现代电气控制系统课件任务6实现伺服电机的PLC控制L.pptx
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1、任务任务6 6 实现伺服电机的实现伺服电机的PLCPLC控制控制任务任务6 6 实现伺服电机的实现伺服电机的PLCPLC控制控制l 了解伺服电动机的工作原理;l 了解伺服电动机的控制方式;l 熟悉伺服驱动器的接线方法;l 熟悉编码器的工作原理及使用;l 掌握伺服电动机速度和位移的控制算法。学习目标知识目标能力目标l 会设置伺服驱动器,安装伺服电动机;l 能绘制伺服驱动器与PLC、伺服电动机之间的接线图;l 会连接PLC、伺服驱动器、伺服电动机之间的接线;l 能用PLC控制伺服电动机实现精确移位控制。2022年11月17日2现代电气控制系统教材编写组6.1.1 伺服电动机概述6.1.1 伺服电动
2、机概述伺服电动机功能用途1交流伺服电动机2内容提要PRECIS2022年11月17日4现代电气控制系统教材编写组1.伺服电动机功能用途伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度,驱动控制对象。通过改变控制电信号的大小和极性,可改变电动机的转速大小和转向。伺服电动机可控性好,反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。可用于中高档数控机床的主轴驱动和速度进给伺服系统,工业用机器人的关节驱动伺服系统,火炮、机载雷达等伺服系统。2022年11月17日5现代电气控制系统教材编写组1.伺服电动机功能用途伺服系统对伺服电动机的要求。1)无“自转”现象
3、。即要求控制电动机在有控制信号时迅速转动,而当控制信号消失时必须立即停止转动。2)空载始动电压低。电动机空载时,转子从静止到连续转动的最小控制电压称为始动电压。始动电压越小,电动机的灵敏度越高。3)机械特性和调节特性的线性度好。4)动态响应快:即要求电动机的机电时间常数要小,堵转转矩要大,转动惯量要小,转速能随控制电压的变化而迅速变化。2022年11月17日6现代电气控制系统教材编写组1.伺服电动机功能用途伺服电动机可分为两类:直流伺服电动机。交流伺服电动机。2022年11月17日7现代电气控制系统教材编写组SZ直流伺服电动机42JSF630AS无刷伺服电机深圳杰美康机电GK6040 伺服电机
4、上海登奇机电MSS盘式直流伺服电动机2.交流伺服电动机交流伺服电动机是一种两相的交流电动机。它的结构主要可分为两部分:即定子部分和转子部分。定子上装有空间互差90的两个绕组:励磁绕组和控制绕组,其结构如图6-1所示。2022年11月17日8现代电气控制系统教材编写组1机壳;2外定子;3杯形转子;4内定子;5端盖。非磁性空心杯形转子交流伺服电动机结构图励磁绕组控制绕组杯形转子内定子2.交流伺服电动机定子分外定子铁心和内定子铁心两部分,由硅钢片冲制后叠成。外定子铁心槽中放置空间相距90电角度的两相绕组。内定子铁心中不放绕组,仅作为磁路的一部分,以减小主磁通磁路的磁阻。空心杯形转子由非磁性铝或铝合金
5、制成,放在内、外定子铁心之间,并固定在转轴上。转子的壁很薄,一般在0.3mm左右,因而具有较大的转子电阻和很小的转动惯量。ECMA-C20604RS是台达公司生产的一款电子换向式交流伺服电动机,参数如下:额定电压220V,转速3000rpm,17位光学编码器(160000ppr),电动机框架60mm,额定输出功率400W,无刹车有油封,键槽带螺丝孔位,标准轴径规格。2022年11月17日9现代电气控制系统教材编写组6.1.2 交流伺服电动机的控制6.1.2 交流伺服电动机的控制交流伺服电动机的控制1交流伺服驱动器的作用2台达ASDA-B2伺服驱动器3内容提要PRECIS2022年11月17日1
6、1现代电气控制系统教材编写组伺服驱动系统的接地41.交流伺服电动机的控制交流伺服电动机的控制原理如图6-2所示。励磁绕组接至电压恒为 的交流电源,控制绕组输入控制电压 ,两者频率相同,如图6-2所示。2022年11月17日12现代电气控制系统教材编写组1U2U1.交流伺服电动机的控制当电动机起动时,若控制电压 =0,相当于定子单相通电,气隙中只有脉振磁动势,无起动转矩,转子不会转起来;若 0,且 与 不同相,定子两相绕组则通以两相交流电,气隙中就产生旋转磁场,转子就会按控制信号要求旋转。转子绕组电阻很大,使得临界转差率Sm=1,合成电磁转矩T0,成为制动转矩,当=0,转子转速下降,并迅速在n=
7、0时停下来。2022年11月17日13现代电气控制系统教材编写组1U2U2U2U2U012n/(r/min)ST/(N.m)T+T-2.交流伺服驱动器的作用伺服驱动器(Servo Drives)是用来控制伺服电动机的一种控制器,是现代运动控制的重要组成部分。主要应用于工业机器人及数控加工中心等需要高精度定位的自动化设备中。目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心,可以实现比较复杂的控制算法,实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块(IPM)为核心设计的驱动电路。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流,得到相应的直流电。再通过三
8、相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电动机。伺服电动机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺服电动机的精度决定于编码器的精度(线数)。2022年11月17日14现代电气控制系统教材编写组3.台达ASDA-B2伺服驱动器ASDA-B2系列伺服驱动器,外观如图6-3所示。利用精密的反馈控制及结合高速运算能力的数字信号处理器(DSP),控制IGBT产生精确的电流输出,用来驱动三相永磁式同步交流伺服电动机(PMSM)达到精确定位。2022年
9、11月17日15现代电气控制系统教材编写组1)电源指示灯。2)控制回路电源。3)主控回路电源。4)伺服电动机输出。5)内外部回生电阻。6)显示部分。7)操作部分。8)控制连接器。9)编码器连接器。10)RS-485&RS-422连接器。11)散热座。12)接地端。3.台达ASDA-B2伺服驱动器(1)伺服驱动器各部分功能1)电源指示灯。若指示灯亮,表示此时P_BUS尚有高电压。2)控制回路电源。L1C、L2C供给单相100230VAC,50/60Hz电源。3)主控回路电源。R、S、T连接在商用电源AC200230V,50/60Hz。4)伺服电动机输出。与电动机电源接头U、V、W连接,不可与主回
10、路电源连接。5)内外部回生电阻。使用外部回生电阻时,P、C端接电阻,P、D端开路。使用内部回生电阻时,P、C端开路,P、D端需短路。750W及以上才有内建再生电阻,400W及以下则无内建。6)显示部分。5位数LED显示伺服状态或异警。2022年11月17日16现代电气控制系统教材编写组3.台达ASDA-B2伺服驱动器(1)伺服驱动器各部分功能7)操作部分。操作状态有功能、参数、监控的设定。MODE:模式的状态输入设定。SHIFT:左移键。UP:显示部分的内容加1。DOWN:显示部分的内容减1。SET:确认设定键。8)控制连接器。与PLC或者控制I/O连接。2022年11月17日17现代电气控制
11、系统教材编写组3.台达ASDA-B2伺服驱动器(1)伺服驱动器各部分功能9)编码器连接器。用以连接伺服电动机检测器(Encoder)。10)RS-485&RS-422连接器。与个人电脑或控制器连接。11)散热座。固定伺服器及散热之用。12)接地端。2022年11月17日18现代电气控制系统教材编写组3.台达ASDA-B2伺服驱动器(2)伺服驱动器操作模式简介,见表6-1。2022年11月17日19现代电气控制系统教材编写组模式名称模式名称模式代码模式代码模式码模式码说明说明单一模式位置模式(端子输入)PtPt00驱动器接受位置命令,控制电动机至目标位置。位置命令由端子输入,信号形态为脉冲。位置
12、模式(内部寄存器输入)PrPr01驱动器接受位置命令,控制电动机至目标位置。位置命令由内部寄存器提供(共八组寄存器),可利用DI信号选择寄存器编号。速度模式S S02驱动器接受速度命令,控制电动机至目标转速。速度命令可由内部寄存器提供(共三组寄存器),或由外部端子输入仿真电压(-10V+10V)。命令的选择是根据DI信号来选择。速度模式(无模拟输入)SzSz04驱动器接受速度命令,控制电动机至目标转速。速度命令仅可由内部寄存器提供(共三组寄存器),无法由外部端子提供。命令的选择是根据DI信号来选择。转矩模式T T03驱动器接受转矩命令,控制电动机至目标转矩。转矩命令可由内部寄存器提供(共三组寄
13、存器),或由外部端子输入模拟电压(-10V+10V)。命令的选择是根据DI信号来选择。转矩模式(无模拟输入)TzTz05驱动器接受转矩命令,控制电动机至目标转矩。转矩命令仅可由内部寄存器提供(共三组寄存器),无法由外部端子提供。命令的选择是根据DI信号来选择。混合模式S-PtS-Pt06S与Pt可通过DI信号切换。T-PtT-Pt07T与Pt可通过DI信号切换。S-TS-T10S与T可通过DI信号切换。3.台达ASDA-B2伺服驱动器(3)伺服驱动器面板各部分名称。ASD-B2伺服驱动器的参数共有187个,P0-xx,P1-xx,P2-xx,P3-xx,P4-xx,可以在驱动器上的面板上进行设
14、置,面板各部分名称如图6-4所示,各个按钮的说明如下。2022年11月17日20现代电气控制系统教材编写组电源指示灯MODE键显示器SHIFT键SET键UP/DOWN键1)显示器。五组七段显示器用于显示监控值、参数值及设定值。2)电源指示灯。主电源回路电容量的充电显示。3)MODE键。进入参数模式或者脱离参数模式及设定模式。4)SHIFT键。参数模式下可改变群组码。设定模式下闪烁字符左移可用于修正较高的设定字符值。5)UP键。变更监控码、参数码或设定值。6)DOWN键。变更监控码、参数码或设定值。7)SET键。显示及储存设定值。3.台达ASDA-B2伺服驱动器(4)参数设定流程1)驱动器电源接
15、通时,显示器会先持续显示监控显示符号约一秒钟。然后才进入监控模式。2)按MODE键可切换“参数模式”“监视模式”“异常模式”,若无异常发生则略过异常模式。3)在监控模式下,若按下“UP”或“DOWN”键可切换监控参数。此时监控显示符号会持续显示约一秒钟。4)在监控模式下,若按下“MODE”键可进入参数模式。按下“SHIFT”键时可切换群组码。UP/DOWN键可变更后二字符参数码。5)在参数模式下,按下“SET”键,系统立即进入设定模式。显示器同时会显示此参数对应的设定值。此时可利用UP/DOWN键修改参数值或按下“MODE”键脱离设定模式并回到参数模式。6)在设定模式下,可按下“SHIFT”键
16、使闪烁字符左移,再利用UP/DOWN快速修正较高的设定字符值。7)设定值修正完毕后按下“SET”键,即可进行参数储存或执行命令。8)完成参数设定后显示器会显示结束代码-END-,并自动回复到监控模式。2022年11月17日21现代电气控制系统教材编写组3.台达ASDA-B2伺服驱动器(5)空载JOG操作JOG寸动方式来试运行电动机及驱动器,不需要接额外控制线。寸动速度建议在低速下进行。设定参数P2-30辅助机能设为1,软件强制伺服起动。设定参数P4-05为寸动速度,进入参数模式P4-05后,可依下列设定方式进行寸动操作模式,如图6-5所示。2022年11月17日22现代电气控制系统教材编写组3
17、.台达ASDA-B2伺服驱动器(6)部分参数说明2022年11月17日23现代电气控制系统教材编写组参数编号参数编号参数名称参数名称数值数值功能说明功能说明P0-02LED初始状态0001020304050607电动机反馈脉冲数(电子齿轮比之后)脉冲指令输入脉冲数(电子齿轮比之后)控制指令脉冲与反馈脉冲误差数电动机反馈脉冲数(编码器单位)脉冲指令输入脉冲数(电子齿轮比之前)(编码器单位)误差脉冲数(电子齿轮之后)(编码器单位)脉冲指令输入频率Kpps电动机转速r/minP1-00外部脉冲列指令输入形式设定012AB相脉冲列正转脉冲列及逆转脉冲列脉冲列+符号P1-01控制模式及控制命令输入源设定
18、0001位置模式(端子输入)位置模式(内部寄存器输入)其余模式见表6-13.台达ASDA-B2伺服驱动器(6)部分参数说明2022年11月17日24现代电气控制系统教材编写组参数编号参数编号参数名称参数名称数值数值功能说明功能说明P1-44电子齿轮比分子(N)1指令脉冲输入比值设定指令脉冲输入比值范围:1/50N/M200P1-45电子齿轮比分母(M)1P2-00位置控制比例增益35位置控制增益值加大时,可提升位置应答性及缩小位置控制误差量。但若设定太大时易产生振动及噪音。设定范围:02047P2-02位置控制前馈增益50位置控制指令平滑变动时,增益值加大可改善位置跟随误差量。若位置控制指令不
19、平滑变动时,降低增益值可降低机构的运行振动现象。设定范围:0100P2-08特殊参数输入102022406400参数复位(复位后请重新投入电源)P4-10可写入P4-11P4-19可写入开启强制DO模式在开启强制DO模式下,可立即切换回正常DO模式3.台达ASDA-B2伺服驱动器(6)部分参数说明1)电子齿轮。电子齿轮是指令脉冲当量与电动机编码器反馈当量的比值。电子齿轮提供简单易用的行程比例变更,通常大的电子齿轮比会导致位置指令步阶化,可透过低通滤波器将其平滑化来改善此一现象。假设电子齿轮比等于1时,指令端每1个脉冲所对应的电动机转动脉冲为1个脉冲;那么电子齿轮比等于0.5时,指令端每二个脉冲
20、所对应的电动机转动脉冲为1个脉冲。2022年11月17日25现代电气控制系统教材编写组3.台达ASDA-B2伺服驱动器(6)部分参数说明1)电子齿轮。例如:如图6-6所示丝杠系统,编码器线数2500PPR,丝杆螺距PB=3mm。使用电子齿轮和不使用两种情况下,每个脉冲对应工作物的移动距离计算如下。2500线的编码器,用上A/B两相的四倍频,分辨率实际是R=42500=10000PPR。2022年11月17日26现代电气控制系统教材编写组3.台达ASDA-B2伺服驱动器(6)部分参数说明例如:如图6-6所示丝杠系统。PB=3mm。2500线的编码器,用上A/B两相的四倍频,分辨率实际是R=425
21、00=10000PPR。未使用电子齿轮时,即电子齿轮比为1,每一个脉冲对应工作物移动的距离s1为:使用电子齿轮时,即电子齿轮比为 ,每一个脉冲对物应工作勿移动的距离s2为:显然,经过适当的电子齿轮比设定后,工作物移动量为1m/pulse,变得容易使用。2022年11月17日27现代电气控制系统教材编写组m10000300025004100031RPsBm125004100032MNMNRPsB300010000MN3.台达ASDA-B2伺服驱动器(6)部分参数说明2)位置闭合回路系统。位置控制模式被应用于精密定位的场合,例如产业机械,具有方向性的指令脉冲输入可经由外界来的脉冲来操纵电动机的转动
22、角度。在位置闭合回路系统中,以速度模式为主体,外部增加增益型式位置控制器及前置补偿,如图6-7所示。2022年11月17日28现代电气控制系统教材编写组3.台达ASDA-B2伺服驱动器(7)伺服驱动器的接线1)驱动器的连接器与端子说明,见表6-3。2022年11月17日29现代电气控制系统教材编写组端子号端子号名称名称说明说明L1C、L2C控制回路电源输入端连接单相交流电源。(根据产品型号,选择适当的电压规格)R、S、T主回路电源输入端连接三相交流电源。(根据产品型号,选择适当的电压规格)U、V、W、FG电动机连接线U红伺服电动机主电源电力线V白W黑FG绿连接至驱动器的接地处P+、D、C、-回
23、生电阻端子或刹车单元或P+、-接点使用内部电阻P+、D端短路,P+、C端开路使用外部电阻电阻接于P+、C端,且P+、D端开路使用外部刹车单元电阻接于于P+、-两端,且P+、D与P+、C开路两处接地端子连接至电源地线及电动机的地线CN1I/O连接器连接上位控制器CN2编码器连接器端子记号、线色和引脚号见图6-8CN3通信端口连接器连接RS-485或RS-232CN4预备接头保留CN5模拟电压输出端子模拟数据监视(输出),MON1,MON2,GND3.台达ASDA-B2伺服驱动器(7)伺服驱动器的接线2)电源接线。伺服驱动器电源接线分为单相与三相两种。单相电源接R、S端子,仅允许用于1.5kW及以
24、下机种。电力线选择请使用600V乙烯树脂电缆,配线长度30m以下。刹车用电源为DC24V,严禁与控制信号电源VDD共用。2022年11月17日30现代电气控制系统教材编写组3.台达ASDA-B2伺服驱动器(7)伺服驱动器的接线3)伺服驱动器标准接线方式。伺服驱动器位置(PT)模式接线如图6-8所示。400W以下无内建回生电阻。速度模式和扭矩模式的标准接线参阅相关手册。CN1不可双电源输入以免烧毁芯片。2022年11月17日31现代电气控制系统教材编写组3.台达ASDA-B2伺服驱动器(7)伺服驱动器的接线4)CN1 I/O连接器引脚布局。驱动器通过CN1连接器与上位控制器交互数据。CN1有44
25、个引脚,包括6组输出及9组输入,差动输出的编码器A+/A-、B+/B-、Z+/Z-信号,以及模拟扭矩指令输入和模拟速度/位置指令输入及脉冲位置指令输入等,各端子功能说明见表6-4。2022年11月17日32现代电气控制系统教材编写组3.台达ASDA-B2伺服驱动器(7)伺服驱动器的接线5)CN2编码器信号接线。CN2连接器的接线端外型与引脚布置图如图6-10所示。2022年11月17日33现代电气控制系统教材编写组3.台达ASDA-B2伺服驱动器(7)伺服驱动器的接线6)电磁刹车。BRKR被设为OFF,代表电磁刹车不作动,电动机呈机械锁死状态。BRKR被设为ON,代表电磁刹车作动,电动机可自由
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