工業(yè)設(shè)備中新型AC伺服電動機/驅(qū)動器技術(shù)特征與應(yīng)用

　　引言

　　伺服和運動控制技術(shù)作為數(shù)控機床、工業(yè)機器人及其它產(chǎn)業(yè)機械控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，在國內(nèi)外普遍受到關(guān)注。在伺服與運動控制產(chǎn)品領(lǐng)域，多樣化一直是個鮮明的特點，包括從直流伺服驅(qū)動技術(shù)到交流伺服驅(qū)動技術(shù)，從模擬化到全數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，從單軸伺服到多軸伺服，從單機化到總線產(chǎn)品。

　　眾所周知，先進的伺服運動控制技術(shù)與解決方案的應(yīng)用正是提升機器設(shè)備性能與檔次及市場競爭力的一個重要途徑。值此本文將介紹新型ac伺服電動機/驅(qū)動器技術(shù)特征與應(yīng)用，并對網(wǎng)絡(luò)化伺服控制的系統(tǒng)集成方案作分析。

　　ac伺服電機/驅(qū)動器技術(shù)特征--超小巧外形與高性能高功能的組合

　　為此將從特點、系統(tǒng)構(gòu)成、種類、伺服電動機/驅(qū)動器組合、位置控制單元和伺服中繼單元電纜組合與ac伺服驅(qū)動器規(guī)格及ac伺服電機規(guī)格連接等作說明，值此以omron(歐姆龍)的smartstep2系列為例作說明。

　　高性能、簡單化

　　該ac伺服電動機/驅(qū)動器解決了從設(shè)計到安裝與調(diào)整啟動及運行到維護各階段的技術(shù)問題。特別是提供了整個裝置的開發(fā)平臺，從而使plc的控制可通過功能塊變得更加簡單。而針對包括plc在內(nèi)的元器件的連接與設(shè)定及編程的fa(工廠自動化)統(tǒng)合工具包(cx-one型)，能使這伺服系統(tǒng)從設(shè)計到維護實現(xiàn)了整體管理，見圖1所示紅箭頭回繞圈，cx-one是針對包括plc在內(nèi)器件的連接、設(shè)定、編程的fa統(tǒng)合工具包。

　　工廠自動化統(tǒng)合工具包(cx-one型)，能使這伺服系統(tǒng)從設(shè)計到維護實現(xiàn)了整體管理，圖1中紅箭頭所示的參數(shù)設(shè)定/編程的環(huán)節(jié)。使用了靈巧的(功能塊)程序庫使編程更簡單，而數(shù)據(jù)編輯/監(jiān)控環(huán)節(jié)，利用運動控制工具包(cx-drver型)可進行伺服電機的參數(shù)編輯、監(jiān)控和保存，其報警/維護環(huán)節(jié)中的數(shù)控單元可對驅(qū)動器的異常監(jiān)視更簡單。而圖1中的ac伺服電動機/驅(qū)動器smartstep2系列又可利用fa統(tǒng)合工具的運動控制工具包對驅(qū)動器迸行維。

　　主要特征

　　靈巧、簡單

　　因ac伺服電動機可為多軸運行，因此要求驅(qū)動器更小，從而使控制柜設(shè)置面積得到大幅削減。如今超小型的ac伺服電機/驅(qū)動器更加小巧了，與同類產(chǎn)品相比設(shè)置面積削減了52%，可以為控制柜的節(jié)省空間進一步作出貢獻。而它和小型plc配合，也希望驅(qū)動器能更小。尤其ac伺服電動機/驅(qū)動器的高度僅為120mm，可以與小型plc安裝在相同的管道間，這樣可以使管道間距窄小化，從而實現(xiàn)控制柜的空間大大節(jié)省。通過實時自動調(diào)諧來設(shè)定最佳增益。即承載了實時自動調(diào)諧功能，從而可實時推算設(shè)備的負(fù)載慣量，并根據(jù)其結(jié)果來自動設(shè)定最佳增益，從而使調(diào)整變得更簡單，

　　高功能

　　作以下說明：可以高速定位/移動。這是其指令脈沖頻率可以達到500kpps的高速度，是同類以往產(chǎn)品的2倍，因此可以在高速下進行高精度控制，達到了縮短了間歇時間之目的;通過控制器能接收來自驅(qū)動器的反饋脈沖，并能在上位確認(rèn)當(dāng)前位置，這樣達到了通過反饋脈沖監(jiān)視裝置定位有無異常之目的，圖2為高速下進行高精度控制示意圖。

　　它有保持2種轉(zhuǎn)矩限制值的功能，在擠壓成型、部件插入等應(yīng)用中，可以切換轉(zhuǎn)矩使用，達到了希望能改變推動力使用之目的;通過適應(yīng)濾波器來降低機械振動。它能自動檢測振動頻率，消除振動，即使共振頻率發(fā)生變化也能實時自動追蹤，可以降低傳送帶等剛性較低的機械振動，達到了希望能降低機械振動之目的。它能對各種各樣的應(yīng)用來切換指令控制模式，就是說它可以在位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制模式間切換使用。尤為突出的是在壓機、張力、擠出等應(yīng)用中有出色表現(xiàn)。

　　上述ac伺服電動機/驅(qū)動器的技術(shù)特征分析充分反映了它從設(shè)計→安裝→調(diào)整啟動→運行→維護各階段的高性能簡單化。

　　驅(qū)動器種類

　　通用輸入型、脈沖串輸入型，其功能如下：

　　電源規(guī)格分為acl00v、ac200v。而電機容量又分單相、單相/三相與三相。而接口指令形態(tài)分為脈沖串、模擬量及高速伺服通信的運動網(wǎng)絡(luò)。其控制模式分位置控制，速度控制及轉(zhuǎn)矩控制。而控制模式切換又分為模式切換。其調(diào)諧功能又有陷波控制、自動調(diào)諧與實時自動調(diào)諧等三種。而驅(qū)動器功能可實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩限制、編碼器輸出內(nèi)部設(shè)定速度。

　　對功能的說明

　　其脈沖串是一種針對伺服而言，是將速度及移動量通過脈沖串輸入的一種方式，而轉(zhuǎn)矩控制是調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)力的控制，在零件壓入、成型、螺絲緊固等用途上非常有效;而最佳增益功能，由于位置控制時的實時自動調(diào)諧設(shè)定是自動設(shè)定的，因此在一定模式的動作反復(fù)輸入后，可以自動實現(xiàn)適當(dāng)?shù)膭傂栽O(shè)定。

　　模擬量是一種針對伺服，將速度及移動量以模擬量來輸入的方式;而指令控制模式切換，可以在位置、速度、轉(zhuǎn)矩控制中，選擇2種控制模式切換使用;其絕對值輸出是指控制器通電后，控制器讀取驅(qū)動時絕對位置的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)恢復(fù)到絕對位置。

　　陷波控制功能可根據(jù)振動頻率自動設(shè)定濾波器來抑制振動。當(dāng)inc增量型輸出時，從控制器接通，電源一直保持原點位置開始的方式。

　　位置控制是指移動到目標(biāo)位置，移動完成后使其停留在目標(biāo)位置的一種控制方式;而自動調(diào)諧是指電機根據(jù)驅(qū)動器自動生成的指令模式運行，并根據(jù)當(dāng)時所需的轉(zhuǎn)矩推選出負(fù)載慣量，自動設(shè)定恰當(dāng)?shù)脑鲆妗?/P>

　　適應(yīng)濾波器可實時自動調(diào)諧，實時推算機器的負(fù)載慣量，并根據(jù)其結(jié)果自動設(shè)定最佳增益。而速度控制是改變速度、轉(zhuǎn)數(shù)的一種控制方式，在諸如打磨石旋轉(zhuǎn)、溶接速度、傳送速度等用途上非常有效。

　　上位機與伺服驅(qū)動器間的通信設(shè)計方案

　　現(xiàn)在工業(yè)用伺服驅(qū)動器通常都配置了rs485通信接口，利用該接口通過編制相應(yīng)的驅(qū)動程序即可以實現(xiàn)上位機與伺服驅(qū)動器的信息交互。

　　rs485串行通信：工業(yè)rs485通信采用2線雙絞傳輸方式，即數(shù)據(jù)d+和數(shù)據(jù)d—，這種數(shù)據(jù)差動傳輸方式可以有效地消除干擾的影響。另外，rs485通信為1：n方式，1臺主控機(上位機)可級連多達16臺被控機(伺服驅(qū)動器)。

　　rs485通信規(guī)則：采用選擇/查詢方式，被控機(伺服驅(qū)動器)常處于等待主機選擇或查詢狀態(tài)。伺服驅(qū)動器在待機狀態(tài)時，符合編號的被控機(伺服驅(qū)動器)接收到主機的幀信號，判斷為正常接收信號后，對幀信號處理。

　　通信的連接：在主控機端為rs232/rs485轉(zhuǎn)換接口，而被控機端為rs485通信口。在主控機和被控機之間用2線雙絞屏蔽電纜連接，在被控機末端加終端電阻。

　　高速伺服通信的運動網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

　　伺服系統(tǒng)是機電產(chǎn)品中的重要環(huán)節(jié)，隨著計算機技術(shù)的進展，交流伺服系統(tǒng)在經(jīng)過廣泛運用的前景下正向著網(wǎng)絡(luò)化控制方向發(fā)展。值此有必要介紹對新型ac伺服電機/驅(qū)動器的高速伺服通信運動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用作介紹。