时，电机每转的脉冲数和电机每转的负载位移一定要与实际设备一致。项目4.1步进控制系统的应用一、任务导入二、任务实施【设备和工具】

西门子CPU1215CDC/DC/DC的PLC1台、3ND583步进驱动器1个、三相步进电机1台、安装有TIAPortalV15软件的计算机1台、网线1根、行程开关或光电开关若干、《S7-1200可编程控制器系统手册》、通用电工工具1套。S7-1200PLC安装有博途和Startdrive软件的电脑步进驱动器步进电机项目4.1步进控制系统的应用项目4.1步进控制系统的应用1．调试工艺“轴”项目4.1步进控制系统的应用（1）点动控制点动控制项目4.1步进控制系统的应用（2）定位控制绝对定位项目4.1步进控制系统的应用（3）回原点控制回原点项目4.1步进控制系统的应用2.诊断工艺“轴”轴的诊断面板项目4.1步进控制系统的应用一、任务导入机械手控制示意图

二、任务实施【训练设备和工具】安装有博途软件的电脑

西门子CPU1215CDC/DC/DC的PLC1台、3ND583步进驱动器1个、三相步进电机1台、安装有TIAPortalV15软件的计算机1台、网线1根、行程开关或光电开关、电阻若干、《S7-1200可编程控制器系统手册》、通用电工工具1套。CPU1215CDC/DC/DC步进驱动器步进电机项目4.1步进控制系统的应用1.硬件电路单轴机械手控制系统接线图项目4.1步进控制系统的应用细分设置表1.硬件电路项目4.1步进控制系统的应用2．程序设计项目4.1步进控制系统的应用项目4.1步进控制系统的应用程序设计及调试运行的参考视频链接：/web/shareVideo/index.action?id=1180618&ajax=12．程序设计具体程序请参考教材或人邮教育社区教材配套资源下载源程序项目4.1步进控制系统的应用项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用

伺服电机是将输入的电压信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出，以驱动控制对象，改变控制电压可以改变伺服电机的转向和转速。在自动控制系统中，伺服电机用作执行元件，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。伺服电机通常用于速度控制和位置控制中。1.课堂导入项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用2.伺服电机的分类按使用的电源性质直流伺服电机交流伺服电机有刷直流电机无刷直流电机按工作原理交流感应异步电机交流永磁同步电机项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用3.伺服电机的铭牌和外部结构低惯量伺服电机（200V）

高惯量伺服电机（400V）

西门子SIMOTICSS-1FL6伺服电机是交流永磁同步电机。它分为低惯量伺服电机（200V）和高惯量伺服电机（400V）两种类型。项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用伺服电机的铭牌项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用3.伺服电机的铭牌和外部结构低惯量电机低惯量电机更高动态性能•8个功率级别•紧凑设计，更小的安装空间•高动态性能，更快的加减速，更短的周期时间•最大速度高达5000rpm•编码器类型:•增量编码器TTL2500ppr•21位单圈绝对值编码器项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用3.伺服电机的铭牌和外部结构高惯量电机高惯量电机更平稳运行性能•11个功率级别•可靠性设计，可适合恶劣环境•更高的转矩精度和极低的速度波动•最大速度高达4000rpm•编码器类型:•增量编码器TTL2500ppr•20位+4096圈绝对值编码器项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用3.伺服电机的铭牌和外部结构编码器编码器电缆电机抱闸电缆电机动力电缆项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用3.伺服电机的铭牌和外部结构SIMOTICSS-1FL6伺服电机可选用增量式编码器和绝对值编码器。编码器

安装在电机后端，其转盘（光栅）与电机同轴。增量式编码器不具有断电保持功能，每次驱动器上电后都需要重新回原点。

绝对值编码器由轴的机械位置确定编码，掉电可保持位置（无需电池。绝对值编码器只需要进行一次编码器校准即可，以后断电再上电时不需要重新回原点。项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用3.伺服电机的铭牌和外部结构4.伺服电机的内部结构及工作原理定子转子编码器前端盖后端盖后轴承前轴承电机动力电缆编码器电缆根据永磁体磁极在转轴中的位置不同，伺服电机可以分为表贴式和内置式两种结构形式。伺服电机的结构项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用rrggbbNS⊙⊙⊙⊕⊕ACBZYX⊕伺服电机内部结构示意图伺服电机工作原理示意图项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用4.伺服电机的内部结构及工作原理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。项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用4.伺服电机的内部结构及工作原理（1）高性能的伺服系统大多采用交流永磁同步伺服电机。（2）西门子伺服电机分为200V的低惯量伺服电机和400V的高惯量伺服电机两种类型。（3）伺服电机的尾部都带有编码器，主要测量电机的实际位置和速度。5.课堂小结项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用

以物体的位置、速度、转矩等作为控制量，以跟踪输入给定信号的任意变化为目的而构建的自动闭环负反馈控制系统，称为伺服控制系统（Servo-ControlSystem）。1.课堂导入伺服控制系统组成原理图项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用

伺服驱动器又称伺服功率放大器。其作用是把控制器送来的信号进行功率放大，用于驱动电机运转，根据控制命令和反馈信号对电机进行连续位置、速度或转矩控制。伺服控制系统组成原理图1.课堂导入项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用20十二月20242.伺服驱动器的控制方式

伺服驱动器主要有3种控制方式，分别是位置控制方式、速度控制方式和转矩控制方式。伺服驱动器的工作原理示意图项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用◆性能优异：一键优化及实时优化；支持不同的编码器类型。◆高性价比集成多种控制模式；全功率驱动内置制动电阻；集成抱闸继电器（400V型）。◆易于使用与控制系统的连接简单；易用的V-Assistant调试软件；通用SD卡参数复制。◆运行可靠支持220V/400V两种供电方式；电机防护等级IP65；集成STO安全功能。3.V90伺服驱动器的分类项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用

根据控制方式的不同，SINAMICSV90伺服驱动器分为脉冲序列（PTI，PulseTrainInput）和PROFINET通信（PN）两个版本，适用于不同的应用场合。脉冲序列版本（PTI）PROFINET版本（PN）3.V90伺服驱动器的分类项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用控制接口：•脉冲输入（PTI）•模拟量输入输出•编码器脉冲输出（PTO）•10个数字量输入/6个数字量输出•电机抱闸信号（仅限200V）I/O接口：•--•--•--•4个数字量输入/2个数字量输出•电机抱闸信号（仅限200V）RS485接口：用于通过ModbusRTU/USS与PLC通信脉冲序列版本（PTI）PROFINET版本（PN）两个RJ45连接器：用于与PLC进行PROFINET通信3.V90伺服驱动器的分类项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用

根据工作电源的不同，SINAMICSV90伺服驱动器可分为200V伺服驱动器和400V伺服驱动器两种。3.V90伺服驱动器的分类项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用SINAMICSV90伺服系统1/3AC200…240V低惯量（LI）更加高动态应用3.V90伺服驱动器的分类项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用SINAMICSV90伺服系统3AC380…480V高惯量（HI）更加平稳运行应用3、V90伺服驱动器的分类3.V90伺服驱动器的分类项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用4.V90伺服驱动器的外部结构脉冲序列版本（PTI）•RS485接口，用于通过MODBUSRTU/USS与PLC通信PROFINET版本（PN）•2个RJ45连接器，用于与PLC进行PROFINET通信状态指示灯•RDY指示驱动就绪/报警

•COM指示通信状态操作面板

•6位7段显示屏

•5个操作按钮电源和电机连接器

•L1、L2、L3接电源•U、V、W接电机制动电阻连接器

•在DCP和R1之间连接一个外部的制动电阻屏蔽板

•更好的EMC防护，更好的电缆固定X4：迷你USB接口•用于连接安装了配置工具的计算机SD卡插槽•复制参数X6：24V电源/STO连接器X7：电机抱闸

连接器（仅用于V90

400V驱动）X8：控制/状态接口脉冲序列版本•50芯•脉冲输入•编码器仿真脉冲输出•DI/DO，AI/AO•电机抱闸

(仅用于V90200V驱动)PROFINET版本•20芯•DI/DO•电机抱闸

(仅用于V90

200V驱动）X9：编码器接口项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用5.V90伺服驱动系统连接⑨迷你USB电缆⑱抱闸电缆①SINAMICSV90伺服驱动器

②熔断器/E型组合电机控制器③

滤波器（选件）④24V直流电源（选件）⑤外部制动电阻⑥外部抱闸继电器（第三方设备）⑦SIMOTICSS-1FL6伺服电机⑧串行电缆（RS485）⑩微型SD卡⑪上位机⑫I/O电缆（50针，1m）

⑬带终端适配器的I/O

电缆（50针，0.5m）⑭编码器电缆⑮屏蔽板（在V90包装中）⑯卡箍（在电机动力电缆上）⑰电机动力电缆项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用（1）V90伺服驱动器有脉冲序列PTI版和PN通信版两种类型。（2）PTI版的V90集成有RS-485通信接口，实现ModbusRTU/USS通信，其I/O接口有50引脚；（3）PN版的V90集成有PROFINET通信接口，实现PROFINET通信，其I/O接口有20引脚。6.课堂小结项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用1．V90PTI版伺服驱动器的控制模式项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用1．V90PTI版伺服驱动器的控制模式项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用1．V90PTI版伺服驱动器的控制模式项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用2．外部脉冲位置控制模式的接线

小提示两个通道不能同时使用，只能有一个通道被激活。24V单端PTI为V90伺服驱动器的出厂设置。如果选择使用5V高速差分PTI（RS-485），则必须将参数p29014的值由1改为0。

小提示图中，EMGS、CWL、CCWL必须接入常闭触点，不可以接入常开触点，否则伺服驱动器停止运行。项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用1．V90PTI版伺服驱动器的引脚项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用2．输入/输出引脚的接线（1）数字量输入的接线V90伺服驱动器的数字量输入引脚内部采用双向光电耦合器，因此数字量输入支持PNP和NPN两种接线方式。伺服驱动器数字量输入的接线方式项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用（2）数字量输出的接线2．输入/输出引脚的接线项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用3．V90PTI版伺服驱动器数字量输入/输出引脚的功能（1）数字量输入（DI）引脚功能项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用（2）数字量输出（DO）引脚功能项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用1．V90PTI版伺服驱动器速度控制接线图V90PTI版伺服驱动器速度控制模式的默认接线方式如图所示。从图中可以看出，速度的控制方式有两种，一种是通过AI1通道（19、20引脚）实现的外部模拟量速度设定值的速度控制，另一种是通过速度选择端SPD1、SPD2、SPD3（默认接线方式没有此引脚）实现的带内部速度设定值的速度控制。AI2通道通过电位器实现扭矩限制。项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用2．V90PTI版伺服驱动器速度控制方式（1）外部模拟量速度设定值的控制方式

模拟量输入1的模拟量电压用作速度设定值，此种方法需要将电位器接在AN1通道的19、20引脚上，将正反转启动开关接在CWE和CCWE引脚上，将CWL、CCWL和EMGS接常闭触点。首先闭合SON常开触点，接着闭合正转启动开关CWE或反转启动开关CCWE，伺服电机开始运行。此时调节电位器的大小，就可以调节加在19和20引脚之间的电压，从而调节伺服电机的速度。项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用（2）内部速度设定值的控制方式将伺服驱动器的数字量输入引脚10、11、12设置为SPD1（速度设定值选择1）、SPD2（速度设定值选择2）及SPD3（速度设定值选择3）的功能，即将参数p29306[2]、p29307[2]、p29308[2]的值设置为15（SPD1）、16（SPD2）、17（SPD3），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个速度在p1001～p1007中设置）控制。项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用（2）内部速度设定值的控制方式一、任务导入可以通过BOP操作面板和V-ASSISTANT软件两种方式调试V90伺服驱动器。BOP操作面板

V-ASSISTANT调试软件项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用一、任务导入SINAMICSV-ASSISTANT调试软件与V90的连接方式可以通过BOP操作面板和V-ASSISTANT软件两种方式调试V90伺服驱动器。项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用二、任务实施【训练工具和设备】

安装有V-ASSISTANT调试软件的计算机1台、V90PTI版伺服驱动器1台、SIMOTICSS-1FL6伺服电机1台、《SINAMICSV90SINAMICSV-ASSISTANT在线帮助设备手册》。安装有博途软件和V-ASSISTANT软件的计算机V90PTI版伺服驱动器伺服电机项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用注意：（1）参数设置完毕之后一定要让伺服驱动器断电重启，一些参数才能生效；（2）使用JOG点动功能调试完伺服电机之后，一定要取消伺服使能，才能释放主控权，外部端子使能控制才起作用。项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用SINAMICSV-ASSISTANT调试软件的使用建议在软件上讲解，参考视频链接：/web/shareVideo/index.action?id=1180613&ajax=1一、任务导入输送站位置控制示意图

图示为输送站位置控制示意图，伺服电机通过与电机同轴的丝杠带动机械手移动。要求具有手动控制和自动控制两种工作方式。项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用

手动控制工作方式：按下手动后退按钮，机械手右移；按下手动前进按钮，机械手左移。

自动控制工作方式：按下启动按钮，若未确定原点则机械手先进行回原点操作，原点确定后，机械手以20mm/s的速度从原点位置向前移动30mm到达供料站抓取工件，停3s；然后以25mm/s的速度继续向前移动40mm到达分拣站将工件放下，停5s；再以30mm/s的速度返回原点位置后停止运行。一、任务导入项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用二、任务实施【训练工具、材料和设备】

西门子CPU1215CDC/DC/DC的PLC1台，安装有TIAPortalV15软件和V-ASSISTANT调试软件的计算机1台、SINAMICSV90PTI版伺服驱动器1台、SIMOTICSS-1FL6伺服电机1台、MOTION-CONNECT300伺服电机的动力电缆1根、MOTION-CONNECT300编码器信号电缆1根、X8控制/设定值电缆1根、按钮、指示灯和行程开关若干、网线1根，通用电工工具1套、《SINAMICSV90SINAMICSV-ASSISTANT在线帮助设备手册》。安装有博途软件和V-ASSISTANT软件的电脑CPU1215CDC/DC/DCV90PTI版伺服驱动器伺服电机项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用1.硬件电路输送站位置控制I/O分配表输入输出输入继电器输入元件作用输出继电器伺服引脚（输出元件）作用I0.1SB1复位按钮Q0.236伺服脉冲信号I0.2RDY伺服准备就绪Q0.338伺服方向信号I0.3SB2手动前进Q0.45（SON）伺服使能I0.4SB3手动后退Q0.56（RESET）伺服复位I0.5SQ1丝杠原点Q0.6HL1到达供料站指示灯I0.6SQ2丝杠上限Q0.7HL2到达加工站指示灯I0.7SQ3丝杠下限

I1.0SB4停止

I1.1SB5手动回原点

I1.2SB6启动

I1.4SA手/自动切换开关

项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用输送站位置控制接线图项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用1.硬件电路2.参数设置项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用3.组态运动轴工艺对象TO项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用组态轴工艺对象TO的参考视频链接：/web/shareVideo/index.action?id=1180617&ajax=1注意：（1）在对轴工艺对象进行组态时，丝杠原点、丝杆上限、丝杆下限开关要与硬件接线图中的I0.5、I0.6和I0.7一致；（2）伺服驱动器的5、6、7、8引脚的功能要根据控制要求正确分配。（3）伺服电机每转的脉冲数和电机每转的负载位移一定要与实际设备一致。具体程序请参考教材或人邮教育社区教材配套资源下载源程序项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用4．编写程序在博途软件上讲解程序编写，输送站定位控制编程与调试的参考视频链接：/web/shareVideo/index.action?id=1180831&ajax=1注意：（1）编写输送站定位控制程序时，将手动程序和自动程序用FC块编写，使程序整体结构清晰、易懂；（2）自动程序采用顺序功能图编写，用M点作为每一步对应的状态位，当满足置位条件时，激活对应步的状态位M点，同时复位上一步的状态位。项目4.2V90PTI伺服控制系统的应用项目4.3V90PN伺服控制系统的应用

V90PN的伺服驱动器通过PROFINET网络，使用PROFIdrive行规对伺服电机进行控制，支持过程数据及诊断数据的传输。SINAMICSV90可与西门子S7-200SMART、S7-1200及其它支持脉冲串输出或PROFINET的PLC配合完成伺服驱动系统的控制。1.课堂导入项目4.3V90PN伺服控制系统的应用V90PN版伺服驱动器连接PLC运动控制有两种不同的形式，分别是中央控制和分布控制。2.控制模式V90PN伺服驱动器的控制模式速度控制（S）模式基本定位器控制（EPOS）模式项目4.3V90PN伺服控制系统的应用V90PN版伺服驱动器连接PLC运动控制有两种不同的形式，分别是中央控制和分布控制。2.控制模式V90PN版伺服驱动器的控制方式示意图项目4.3V90PN伺服控制系统的应用

通过PROFIdrive报文，SIMATIC（PLC）可向SINAMICS（驱动器）发送控制字、设定值等命令，同时SINAMICS将驱动的状态字和实际值等信息传送到SIMATIC，从而实现PLC对伺服驱动器的闭环控制。3.常用报文PLC与伺服驱动器的通信示意图项目4.3V90PN伺服控制系统的应用项目4.3V90PN伺服控制系统的应用3.常用报文PROFINET提供PROFINETIORT（实时）和PROFINETIOIRT（等时实时）两种实时通信方式。西门子PLC可以通过PROFINETRT或IRT通信控制

V90PN版伺服驱动器，当使用IRT时最短通信循环周期为2ms。目前，S7-1200PLC只支持RT通信，主要用于通用运动控制，S7-1500PLC支持IRT通信，主要用于高动态响应运动控制。项目4.3V90PN伺服控制系统的应用3.常用报文PLC控制器和驱动装置/编码器之间通过各种PROFIdrive报文进行通信，每个报文都有一个标准的PZD结构，标准报文3如图所示。项目4.3V90PN伺服控制系统的应用3.常用报文项目4.3V90PN伺服控制系统的应用3．S7-1200PLC对V90PN版伺服驱动器进行位置控制的方法S7-1200系列PLC通过PROFINET与V90PN版伺服驱动器搭配进行位置控制，实现的方法主要有以下3种。（1）通过工艺对象TO

将控制模式选择为“速度控制（S）”，通过PLCOpen标准程序块进行编程，这种控制方式属于中央控制方式。通过工艺对象TO最多控制8台V90PN版伺服驱动器。（2）通过FB284（SINA_POS）功能块将控制模式选择为“基本定位器控制（EPOS）”并使用西门子报文111，功能块FB284可实现基本定位控制，这种控制方式属于分布控制方式，最多控制16台V90PN版伺服驱动器。（3）通过FB38002（Easy_SINA_Pos）功能块V90PN版伺服驱动器使用西门子报文111，此功能块是FB284功能块的简化版，功能比FB284少一些，但是使用更加简便。V90PN版伺服驱动器实现速度控制（S）和基本定位器控制（EPOS）的方法通常有两种，一种是通过组态工艺对象功能TO，然后通过motioncontrol指令编程实现控制；另一种是直接利用FB285（速度控制）和FB284（位置控制）程序功能块编程实现。4．课堂小结项目4.3V90PN伺服控制系统的应用1．S7-1200PLC对V90PN版伺服驱动器进行速度控制的方法S7-1200系列PLC可以通过PROFINET与V90PN版伺服驱动器搭配进行速度控制，1台S7-1200PLC可以对16个V90PN版伺服驱动器进行速度控制。PLC进行启停和速度给定，速度控制计算在V90PN版伺服驱动器中，实现的方法主要有以下两种。（1）使用FB285“SINA_SPEED”：V90PN版伺服驱动器使用标准报文1，PLC通过FB285（SINA_SPEED）功能块对V90PN版伺服驱动器进行速度控制，这种方式不需要PLC组态工艺对象TO，PLC的运算负担较小。（2）使用I/O地址直接控制：不使用任何专用程序块，利用报文的控制字和状态字通过编程进行控制，V90PN版伺服驱动器使用标准报文1，使用这种方式需要对报文结构比较熟悉。项目4.3V90PN伺服控制系统的应用2．FB285功能块FB285功能块EnableAxis：使能轴SpeedSp：速度设定RefSpeed：参考速度ConfigAxis：组态控制字HWIDSTW：硬件标识符/I/O地址HWID