PLC發(fā)脈沖給伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)的解決辦法

本文主要是關(guān)于伺服電機(jī)的相關(guān)介紹，并著重對(duì)PLC發(fā)脈沖給伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)的解決辦法進(jìn)行了詳盡的闡述。

伺服電機(jī)

伺服電機(jī)（servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。

工作原理

1、伺服系統(tǒng)（servo mechanism）是使物體的位置、方位、

狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來(lái)定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)椋欧姍C(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來(lái)，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來(lái)，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)不方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。

無(wú)刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定。控制復(fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長(zhǎng)壽命，可用于各種環(huán)境。

2、交流伺服電機(jī)也是無(wú)刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。

3、伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

交流伺服電機(jī)和無(wú)刷直流伺服電機(jī)在功能上的區(qū)別：交流伺服要好一些，因?yàn)槭钦也刂疲D(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡(jiǎn)單，便宜。

發(fā)展歷史

自從德國(guó)MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年漢諾威貿(mào)易博覽會(huì)

上正式推出MAC永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這標(biāo)志著此種新一代交流伺服技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用化階段。到20世紀(jì)80年代中后期，各公司都已有完整的系列產(chǎn)品。整個(gè)伺服裝置市場(chǎng)都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運(yùn)動(dòng)控制的要求，近年來(lái)隨著微處理器、新型數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可完全由軟件進(jìn)行，分別稱為直流伺服系統(tǒng)、三相永磁交流伺服系統(tǒng)。

到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國(guó)西門子、美國(guó)科爾摩根和日本松下及安川等公司。

日本安川電機(jī)制作所推出的小型交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，其中D系列適用于數(shù)控機(jī)床（最高轉(zhuǎn)速為1000r/min，力矩為0.25～2.8N.m），R系列適用于機(jī)器人（最高轉(zhuǎn)速為3000r/min，力矩為0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六個(gè)系列。20世紀(jì)90年代先后推出了新的D系列和R系列。由舊系列矩形波驅(qū)動(dòng)、8051單片機(jī)控制改為正弦波驅(qū)動(dòng)、80C、154CPU和門陣列芯片控制，力矩波動(dòng)由24%降低到7%，并提高了可靠性。這樣，只用了幾年時(shí)間形成了八個(gè)系列（功率范圍為0.05～6kW）較完整的體系，滿足了工作機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、焊接機(jī)械人、裝配機(jī)器人、電子部件、加工機(jī)械、印刷機(jī)、高速卷繞機(jī)、繞線機(jī)等的不同需要。

以生產(chǎn)機(jī)床數(shù)控裝置而著名的日本發(fā)那科（Fanuc）公司，在20世紀(jì)80年代中期也推出了S系列（13個(gè)規(guī)格）和L系列（5個(gè)規(guī)格）的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)。L系列有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)械時(shí)間常數(shù)，適用于要求特別快速響應(yīng)的位置伺服系統(tǒng)。

日本其他廠商，例如：三菱電動(dòng)機(jī)（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、東芝精機(jī)（SM系列）、大隈鐵工所（BL系列）、三洋電氣（BL系列）、立石電機(jī)（S系列）等眾多廠商也進(jìn)入了永磁交流伺服系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)行列。

德國(guó)力士樂(lè)公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動(dòng)機(jī)共有7個(gè)機(jī)座號(hào)92個(gè)規(guī)格。

德國(guó)西門子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)分為標(biāo)準(zhǔn)型和短型兩大類，共8個(gè)機(jī)座號(hào)98種規(guī)格。據(jù)稱該系列交流伺服電動(dòng)機(jī)與相同輸出力矩的直流伺服電動(dòng)機(jī)IHU系列相比，重量只有后者的1/2，配套的晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器6SC61系列，最多的可供6個(gè)軸的電動(dòng)機(jī)控制。

德國(guó)博世（BOSCH）公司生產(chǎn)鐵氧體永磁的SD系列（17個(gè)規(guī)格）和稀土永磁的SE系列（8個(gè)規(guī)格）交流伺服電動(dòng)機(jī)和Servodyn SM系列的驅(qū)動(dòng)控制器。

美國(guó)著名的伺服裝置生產(chǎn)公司Gettys曾一度作為Gould 電子公司一個(gè)分部（Motion Control Division），生產(chǎn)M600系列的交流伺服電動(dòng)機(jī)和A600 系列的伺服驅(qū)動(dòng)器。后合并到AEG，恢復(fù)了Gettys名稱，推出A700全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)。

美國(guó)A-B（ALLEN-BRADLEY）公司驅(qū)動(dòng)分部生產(chǎn)1326型鐵氧體永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和1391型交流PWM伺服控制器。電動(dòng)機(jī)包括3個(gè)機(jī)座號(hào)共30個(gè)規(guī)格。

I.D.（Industrial Drives）是美國(guó)著名的科爾摩根（Kollmorgen）的工業(yè)驅(qū)動(dòng)分部，曾生產(chǎn)BR-210、BR-310、BR-510 三個(gè)系列共41個(gè)規(guī)格的無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)和BDS3型伺服驅(qū)動(dòng)器。自1989年起推出了全新系列設(shè)計(jì)的摻鶼盜袛（Goldline）永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)，包括B（小慣量）、M（中慣量）和EB（防爆型）三大類，有10、20、40、60、80五種機(jī)座號(hào)，每大類有42個(gè)規(guī)格，全部采用釹鐵硼永磁材料，力矩范圍為0.84～111.2N.m，功率范圍為0.54～15.7kW。配套的驅(qū)動(dòng)器有BDS4（模擬型）、BDS5（數(shù)字型、含位置控制）和Smart Drive（數(shù)字型）三個(gè)系列，最大連續(xù)電流55A。Goldline系列代表了當(dāng)代永磁交流伺服技術(shù)最新水平。

愛(ài)爾蘭的Inland原為Kollmorgen在國(guó)外的一個(gè)分部，現(xiàn)合并到AEG，以生產(chǎn)直流伺服電動(dòng)機(jī)、直流力矩電動(dòng)機(jī)和伺服放大器而聞名。生產(chǎn)BHT1100、2200、3300三種機(jī)座號(hào)共17種規(guī)格的SmCo永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和八種控制器。

法國(guó)Alsthom集團(tuán)在巴黎的Parvex工廠生產(chǎn)LC系列（長(zhǎng)型）和GC系列（短型）交流伺服電動(dòng)機(jī)共14個(gè)規(guī)格，并生產(chǎn)AXODYN系列驅(qū)動(dòng)器。

原蘇聯(lián)為數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人伺服控制開(kāi)發(fā)了兩個(gè)系列的交流伺服電動(dòng)機(jī)。其中ДBy系列采用鐵氧體永磁，有兩個(gè)機(jī)座號(hào)，每個(gè)機(jī)座號(hào)有3種鐵心長(zhǎng)度，各有兩種繞組數(shù)據(jù)，共12個(gè)規(guī)格，連續(xù)力矩范圍為7～35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁，6個(gè)機(jī)座號(hào)17個(gè)規(guī)格，力矩范圍為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數(shù)字型MINAS系列交流伺服系統(tǒng)，其中永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)有MSMA系列小慣量型，功率從0.03～5kW，共18種規(guī)格；中慣量型有MDMA、MGMA、MFMA三個(gè)系列，功率從0.75～4.5kW，共23種規(guī)格，MHMA系列大慣量電動(dòng)機(jī)的功率范圍從0.5～5kW，有7種規(guī)格。

韓國(guó)三星公司近年開(kāi)發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中FAGA交流伺服電動(dòng)機(jī)系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多種型號(hào)，功率從15W～5kW。

現(xiàn)在常采用（Powerrate）這一綜合指標(biāo)作為伺服電動(dòng)機(jī)的品質(zhì)因數(shù)，衡量對(duì)比各種交直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。功率變化率表示電動(dòng)機(jī)連續(xù)（額定）力矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比。

按功率變化率進(jìn)行計(jì)算分析可知，永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)以美國(guó)I.D 的Goldline系列為最佳，德國(guó)Siemens的IFT5系列次之。

PLC發(fā)脈沖給伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)的解決辦法

這種情況下電機(jī)不轉(zhuǎn)的原因有很多，需要一級(jí)一級(jí)排查原因。首先要確認(rèn)的是通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器JOG電機(jī)是否會(huì)動(dòng)作，然后再確認(rèn)伺服的 工作模式/接收脈沖指令型式/接線。

查看一下脈沖輸出端口狀態(tài)，看看是否真的發(fā)送出去了脈沖，也可以在伺服控制器中的監(jiān)控畫(huà)面中查看。

查看伺服是否已經(jīng)上電使能，也就是伺服是否處于鎖定狀態(tài)，用手?jǐn)Q一下電機(jī)軸，如果轉(zhuǎn)不動(dòng)就對(duì)了 轉(zhuǎn)的動(dòng)說(shuō)明還未使能。

看下伺服的脈沖信號(hào)端口是否正確，接線是否正確。

看下參數(shù)設(shè)置是否正確。按照伺服控制器說(shuō)明書(shū)中的基本調(diào)試界面進(jìn)行設(shè)置。

伺服電機(jī)常見(jiàn)問(wèn)題解決方法

1、可以改變步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的方向電平信號(hào)

2、可以調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的接線來(lái)改變方向，具體做法如下：

對(duì)于兩相步進(jìn)電機(jī)，只需將其中一相的步進(jìn)電機(jī)線交換接入驅(qū)動(dòng)器即可，如A+和A-交換。

對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)，將相鄰兩相的步進(jìn)電機(jī)線交換，如：A，B，C三相，交換A，B兩相就可。

二，步進(jìn)電機(jī)振動(dòng)大，噪聲也很大，什么原因？

遇到這種情況是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)工作在振蕩區(qū)，解決辦法：

1、改變輸入信號(hào)頻率CP來(lái)避開(kāi)步進(jìn)電機(jī)振蕩區(qū)。

2、采用細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使步進(jìn)電機(jī)步距角減少，運(yùn)行平滑些。

三，為什么步進(jìn)電機(jī)通電后，馬達(dá)不運(yùn)行？

有以下幾種原因會(huì)造成步進(jìn)電機(jī)不轉(zhuǎn)：

1、步進(jìn)電機(jī)過(guò)載堵轉(zhuǎn)（此時(shí)步進(jìn)電機(jī)有嘯叫聲）

2、步進(jìn)電機(jī)是否處于脫機(jī)狀態(tài)

3、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)是否有脈沖信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，接線是否有問(wèn)題

四，步進(jìn)電機(jī)抖動(dòng)，不能連續(xù)運(yùn)行，怎么辦？

遇到這種情況，首先檢查步進(jìn)電機(jī)的繞組與驅(qū)動(dòng)器連接有沒(méi)有接錯(cuò)

檢查輸入步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)頻率是否太高，是否升降頻設(shè)計(jì)不合理。

五、混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脫機(jī)信號(hào)FREE一般在什么情況下使用？

當(dāng)脫機(jī)信號(hào)FREE為低電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出到馬達(dá)的電流被切斷，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）。在有些自動(dòng)化設(shè)備中，如果在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器不斷電的情況下要求直接轉(zhuǎn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)軸（手動(dòng)方式），就可以將FREE信號(hào)置低，使馬達(dá)脫機(jī)，進(jìn)行手動(dòng)操作或調(diào)節(jié)。手動(dòng)完成后，再將FREE信號(hào)置高，以繼續(xù)自動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)。

六、如何選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器供電電源？

確定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的供電電壓，然后確定工作電流；供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的輸出相電流I來(lái)確定。如果采用線性電源，電源電流一般可取I的1.1～1.3倍；如果采用開(kāi)關(guān)電源，電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。

七、如何選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器供電電壓？

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，都是寬壓輸入，輸入電壓很大的范圍可以選擇；電源電壓通常根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來(lái)選擇。如果步進(jìn)電機(jī)工作轉(zhuǎn)速較高或響應(yīng)要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過(guò)驅(qū)動(dòng)器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動(dòng)器。如果選擇較低的電壓有利于步進(jìn)電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，振動(dòng)小。

八、細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)是否能代表精度？

細(xì)分也叫微步，主要目的是減弱或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振動(dòng)，提高步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個(gè)附帶功能。比如對(duì)步進(jìn)角為1.8°的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，如果細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為4，那么步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)分辨率為每個(gè)脈沖0.45°，步進(jìn)電機(jī)的精度能否達(dá)到或接近0.45°，還取決于細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器精度可能差別很大；細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制。

九、為什么步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降？

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，步進(jìn)電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)力矩下降。

結(jié)語(yǔ)

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