机电一体化原理及应用第三章

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1、第 三 章 伺 服 驱 动 器的 配 置伺 服 驱 动 器 的配 置 伺 服 驱 动 器 的配 置 、 优 化 及 故 障 诊 断1.伺 服 驱 动 的 配 置2.伺 服 驱 动 器 的 优 化3.伺 服 驱 动 器 的 故 障 诊 断 SIMODRIVE 611： 说 明 n SIMODRIVE 611： 给 您 的 机 械 设 备 带 来 最大 的 生 产 力 和 最 高 的 灵 活 性 ！ n - SIMODRIVE-是 您 的 机 械 设 备 理 想 的 模块 化 柔 性 变 频 驱 动 系 统 n 使 用 SIMODRIVE 611变 频 系 统 ， 可 以 配合 使 用 多 种 不

2、 同 的 驱 动 系 统 ， 并 且 可 以 很容 易 地 对 它 们 进 行 适 配 ， 以 满 足 必 要 的 驱动 性 能 和 机 器 轴 数 。 SIMODRIVE 611： 说 明 n - SIMODRIVE 611是 一 种 模 块 化 晶 体 管 脉 冲 变频 器 ， 可 以 实 现 多 轴 以 及 组 合 驱 动 解 决 方 案 。 基于 其 模 块 化 设 计 ， 使 用 SIMODRIVE， 可 以 提 供 根据 驱 动 任 务 而 量 身 定 做 的 灵 活 而 经 济 的 驱 动 解 决方 案 。 SIMODRIVE 611由 几 个 功 能 模 块 组 成 。 电源

3、馈 电 模 块 可 以 提 供 最 大 120 kW的 总 功 率 。 目 前 ，已 经 有 上 百 万 个 驱 动 器 采 用 了 SIMODRIVE 611系统 进 行 驱 动 控 制 ， 尤 其 是 机 床 行 业 。 SIMODRIVE 611 universal插 入 式 闭 环 控 制 单 元 可 适 用 于 所 有三 相 电 机 ， 为 各 种 应 用 场 合 提 供 理 想 的 驱 动 解 决方 案 ， 包 括 印 刷 、 包 装 、 塑 料 工 业 、 玻 璃 工 业 、陶 瓷 和 石 材 加 工 工 业 中 的 加 工 机 器 ， 以 及 冲 压 机 、材 料 装 卸 、

4、输 送 和 运 输 设 备 。 SIMODRIVE 611： 说 明 n SIMODRIVE 611已 通 过 CE、 EN、 CUL国际 认 证 ， 适 用 于 多 种 输 入 电 压 等 级 ， 全 球通 用 。 n 除 了 传 统 的 速 度 和 转 矩 控 制 等 驱 动 功 能 以外 ， SIMODRIVE 611 universal还 在 标 准 型号 中 提 供 有 集 成 的 定 位 功 能 ， 从 而 减 轻 控制 器 的 负 担 。 在 进 给 程 序 段 编 辑 器 中 ， 每个 轴 可 以 以 纯 文 本 的 方 式 最 多 保 存 64个 独立 的 进 给 程 序 段

5、 。 采 用 用 户 友 好 的 调 试 工具 SimoCom U， 在 调 试 过 程 中 即 可 很 容 易地 进 行 程 序 段 的 输 入 和 保 存 。 SIMODRIVE 611设 计 宗 旨 ： 模 块 化n 可 连 接 全 球 各 种 电 网 - 电 源 电 压 范 围 宽 ， 3 AC 400 V， 3 AC415 V， 3 AC 480 V - 可 以 直 接 在 TN网 中 运 行 - 通 过 使 用 用 于 I/RF模 块 (16 kW及 以 上 )的电 源 滤 波 器 ， 还 可 在 通 用 的 电 流 选 择 性 保护 设 备 上 运 行 。 SIMODRIVE 6

6、11设 计 宗 旨 ： 模 块 化n I/RF模 块 ： 提 高 运 行 安 全 性 ， 降 低 系 统 扰 动 通 过 闭 环 电 源 接 口 模 块 供 电 ,驱 动 轴 的 运 行 不 受 电 源 扰 动 影 响 。 在 制 动 过 程 中 ， 多 余 电 能 将 被 反 馈 到 电 网 中 ， 实 现 节 电 功 能n 不 同 的 冷 却 方 式 ， 极 力 满 足 各 种 需 要 对 于 I/RF模 块 和 功 率模 块 ， 提 供 有 以 下 冷 却 方 式 ： 内 部 散 热 外 部 散 热 风 道 散 热 SIMODRIVE 611设 计 宗 旨 ： 模 块 化n 单 轴 型

7、和 双 轴 型 SIMODRIVE 611 universal 插 入 式 闭 环 控 制 单 元 直 接 测 量 系 统 。 n 所 有 数 据 军 安 全 的 保 存 在 一 个 数 据 包 中 n 安 全 停 机 功 能 n MOTION-CONNECT： 用 户 化 的 最 佳 机 器连 接 SIMODRIVE 611： 说 明 n 一 流 的 驱 动 系 统 应 灵 活 适 配 各 种 自 动 化 解 决 方 案 。不 管 是 集 成 在 SlMATIC?系 统 还 是 集 成 在 其 它 自 动化 系 统 ， SlMODRIVE 611universal都 可 通 过PROFIBU

8、S DP甚 至 是 CAN总 线 集 成 在 所 有 自 动化 环 境 中 。n 通 过 PROFIBUS DP进 行 通 讯 ， 全 球 最 成 功 的 现场 总 线 标 准 n SimoCom U-一 种 简 便 易 用 、 功 能 强 大 的 调 试 工具 。 这 种 基 于 Windows 95/98/NT/2000/XP操 作 系统 的 功 能 强 大 的 软 件 工 具 ， 可 以 以 简 单 的 菜 单 提示 界 面 提 供 调 试 功 能 、 维 修 信 息 以 及 在 线 帮 助 SIMODRIVE 611： 说 明 n Drive ES使 全 集 成 自 动 化 成 为 可

9、 能 ： 使 用SIMODRIVE 611 universal， 可 以 将 驱 动 技 术 更容 易 、 更 便 捷 、 更 经 济 地 集 成 在 SIMATIC和SIMOTION?自 动 化 环 境 中 n Drive ES Basic： 通 往 全 集 成 自 动 化 之 路 。 调 试 ，参 数 配 置 ， 跟 踪 和 故 障 分 析 n Drive ES SIMATIC： 配 置 通 讯 Drive ES SIMATIC提 供 有 用 于 SIMATICCPU的 功 能 块 和 样 例 项 目 。 SIMODRIVE 611： 说 明 n 定 位 控 制 ： 通 过 SimoCom

10、 U的 功 能 强 大 的 进 给 程 序 段 编辑 器 可 以 非 常 简 便 地 实 现 - 凸 轮 ， 返 回 参 考 点 或 带 有 可 配 置 偏 移 量 的 零 点 标 记 - 作 为 通 过 信 号 、 终 端 /PROFIBUS DP配 置 值 的 基 准 点 设置 n 轴 的 耦 合 ： 使 用 SIMODRIVE 611 universal， 您 可 以 使 用PROFIBUS DP或 终 端 对 驱 动 系 统 进 行 联 接 。 外 部 驱 动 系统 以 及 内 部 双 轴 模 块 都 可 进 行 联 接 。 通 过 PROFIBUS的 轴的 电 子 联 接 基 于 P

11、ROFIBUS DP子 站 之 间 的 直 接 通 讯 。 如果 使 用 终 端 联 接 ， 实 际 位 置 可 以 通 过 可 选 方 向 增 量 式 轴 角编 码 器 接 口 进 行 联 接 ， 或 通 过 集 成 的 模 拟 量 输 入 /输 出 接口 进 行 扭 矩 耦 合 。 SIMODRIVE 611： 说 明 n Teach In 功 能 ： 使 用 Teach In功 能 ， 可 以 将 轴 的 位 置 作为 目 标 位 置 直 接 输 入 到 规 定 的 进 给 程 序 段 中 。 例 如 ， 使 用JOG和 /或 增 量 式 JOG功 能 ， 可 以 将 轴 驱 动 到 所

12、 需 的 位置 上 。 然 后 ， 将 命 令 保 存 在 进 给 程 序 段 编 辑 器 中 。 由 此 可以 很 容 易 地 将 这 一 已 知 位 置 传 递 到 进 给 程 序 中 。 n 与 上 位 控 制 系 统 的 通 用 接 口 n 模 拟 接 口 10V， 用 于 设 定 点 输 入 (转 速 /转 距 设 定 点 ) n 起 动 锁 定 功 能 接 口 n 使 用 PROFIBUS DP接 口 ， 可 以 将 SIMODRIVE 611 universal无 缝 集 成 在 任 何 自 动 化 环 境 中 。 SIMODRIVE 611： 说 明 n 我 们 的 技 术 是

13、 全 球 可 以 信 赖 的 技 术 为 了 确保 SlMODRIVE 611 universal能 够 用 于 各 种需 要 ， 西 门 子 公 司 提 供 了 一 个 先 进 的 物 流系 统 ， 以 保 证 全 球 范 围 内 的 简 单 订 货 和 及时 交 货 。 为 了 保 证 工 程 现 场 的 一 切 工 作 都能 顺 利 进 行 ， 我 们 提 供 了 遍 布 球 的 服 务 网络 。 如 果 您 需 要 产 品 专 家 或 维 修 专 家 ， 或者 只 是 有 一 个 问 题 ， 都 可 以 与 我 们 的 服 务和 支 持 团 队 进 行 联 系 。 1.伺 服 驱 动

14、器 的 配 置 利 用 SimoCom U可 以 监 控 驱 动 器 的 运 行 状 态 ： 电 机 实 际 电流 和 实 际 扭 矩 Simocom_U伺 服 调 试 工 具 ， 是 西 门 子 公 司 开 发 的 用 于调 试 Simodrive 611U的 一 个 软 件 工 具 。 其 具 有 直 观 、 快捷 、 易 掌 握 的 特 点 利 用 SimoCom U可 设 定 驱 动 器 的 基 本 参 数 ： 设 定 与 电机 和 功 率 模 块 匹 配 的 基 本 参 数利 用 SimoCom U可 实 现 对 驱 动 器 参 数 的 优 化 ： 根 据 伺服 电 机 实 际 拖

15、动 的 机 械 部 件 ， 对 611UE速 度 控 制 器 的 参数 进 行 自 动 优 化 1.1 SimoCom U伺 服 调 试 软 件 主 画 面 说 明 1.2 SimoCom_U软 件 与 驱 动 器 的 连 接 SimoCom_U软 件 通 过 PC机 COM口 与 驱 动 器 X471接 口 进 行 通 讯连 接 ,连 接 电 缆 为 RS232电 缆 驱 动 调 试 电 缆 的 连 接 方 式 : 在 通 讯 连 接 前 ,应 把 机 床 和 计 算 机电 源 切 断 ,防 止 两 端 不 等 电 位 1.3 驱 动 器 的 配 置 步 骤 步 骤 一 在 断 电 的 情

16、况 下 （ 台 式 电 脑 要 拔 下 电 源 插 头 ！ ） ， 用 RS232电 缆 连 接 PC的 COM口 与 611U上 的 X471端 口 。 步 骤 二 驱 动 器 上 电 ， 在 611UE的 液 晶 窗 口 显 示 ： “ A1106” 表 示 驱动 器 没 有 数 据 ； R/F红 灯 亮 ； 总 线 接 口 模 块 上 的 红 灯 亮 步 骤 三 从 WINDOWS的 “ 开 始 ” 中 找 到 驱 动 器 调 试 工 具 SimoCom U，并 启 动 ； 步 骤 四 选 择 连 机 方 式 步 骤 五 进 入 连 接 画 面 后 ， 自 动 进 入 参 数 设 定 画

17、 面 ： 在 软 件 的 提 示 下 进 行 参 数 的 设 定 ： 1） 定 义 驱 动 器 的 名 称 ， 通 常 可 以 用 轴 的 名 称 来 定 义 ， 如 该 驱 动 器 用 于X轴 我 们 可 以 添 入 XK7124_X 2)输 入 PROFIBUS总 线 地 址 : 3)设 定 电 机 型 号 ： 4) 选 择 编 码 器 ， 选 择 标 准 编 码 器 ( 2048 P sin/con信 号 ， 1Vpp)如 为 其 他 编 码 器 请 选 择 Enter Data 并 如 实 输 入 编 码 器 数 据 。 5） 直 接 测 量 元 件 的 设 定 6） 存 储 参 数

18、611UE的 R/F红 灯 灭 ， 液 晶 窗 口 显 示 “ A0831” 表 示 总 线 数 据 通 讯 ；总 线 接 口 模 块 上 的 红 灯 亮 若 PLC控 制 电 源 模 块 的 端 子 48、 63、 64分 别与 端 子 9接 通 ， 电 源 模 块 的 黄 灯 亮 ， 表 示 电 源 模 块 已 使 能 ； 坐 标 轴 配 置 的 不 正 确 可 导 致 驱 动 及 电 机 出 现 故 障 ， 如 数 据未 存 储 也 会 在 伺 服 单 元 掉 电 后 ， 在 伺 服 驱 动 器 上 出 现 1106号 报警 。 即 数 据 未 被 配 置 报 警 。 步 骤 一 在 断

19、 电 的 情 况 下 （ 台 式 电 脑 要 拔 下 电 源 插 头 ！ ） ， 用 RS232电 缆 连 接 PC的 COM口 与 611U上 的 X471端 口 。 如 果 对 带 制 动 的 电 机 进 行优 化 ， 需 要 设 定 NC通 用 参 数 MD1451218的 第 二 位 为 “ 1” （ 优 化 完 毕 后恢 复 “ 1” ） 步 骤 二 驱 动 器 使 能 （ 电 源 模 块 端 子 T48、 T63、 T64与 T9接 通 ） ； 并将 坐 标 移 动 到 适 中 的 位 置 （ 因 为 优 化 时 电 机 大 约 要 转 两 个 转 ） ； 优 化 时驱 动 器 的

20、 速 度 给 定 由 PC机 以 数 字 量 给 出 。2.伺 服 驱 动 器 的 优 化 步 骤 三 进 入 工 具 软 件 SimoCom U； 且 选 择 联 机 方 式 ； 然 后 选 择 PC机 控 制 ， 选 择 OK； 步 骤 四 进 入 控 制 器 目 录 （ Controller） ， 出 现 以 下 画 面 ： 选 择 “ None of these” 接 着 将 出 现 以 下 画 面 ：进 入 优 化 后 出 现 以 下 画 面 ： 选 择 “ 1 4步 ” 自 动 执 行 优 化 过 程 ： 1） 分 析 机 械 特 性 一 （ 电 机 正 转 ， 带 制 动 电 机

21、 的 抱 闸 应 释 放 ） 2） 分 析 机 械 特 性 二 （ 电 机 反 转 ， 带 制 动 电 机 的 抱 闸 应 释 放 ） 3） 电 流 环 测 算 （ 电 机 静 止 ， 带 制 动 电 机 的 抱 闸 应 夹 紧 ） 4） 参 数 优 化 计 算 SIEMENS 伺 服 驱 动 器 包 括 611A， 611U， 611D 三 种 类 型 ， 611A为模 拟 交 流 伺 服 ； 611U为 通 用 型 交 流 伺 服 ， 可 接 受 多 种 形 式 的 命 令 值 信 号 ； 611D为 数 字 交 流 伺 服 模 块 ， 均 配 用 同 系 列 的 电 源 模 块 及 功

22、率 单 元 。 电 源 模 块 一 般 3相 AC380V输 入 ， DC600V输 出 ， 输 出 电 压 由 直 流 母 线 传 送至 各 坐 标 驱 动 （ 功 率 ） 单 元 ， 功 率 单 元 根 据 插 入 单 元 （ 控 制 板 ） 发 出 的 命 令驱 动 电 机 工 作 。 整 个 过 程 电 压 由 交 流 转 变 为 直 流 ， 再 按 命 令 值 需 要 转 变 为 相 应频 率 和 电 压 的 交 流 。3. 伺 服 驱 动 器 的 故 障 诊 断注 意 ！ 直 流 母 线 上 的 直 流 电 压 在 断 电后 要 经 过 4分 钟 以 上 才 能 跌 至 安 全 电

23、 压 。 伺 服 驱 动 器 的 基 本 组 成 如 图 示 ， 为 电 源 模 块 ； 为 双 轴 控 制 （ 分 611A， 611U， 611D）模 块 ； 为 双 轴 功 率 模 块 ； 为 DC600V直 流 母 线 ； 为 单 轴 控 制 （ 分 611A， 611U， 611D）模 块 ； 为 单 轴 功 率 模 块 ； n 611UE内 部 带 有 FEPROM， 用 于 驱 动 器 本身 的 系 统 软 件 和 用 户 数 据 。 驱 动 器 的 调 整 、测 试 、 动 态 优 化 等 均 可 在 WINDOWS环 境下 进 行 ， 通 过 公 司 提 供 的 SimoCo

24、mU软 件自 动 进 行 ， 安 装 于 调 试 方 便 。 611UE采 用模 块 化 结 构 ， 伺 服 驱 动 和 主 轴 驱 动 公 用 电源 模 块 ， 模 块 与 模 块 ， ， 伺 服 驱 动 器 和 主轴 驱 动 器 间 通 过 驱 动 器 总 线 连 接 。 611UE驱 动 器 反 馈 元 件 可 以 是 分 辨 率 为12/14bit 的 旋 转 变 压 器 或 最 大 到 65536脉 冲 、1V（ 峰 峰 值 ） 的 正 弦 输 出 增 量 脉 冲 编 码 器 ，或 是 带 EnDat接 口 协 议 的 绝 对 位 置 编 码 器 ，与 802D等 CNC配 套 使

25、用 时 ， 通 常 使 用 1V（ 峰 峰 值 ） 的 正 弦 输 出 增 量 脉 冲 编 码 器 的1FK6/1FK7交 流 伺 服 电 机 与 1PH7主 轴 电 机 。 （ 1） 驱 动 “ 准 备 好 /故 障 ” 信 号 输 出 连 接 端X111该 连 接 端 子 一 般 与 强 电 控 制 回 路 连 接 ， 采 用“ 接 线 端 子 ” ， 端 子 的 作 用 如 下 ： 、 74 73.2： 驱 动 器 “ 准 备 好 信 号 触 点 输 出 ，“ 常 闭 触 点 ， 驱 动 能 力 为 AC250V 2A或 DC50V 2A。 72 73.1： 驱 动 器 “ 准 备 好

26、信 号 触 点输 出 ， “ 常 开 触 点 ， 驱 动 能 力 为AC250V 2A或 DC50V/2A. (2)电 源 模 块 “ 使 能 ” 控 制 端 X121 53/52/51:驱 动 器 电 源 模 块 过 电 流 触 点 输 出 （ 53/51为 常 闭 ， 52/51为 常 开 ） 驱 动 能 力为 ： DC50V 500mA。 9 63： 驱 动 器 电 源 模 块 “ 脉 冲 使 能 ” 信 号 输 入 ，当 9 63间 的 触 点 闭 合 时 ， 驱 动 器 各 坐 标 轴 的 控制 回 路 开 始 工 作 。 9 64： 驱 动 器 电 源 模 块 “ 驱 动 使 能

27、” 信 号 输 入 ，当 9 64间 的 触 点 闭 合 时 ， 驱 动 器 各 坐 标 轴 的 调节 器 开 始 工 作 。 9 19： 驱 动 器 电 源 模 块 “ 使 能 ” 端 辅 助 输 出 电压 +24V 0V端 。 (3)辅 助 电 压 连 接 端 x141 该 连 接 端 子 一 般 与 强 电 控 制 回 路 连 接 ， 采 用 “ 接线 端 子 ” ， 端 子 的 作 用 如 下 ： 7： 驱 动 器 DC24V辅 助 电 压 输 出 ， 电 压 范 围 为+20 4 +28 8V， 驱 动 能 力 为 24V 50mA。 45： 驱 动 器 DCl5V辅 助 电 压 输

28、 出 ， 驱 动 能 力 为1 5W10mA。 44： 驱 动 器 DC15V辅 助 电 压 输 出 ， 驱 动 能 力 为一 15W10mA。 10： 驱 动 器 DC一 24V辅 助 电 压 输 出 ， 电 压 范 围 为一 20 4 一 28 8V， 驱 动 能 力 为 一 24W50mA。 15： 0V公 共 端 。 电 源 模 块 ： 有 使 能 端 子 T64(控 制 器 使 能 )， T63（ 脉 冲 使 能 ） ，T48（ 功 率 输 出 控 制 ） ， 另 有 T72， T73， T74为 系 统 READY/FAULT信 号 输 出 端 子 ， T51/T52/T53为 模

29、 块 温 度 报 警 输 出 。 其 中 ， T64， T63， T48端 子 时 序 关 系 为 ： 只 有 在 各 使 能 端 加 有 DC24V电 压 时 ， 611U单 元 才 能 正 常 工 作 ， READY信 号 才 有输 出 ， 注 意 ： T9端 是 611单 元 自 带 的 DC24V。 在 各 功 率 单 元 上 ， 还 有 一 个 驱 动 器使 能 T663， 一 般 将 其 与 T9端 直 接 短 接 。 电 源 模 块 上 的 信 号 灯 排 列 如 下 ： 其 中 L1（ 红 色 ） 为 +/-15V故 障 灯 ， L2（ 红 色 ） 为 5V故 障 灯 （ 此 二 种 电 压 通 过 驱 动 总 线给 611控 制 模 块 供 电 ） ， L3（ 绿 色 ） 为 无 使 能 指 示 ， L4（ 黄 色 ） 为 动 力 回 路接 通 指 示 （ 此 二 灯 为 非 故 障 灯 ） ， L5（ 红 色 ） 为 供 电 电 网 不 正 常 指 示 ， L6（ 红 色 ） 为 直 流 母 线 过 电 压 指 示 ， 正 常 情 况 下 ， 将 T48与 T9短 接 L4黄 色 灯 亮 ，T63， T64与 T9短 接 L3绿 色 信 号 灯 灭 。