PLC发脉冲给伺服电机不转的解决办法

工程师谭军 发表于 2018-09-13 10:54:24 收藏 已收藏
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PLC发脉冲给伺服电机不转的解决办法

工程师谭军 发表于 2018-09-13 10:54:24

  本文主要是关于伺服电机的相关介绍,并着重对PLC发脉冲给伺服电机不转的解决办法进行了详尽的阐述。

  伺服电机

  伺服电机(servo motor )是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,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。

  PLC发脉冲给伺服电机不转的解决办法

  工作原理

  1、伺服系统(servo mechanism)是使物体的位置、方位、

  状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护不方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

  无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。

  2、交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

  3、伺服电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。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。

  交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别:交流伺服要好一些,因为是正弦波控制,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单,便宜。

  发展历史

  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。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,近年来随着微处理器、新型数字信号处理器(DSP)的应用,出现了数字控制系统,控制部分可完全由软件进行,分别称为直流伺服系统、三相永磁交流伺服系统。

  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松下及安川等公司。

  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,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)。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制,力矩波动由24%降低到7%,并提高了可靠性。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。

  以生产机床数控装置而著名的日本发那科(Fanuc)公司,在20世纪80年代中期也推出了S系列(13个规格)和L系列(5个规格)的永磁交流伺服电动机。L系列有较小的转动惯量和机械时间常数,适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。

  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。

  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。

  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。

  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Servodyn SM系列的驱动控制器。

  美国著名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Gould 电子公司一个分部(Motion Control Division),生产M600系列的交流伺服电动机和A600 系列的伺服驱动器。后合并到AEG,恢复了Gettys名称,推出A700全数字化的交流伺服系统。

  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。

  I.D.(Industrial Drives)是美国著名的科尔摩根(Kollmorgen)的工业驱动分部,曾生产BR-210、BR-310、BR-510 三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列设计的掺鹣盗袛(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Smart Drive(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。

  爱尔兰的Inland原为Kollmorgen在国外的一个分部,现合并到AEG,以生产直流伺服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而闻名。生产BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁交流伺服电动机和八种控制器。

  法国Alsthom集团在巴黎的Parvex工厂生产LC系列(长型)和GC系列(短型)交流伺服电动机共14个规格,并生产AXODYN系列驱动器。

  原苏联为数控机床和机器人伺服控制开发了两个系列的交流伺服电动机。其中ДBy系列采用铁氧体永磁,有两个机座号,每个机座号有3种铁心长度,各有两种绕组数据,共12个规格,连续力矩范围为7~35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁,6个机座号17个规格,力矩范围为0.1~170N.m,配套的是3ДБ型控制器。

  近年日本松下公司推出的全数字型MINAS系列交流伺服系统,其中永磁交流伺服电动机有MSMA系列小惯量型,功率从0.03~5kW,共18种规格;中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系列,功率从0.75~4.5kW,共23种规格,MHMA系列大惯量电动机的功率范围从0.5~5kW,有7种规格。

  韩国三星公司近年开发的全数字永磁交流伺服电动机及驱动系统,其中FAGA交流伺服电动机系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多种型号,功率从15W~5kW。

  现在常采用(Powerrate)这一综合指标作为伺服电动机的品质因数,衡量对比各种交直流伺服电动机和步进电动机的动态响应性能。功率变化率表示电动机连续(额定)力矩和转子转动惯量之比。

  按功率变化率进行计算分析可知,永磁交流伺服电动机技术指标以美国I.D 的Goldline系列为最佳,德国Siemens的IFT5系列次之。

  PLC发脉冲给伺服电机不转的解决办法

  这种情况下电机不转的原因有很多,需要一级一级排查原因。首先要确认的是通过伺服驱动器JOG电机是否会动作,然后再确认伺服的 工作模式/接收脉冲指令型式/接线。

  查看一下脉冲输出端口状态,看看是否真的发送出去了脉冲,也可以在伺服控制器中的监控画面中查看。

  查看伺服是否已经上电使能,也就是伺服是否处于锁定状态,用手拧一下电机轴,如果转不动就对了 转的动说明还未使能。

  看下伺服的脉冲信号端口是否正确,接线是否正确。

  看下参数设置是否正确。按照伺服控制器说明书中的基本调试界面进行设置。

  伺服电机常见问题解决方法

  1、可以改变步进电机控制系统的方向电平信号

  2、可以调整步进电机的接线来改变方向,具体做法如下:

  对于两相步进电机,只需将其中一相的步进电机线交换接入驱动器即可,如A+和A-交换。

  对于三相步进电机,将相邻两相的步进电机线交换,如:A,B,C三相,交换A,B两相就可。

  二,步进电机振动大,噪声也很大,什么原因?

  遇到这种情况是因为步进电机工作在振荡区,解决办法:

  1、改变输入信号频率CP来避开步进电机振荡区。

  2、采用细分步进电机驱动器,使步进电机步距角减少,运行平滑些。

  三,为什么步进电机通电后,马达不运行?

  有以下几种原因会造成步进电机不转:

  1、步进电机过载堵转(此时步进电机有啸叫声)

  2、步进电机是否处于脱机状态

  3、步进电机控制系统是否有脉冲信号给步进电机驱动器,接线是否有问题

  四,步进电机抖动,不能连续运行,怎么办?

  遇到这种情况,首先检查步进电机的绕组与驱动器连接有没有接错

  检查输入步进电机脉冲信号频率是否太高,是否升降频设计不合理。

  五、混合式步进电机驱动器的脱机信号FREE一般在什么情况下使用?

  当脱机信号FREE为低电平时,步进电机驱动器输出到马达的电流被切断,步进电机转子处于自由状态(脱机状态)。在有些自动化设备中,如果在步进电机驱动器不断电的情况下要求直接转动步进电机轴(手动方式),就可以将FREE信号置低,使马达脱机,进行手动操作或调节。手动完成后,再将FREE信号置高,以继续自动控制步进电机。

  六、如何选择步进电机驱动器供电电源?

  确定步进电机驱动器的供电电压,然后确定工作电流;供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。如果采用线性电源,电源电流一般可取I的1.1~1.3倍;如果采用开关电源,电源电流一般可取I 的1.5~2.0倍。

  七、如何选择步进电机驱动器供电电压?

  步进电机驱动器,都是宽压输入,输入电压很大的范围可以选择;电源电压通常根据步进电机的工作转速和响应要求来选择。如果步进电机工作转速较高或响应要求较快,那么电压取值也高,但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压,否则可能损坏驱动器。如果选择较低的电压有利于步进电机的平稳运行,振动小。

  八、细分步进电机驱动器的细分数是否能代表精度?

  细分也叫微步,主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动,提高步进电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。比如对步进角为1.8°的两相混合式步进电机,如果细分步进电机驱动器的细分数设置为4,那么步进电机的运转分辨率为每个脉冲0.45°,步进电机的精度能否达到或接近0.45°,还取决于细分步进电机驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分步进电机驱动器精度可能差别很大;细分数越大精度越难控制。

  九、为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降?

  当步进电机转动时,步进电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,步进电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致步进电机力矩下降。

  结语

  关于伺服电机的相关介绍就到这了,如有不足之处欢迎指正。

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