伺服案例1-相对位置控制模式.ppt

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？什么是命令脉冲？什么是电子齿轮比？什么是偏差计数器？什么是数什么是数/模转换器？什么是反馈脉冲？模转换器？什么是反馈脉冲？什么是命令脉冲？什么是命令脉冲？命令脉冲由上位机（本例即命令脉冲由上位机（本例即PLC）发出的脉冲串。）发出的脉冲串。相对位置指令相对位置指令DDRVI可以由可以由Y0或或Y1口输出指定数量指定频率的脉冲串。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？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。个脉冲。什么是电子齿轮比？什么是电子齿轮比？电子齿轮比会放大电子齿轮比会放大PLC的脉冲。的脉冲。由下图所知：当电子齿轮比为由下图所知：当电子齿轮比为1时，要想电机转动一周时，要想电机转动一周PLC要发送要发送131072个脉冲。因为个脉冲。因为PLC发发送送131072个脉冲后，当编码器反馈个脉冲后，当编码器反馈131072个脉冲后偏差计数器中的值为个脉冲后偏差计数器中的值为0，马达停止。，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？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电子齿轮比设定原因1电子齿轮比设定原因电子齿轮比设定原因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1500um。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：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 21845.3/375四舍五入结果：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？什么是数模转换器？将偏差计数器中的数字脉冲量进行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调节，变成三相旋转高频交流电驱动电机运转。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？什么是偏差计数器？做做PID控制，保证控制，保证PLC的命令脉冲数与电机执行脉冲数完全一致。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 ALM4_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，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号参数号参数 00003、4号参数号参数 32768 37521号参数号参数 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v每圈5mm v900mm/5=电机要走的圈数180v每圈1000个脉冲v180圈*1000脉冲=180000