1、第5章 伺服电机的控制5.1 伺服电机及其控制基础5.2 三菱MR-JE伺服驱动器应用基础5.3 三菱伺服MR-JE的速度控制5.4 三菱伺服MR-JE的转矩控制5.5 三菱伺服MR-JE的定位控制5.6 三菱伺服MR-J4的控制l【导读】伺服控制系统包括控制器、伺服驱动器、伺服电机和位置检测反馈元件，伺服驱动器通过执行控制器的指令来控制伺服电机，进而驱动机械装备的运动部件（这里指的是丝杠工作台），实现对装备的速度、转矩和位置控制。它广泛应用于高精度数控机床、机器人、纺织机械、印刷机械、包装机械、自动化流水线以及各种专用设备。本章主要介绍了伺服电机及其控制基础、三菱MR-JE伺服控制的三种模式
2、、三菱MR-J4伺服控制等。5.1 伺服电机及其控制基础5.1.1 伺服控制系统组成原理 伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。图5-1所示为伺服控制系统组成原理图，它包括控制器、伺服驱动器、伺服电机和位置检测反馈元件。伺服驱动器通过执行控制器的指令来控制伺服电机，进而驱动机械装备的运动部件（这里指的是丝杠工作台），实现对装备的速度、转矩和位置控制。5.1 5.1 伺服电机及其控制基础伺服电机及其控制基础 5.1.1 伺服控制系
3、统组成原理伺服控制系统组成原理 伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。图5-1所示为伺服控制系统组成原理图，它包括控制器、伺服驱动器、伺服电机和位置检测反馈元件。伺服驱动器通过执行控制器的指令来控制伺服电机，进而驱动机械装备的运动部件（这里指的是丝杠工作台），实现对装备的速度、转矩和位置控制。图5-1 伺服控制系统组成原理图 从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。
4、（1）比较环节比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的电路或计算机来实现。（2）控制器控制器通常是PLC、计算机或PID控制电路，其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。（3）执行环节执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作，这里一般指各种电机、液压、气动伺服机构等。（4）被控对象机械参数量包括位移、速度、加速度、力、力矩为被控对象。（5）检测环节检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。5.1.2 伺服
5、电机的原理与结构伺服电机的原理与结构伺服电机与步进电机不同的是，伺服电机是将输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度输出，其控制速度和位置精度非常准确。按使用的电源性质不同可以分为直流伺服电机和交流伺服电机两种。直流伺服电机由于存在如下缺点：电枢绕组在转子上不利于散热；绕组在转子上，转子惯量较大，不利于高速响应；电刷和换向器易磨损需要经常维护、限制电机速度、换向时会产生电火花等。因此，直流伺服电机慢慢地被交流伺服电机所替代。交流伺服电机一般是指永磁同步型电机，它主要由定子、转子及测量转子位置的传感器构成，定子和一般的三相感应电机类似，采用三相对称绕组结构，它们的轴线在空间彼此相差120度（图5
6、-2所示）；转子上贴有磁性体，一般有两对以上的磁极；位置传感器一般为光电编码器或旋转变压器。图5-2 永磁同步型交流伺服电机的定子结构在实际应用中，伺服电机的结构通常会采用如图5-3所示的方式，它包括电机定子、转子、轴承、编码器、编码器连接线、伺服电机连接线等。图5-3 伺服电机的通用结构 5.1.3 伺服驱动器的结构与控制模式伺服驱动器的结构与控制模式1.伺服驱动器的内部结构伺服驱动器的内部结构伺服驱动器又称功率放大器，其作用就是将工频交流电源转换成幅度和频率均可变的交流电源提供给伺服电机，其内部结构如图5-4所示，跟之前介绍的变频器内部结构基本类似，主要包括主电路和控制电路。图5-4 伺服
7、驱动器内部结构4.1.4 4.1.4 步进电机的选型与应用特点步进电机的选型与应用特点1.1.步进电机的选型步进电机的选型一般而言，步进电机的步距角、静转矩及电流三大要素确定之后，其电机型号便确定下来了。目前市场上流行的步进电机是以机座号（电机外径）来划分的。根据机座号可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG等国际标准，而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。图4-8所示为57步进电机外观及其接线端子。图4-8 57步进电机外观及其接线端子 伺服驱动器的主电路包括整流电路、充电保护电路、滤波电路、再生制动电路（能耗制动电路）、逆变
8、电路和动态制动电路，可见比变频器的主电路增加了动态制动电路，即在逆变电路基极断路时，在伺服电机和端子间加上适当的电阻器进行制动。电流检测器用于检测伺服驱动器输出电流的大小，并通过电流电测电路反馈给DSP控制电路。有些伺服电机除了编码器之外，还带有电磁制动器，在制动线圈未通电时，伺服电动机被抱闸，线圈通电后抱闸松开，电动机方可正常运行。控制电路有单独的控制电路电源，除了为DSP以及检测保护等电路提供电源外，对于大功率伺服驱动器来说，还提供散热风机电源。2.伺服驱动器的控制模式伺服驱动器的控制模式交流伺服驱动器中一般都包含有位置回路、速度回路和转矩回路，但使用时可将驱动器、电机和运动控制器结合起来
9、组合成不同的工作模式，以满足不同的应用要求。伺服驱动器主要有速度控制、转矩控制和位置控制等三种模式。（1）速度控制模式图5-5所示的伺服驱动器的速度控制采取跟变频调速一致的方式进行，即通过控制输出电源的频率来对电动机进行调速。此时，伺服电机工作在速度控制闭环，编码器会将速度信号检测反馈到伺服驱动器，跟设定信号（如多段速、电位器设定等）进行比较，然后进行速度PID控制。图5-5 速度控制模式（2）转矩控制模式 图5-6所示的伺服驱动器转矩控制模式是通过外部模拟量输入来控制伺服电机的输出转矩。图5-6 转矩控制模式2.2.步进电机的应用特点步进电机的应用特点步进电机的重要特征之一是高转矩、小体积。
10、这些特征使得电机具有优秀的加速和响应，使得这些电机非常适合那些需要频繁启动和停止的应用中（图4-10所示）。图4-10 应用在频繁启动/停止场合（3）位置控制模式图5-7所示的驱动器位置控制模式可以接受PLC或定位模块等运动控制器送来的位置指令信号。以脉冲及方向指令信号形式为例，其脉冲个数决定了电机的运动位置，其脉冲的频率决定了电机的运动速度，而方向信号电平的高低决定了伺服电机的运动方向。这与步进电机的控制有相似之外，但脉冲的频率要高很多，以适应伺服电机的高转速。图5-7 位置控制模式5.2 5.2 三菱三菱MR-JE伺服驱动器应用基础伺服驱动器应用基础 5.2.1 MR-JE伺服驱动器的规格
11、型号和结构伺服驱动器的规格型号和结构1.1.规格型号说明规格型号说明三菱通用AC伺服MELSERVO-JE系列（以下简称MR-JE）是以MELSERVO-J4系列为基础，在保持高性能的前提下对功能进行限制的AC伺服。它的控制模式有速度控制、转矩控制和位置控制三种。在位置控制模式下最高可以支持4Mpulses/s的高速脉冲串；同时还可以选择位置/速度切换控制，速度/转矩切换控制和转矩/位置切换控制。因此，MR-JE伺服不但可以用于机床和普通工业机械的高精度定位和平滑的速度控制，还可以用于张力控制等，应用范围十分广泛。图5-8所示为MR-JE系列伺服驱动器的规格型号说明。图5-8 三菱MR-JE系
12、列伺服驱动器型号规格说明 2.2.内部结构内部结构如图5-9所示为MR-JE-100A以下规格型号的内部结构。其中MR-JE-10A以及MR-JE-20A中没有内置再生电阻器，在使用单相AC 200V 240V电源时，将电源连接至L1和L3，不要在L2上做任何连接。图5-9 MR-JE伺服驱动器内部结构图 3.MR-JE伺伺服驱动服驱动器的外器的外部结构部结构MR-JE伺服驱动器的外部结构如图5-10所示。图5-10 MR-JE伺服驱动器外部结构 5.2.2 MR-JE伺服控伺服控制系统的构成与引脚制系统的构成与引脚定义定义1.1.MR-JE伺服控制伺服控制系统的构成系统的构成图5-11所示为
13、MR-JE伺服驱动器的系统构成。图5-12所示为MR-JE伺服控制系统的电气接线，上电采用SB1启动按钮控制接触器KM上电，并用到了CN1引脚的SON等来控制伺服ON。图5-11 MR-JE伺服控制系统的构成 图5-12 MR-JE伺服控制系统的电气接线2.2.MR-JE伺服控制系统的引脚定义伺服控制系统的引脚定义图5-13所示为CN1连接器的引脚结构。表5-1 所示为CN1连接器引脚结构组成表，其中PD03 表示伺服驱动器的参数，在本文的参数设置中一般写作Pr.PD03，以与变频器参数进行区分。图5-13 CN1连接器引脚结构表5-1 CN1连接器引脚结构组成表 CN1引脚会随着伺服控制模式
14、发生变化，其操作方法分配也会改变。目前共有三种模式，即P（位置控制模式）、S（速度控制模式），T（转矩控制模式），具体设置如表5-2所示。表5-2 伺服驱动器参数Pr.PA01编号简称名称初始值设定值说明PA01*STY运行模式1000h1000h1000h表示选择位置控制模式（P）1002h表示选择速度控制模式（S）1004h表示选择转矩控制模式（T）_ _ _ x 控制模式选择 0:位置控制模式1:位置控制模式与速度控制模式2:速度控制模式3:速度控制模式与转矩控制模式4:转矩控制模式5:转矩控制模式与位置控制模式图5-14所示为MR-JE伺服驱动器的引脚布置图。图5-14 MR-JE伺服
15、驱动器的引脚布置图(a)输入软元件部分输入软元件如表5-3所示。其中表示可在出厂状态下直接使用的软元件，表示 Pr.PA04、Pr.PD03 Pr.PD28 的设定中能够使用的软元件，连接器引脚编号栏的编号为初始状态时下的值。表5-3 输入软元件 5.2.3 MR-JE伺服驱动器的显示操作与参数设置伺服驱动器的显示操作与参数设置MR-JE伺服驱动器通过显示部分(5位的7段LED)和操作部分(4个按键)对伺服驱动器的状态、报警、参数进行设置等操作。此外，同时按下“MODE”与“SET”3秒以上，即跳转至一键式调整模式。图5-15所示记载了操作部分和显示内容。图5-15 伺服驱动器的操作显示面板
16、1.显示流程显示流程如表5-5所示，按下“MODE”按键一次后将会进入到下一个显示模式。其中在对增益滤波器参数，扩展设置参数以及输入输出设置参数进行引用以及操作时，请在基本设置参数 Pr.PA19 禁止写入参数 中设置为有效。2.状态显示状态显示运行中的伺服驱动器的状态能够显示在5位7段LED显示器上。通过“UP”或“DOWN”按键可以对内容进行变更。显示所选择的符号，在按下“SET”按键之后将会显示其数据。但是，仅在接通电源时会在显示在 Pr.PC36 中选择的状态显示符号2 s之后显示其数据。(1)显示的转换如图5-16所示，通过MODE 按键进入到状态显示模式，在按下UP 或者 DOWN
17、 按键之后，将按照如下所示的内容进行转换。图5-16 显示的转换(2)参数模式的转换通过“MODE”按键进入各参数模式，在按下“UP”或“DOWN”按键之后显示内容将按照如图5-17所示的顺序进行转换。图5-17 各种模式的转换(3)参数的修改参数的修改分为5位及以下的参数修改和6位及以上的参数修改。前者示例:通过 Pr.PA01 运行模式 变更为速度控制模式时，接通电源后的操作方法示例如图5-18所示。“按下MODE”按键进入基本设置参数画面。请按“UP”或“DOWN”按键移动到下一个参数。更改Pr.PA01 需要在修改设置值后关闭一次电源，在重新接通电源后更改才会生效。图5-18 5位及以
18、下的参数修改后者示例：将 Pr.PA06 电子齿轮分子 变更为“123456”时的操作方法示例如图5-19所示。图5-19 6位及以上的参数修改 图5-21 7段LED的位置与CN1连接器引脚的对应情况（4）外部输入输出信号显示图5-20表示接通电源后的显示器画面。使用“MODE”按键进入诊断画面。图5-20 诊断画面7段LED的位置与CN1连接器引脚的对应情况如图5-21所示。5.3 5.3 三菱伺服三菱伺服MR-JE的速度控制的速度控制 5.3.1 MR-JE伺服速度控制模式接线伺服速度控制模式接线图5-22所示为MR-JE伺服使用漏型输入、输出接口时的速度控制模式接线图，ST1和ST2控
19、制伺服电机正反转，P15R、VC和LG对应的引脚与电位器相连，按照模拟量设定的速度运行；或者通过选择速度选择端SP1、SP2、SP3并以内部速度指令设定的速度运行。图5-22 速度控制模式的接线图 图4-31 FX3U-2HSY-ADP的接线方式4.2.4 FX3U PLC特殊功能模块特殊功能模块/单元的定位功能单元的定位功能 如图4-32所示，FX3U PLC可以连接特殊功能模块/单元，进行定位控制。此外，特殊功能单元也可以独立进行定位控制。FX3U可编程控制器中最多可以连接8台特殊功能模块/单元。图4-32 特殊功能模块/单元 5.3.2 模拟速度指令方式模拟速度指令方式图5-23所示为模
20、拟速度指令方式接线图，跟5.3.1不同的是将转矩限制取消。图5-24所示为给定电压与转速关系示意图，通过模拟速度指令VC的电压设置的转速运行。在初始设置下，10V时为额定转速，该额定转速值可以在 Pr.PC12 中进行变更。图5-23 模拟速度指令接线图 图5-24 给定电压与转速关系示意图基于ST1(正转启动)及ST2(反转启动)的旋转方向如表5-6所示。其中0:OFF，1:ON。如果在伺服锁定中解除转矩限制，则根据指令位置对应的位置偏差量，伺服电机有可能会快速旋转。表5-6 速度控制模式下的电机旋转方向 5.3.3 多段速指令方式多段速指令方式多段速指令方式下，采用SP1、SP2、SP3引
21、脚的速度选择1、速度选择2、速度选择3功能，其多段速控制状态如表5-7所示，接线图如图5-25所示。表5-7多段速控制状态 图5-25 多段速控制方式接线图 表5-8所示为七段速（分别为100r/min、200r/min、300r/min、400r/min、500r/min、600r/min、500r/min）控制的伺服驱动器参数设置。表5-8七段速控制的伺服驱动器参数设置编号简称名称初始值设定值说明PA01*STY运行模式1000h1002h选择速度控制模式PC01STA速度加速时间常数01000设置成加速时间为1000msPC02STB速度减速时间常数01000设置成减速时间为1000ms
22、PC05SC1内部速度指令1100100设定内部速度指令的第1速度PC06SC2内部速度指令2500200设定内部速度指令的第2速度PC07SC3内部速度指令31000300设定内部速度指令的第3速度PC08SC4内部速度指令4200400设定内部速度指令的第4速度PC09SC5内部速度指令5300500设定内部速度指令的第5速度PC10SC6内部速度指令6500600设定内部速度指令的第6速度PC11SC7内部速度指令7800700设定内部速度指令的第7速度PD01*DIA1输入信号自动ON选择10000h0C00hLSP/LSN内部自动置ONPD03*DI1L输入软元件选择1L0202h0
23、 2 _ _在速度模式把CN1-15引脚改成SONPD11*DI5L输入软元件选择5L0703h0 7 _ _在速度模式把CN1-19引脚改成ST1PD13*DI6L输入软元件选择6L0806h2 0 _ _在速度模式把CN1-41引脚改成SP1PD17*DI8L输入软元件选择8L0A0Ah2 1 _ _在速度模式把CN1-43引脚改成SP2PD19*DI9L输入软元件选择9L0B0Bh2 2 _ _在速度模式把CN1-44引脚改成SP3 5.3.4 【实操任务【实操任务5-1】PLC控制三菱伺服多段速运行控制三菱伺服多段速运行 任务说明用三菱PLC控制伺服电机，按下启动按钮后，先以1000r
24、/min的速度运行10s，接着以800r/min的速度运行20s，再以1500r/min的速度运行25s，然后反向以900r/min的速度运行30s，85s后重复上述运行过程。在运行过程中，按下停止按钮，伺服电机停止运行。请设计FX3U PLC控制三菱伺服电机来实现以上多段速。实操思路1.选择合理的实操设备。如FX3U-32MT PLC一台、三菱MR-JE-20A伺服驱动器一台、相对应的伺服电动机HG-JN23J-S100一台。2.三菱FX3U-32MT PLC进行I/O分配，如表5-9所示。其中Y2-Y4表示多段速选择。表5-9 I/O分配输入继电器输入元件作用输出继电器伺服CN1引脚作用X
25、0SB1启动按钮Y0ST1正转X1SB2停止按钮Y1ST2反转 Y2SP1多段速选择 Y3SP2多段速选择 Y4SP3多段速选择3.完成图5-26所示的电气线路图。其中SON、LSP、LSN内部自动为ON。图5-26 PLC控制三菱伺服多段速运行4.伺服驱动器参数设置如表5-10所示，其中Pr.PD03-Pr.PD19参数的前2位是设定位。表5-10伺服驱动器参数编号简称名称初始值设定值说明PA01*STY运行模式1000h1002h选择速度控制模式PC01STA速度加速时间常数01000设置成加速时间为1000msPC02STB速度减速时间常数01000设置成减速时间为1000msPC05S
26、C1内部速度指令11001000设定内部速度指令的第1速度PC06SC2内部速度指令2500800设定内部速度指令的第2速度PC07SC3内部速度指令310001500设定内部速度指令的第3速度PC08SC4内部速度指令4200900设定内部速度指令的第4速度PD01*DIA1输入信号自动ON选择10000h0C04hSON/LSP/LSN内部自动置ONPD03*DI1L输入软元件选择1L0202h0 7 _ _在速度模式把CN1-15引脚改成ST1PD11*DI5L输入软元件选择5L0703h0 8 _ _在速度模式把CN1-19引脚改成ST2PD13*DI6L输入软元件选择6L0806h2
27、 0 _ _在速度模式把CN1-41引脚改成SP1PD17*DI8L输入软元件选择8L0A0Ah2 1 _ _在速度模式把CN1-43引脚改成SP2PD19*DI9L输入软元件选择9L0B0Bh2 2 _ _在速度模式把CN1-44引脚改成SP35.PLC梯形图程序设计本案例是典型的PLC顺序控制，所以引入S20-S23状态元件，具体如图5-27所示。启动后进入S20状态（步），伺服电机以1000r/min速度运行，延时10s后进入S21状态（步）；在S21状态（步）中，伺服电机以800r/min速度运行，延时20s后进入S22状态（步）；在S22状态（步）中，伺服电机以1500r/min速度
28、运行，延时25s后进入S23状态（步）；在S23状态（步）中，伺服电机以900r/min速度反向运行，延时30s后回到S20状态（步）；依次循环，直到停止按钮进行终止。5.4 5.4 三菱伺服三菱伺服MR-JE的转矩控制的转矩控制 5.4.1 MR-JE伺服转矩控制模式接线伺服转矩控制模式接线图5-28所示为三菱MR-JE伺服转矩控制模式接线图，图中TC和LG引脚通过所接电位器加在0-8V的电压，调节电位器就可以调节伺服电机的转矩输出。图5-28 转矩控制模式接线图5.4.2 转矩限制与速度限制转矩限制与速度限制在图5-28中，通过调节RP1和RP2的电位器值，就可以使得TC端的加载电压在0-
29、8V范围之间变化，并根据图5-29所示为TC加载电压与转矩之间的关系来控制伺服电机的转矩。使用TC电压时，RS1（正转）和RS2（反转）决定转矩的输出发生方向如表5-11所示。图5-29 加载电压与转矩之间的关系表5-11 转矩控制模式下的电机旋转方向输入设备旋转方向（TC模拟转矩指令）RS2RS1+极性0V-极性00不输出转矩不发生转矩不输出转矩01CCW（正转驱动，反转再生）CW（反转驱动，正转再生）10CW（反转驱动，正转再生）CCW（正转驱动，反转再生）11不输出转矩不输出转矩 如图5-30所示，在Pr.PC38中可以设置针对TC模拟电压的指令偏置，其范围为-9999mV到9999mV
30、。图5-30模拟转矩指令偏置受到Pr.PC05-Pr.PC11中设置的转速或通过VLA（模拟速度限制）的加载电压设置的转速的限制，当在Pr.PD03-Pr.PD20的设置中，将SP1（速度选择1）、SP2（速度选择2）、SP3（速度选择3）设置为可用时，可以选择VLA以及内部速度限制1-7的速度限制值，具体如表5-12所示。表5-12转矩控制模式下的速度限制值的选择 VLA（模拟速度限制）的加载电压与转速的关系如图5-31所示。当伺服电机转速达到速度限制时，转矩控制可能变得不稳定，因此，需要将该设置值在想要进行速度限制值基础上再加上100r/min。图3-36 按钮绘制 图3-37“标准按钮构
31、件属性设置”对话框 图5-31 VLA的加载电压与转速的关系 5.4.3 【实操任务【实操任务5-2】卷纸机恒张力转矩控制】卷纸机恒张力转矩控制 任务说明图5-32所示为卷纸机结构示意图。在卷纸时，压纸辊将纸压在托纸辊上，卷纸辊在伺服电机的驱动下卷纸，托纸辊和压纸辊也随之旋转，当收卷的纸达到一定长度时切刀动作，将纸切断，然后进行下一次卷纸过程，其卷纸长度由随托纸辊同轴旋转的编码器来测量。图5-32 卷纸机结构示意图现用三菱PLC、伺服驱动器和伺服电机来组成卷纸机控制系统，其控制要求为：（1）按下启动按钮后，伺服电机驱动卷纸辊开始卷纸，要求张力保持恒定，即开始时卷纸辊快速旋转，随着卷纸直径不断扩
32、大，卷纸辊转速逐渐变慢。当卷纸达到100米时切刀动作。（2）按下暂停按钮后，卷纸机停止工作，记录编码器当前的纸长度；再按下启动按钮后，卷纸机在暂停的长度上继续工作，直到100米为止。（3）按下停止按钮后，卷纸停止工作，不记录卷纸长度；再按下启动按钮后，卷纸机从0开始工作，直到100米为止。实操思路1.选择合理的实操设备。如FX3U-32MT PLC一台、三菱MR-JE-20A伺服驱动器一台、相对应的伺服电动机HG-JN23J-S100一台。2.三菱FX3U-32MT PLC进行I/O分配，如表5-13所示。表5-13 I/O分配输入继电器输入元件作用输出继电器伺服CN1引脚作用X0 脉冲输入Y
33、0SON伺服ONX1SB1启动按钮Y1RS1正转X2SB2暂停按钮Y2SP1速度限制1X3SB3停止按钮Y4 切刀动作KA3.完成图5-33所示的电气线路图。其中LSP、LSN内部自动为ON。PLC控制切刀动作为KA继电器。图5-33卷纸机恒张力转矩控制电气控制图 4.伺服驱动器参数设置如表5-14所示，其中Pr.PD03-Pr.PD19参数的后2位是设定位。表5-14 伺服驱动器参数编号简称名称初始值设定值说明PA01*STY运行模式1000h1004h选择转矩控制模式PC01STA速度加速时间常数01000设置成加速时间为1000msPC02STB速度减速时间常数01000设置成减速时间为
34、1000msPC05SC1内部速度限制11001000设定内部速度限定的第1速度PC13TLC模拟转矩指令最大输出100.0100.0按照最大转矩100%进行设置PD01*DIA1输入信号自动ON选择10000h0C00hLSP、LSN内部自动置ONPD04*DI1H输入软元件选择1H0202h_ _ 0 2在转矩模式把CN1-15引脚改成SONPD14*DI6H输入软元件选择6H3908h_ _ 0 8在转矩模式把CN1-41引脚改成RS1PD18*DI8H输入软元件选择8H0700h_ _ 2 0在转矩模式把CN1-43引脚改成SP15.PLC梯形图程序设计先设定编码器一圈旋转产生1000
35、个脉冲，同时会传送与托纸辊周长为0.05相同长度的纸张，传送纸张的长度达到100米时，编码器产生的总脉冲数D为：D=100*（1000/0.05）=2000000个。如图5-34所示为PLC梯形图程序，采用高速计数器C235对X0输入端的脉冲数进行计数。当按下启动按钮X1时，M0置1，Y0和Y1置1，伺服电机启动，同时通过乘法运算将脉冲数送到数据寄存器D0中，该数据与C235的当前值进行比较，相等时Y4置1，切刀动作，切刀的时间为T0设定。当按下暂停按钮X2时，C235不复位。而按下停止按钮时，C235复位。图5-34 卷纸机恒张力转矩控制梯形图5.5 5.5 三菱伺服三菱伺服MR-JE的定位
36、控制的定位控制 5.5.1 MR-JE伺服定位控制模式接线伺服定位控制模式接线图5-35所示为三菱MR-JE伺服定位控制模式接线图，需要接收脉冲信号来进行定位。指令脉冲串能够以集电极漏型、集电极源型和差动线驱动等3种形态输入，同时可以选择正逻辑或者负逻辑。其中指令脉冲串形态在Pr.PA13 中进行设置。图5-35 位置控制接线图1.集电极开路方式图5-36所示进行集电极开路方式连接。图5-36集电极开路方式将Pr.PA13 设置为“_ _ 1 0”，将输入波形设置为负逻辑，正转脉冲串以及反转脉冲串时的说明如图5-37所示。图5-37负逻辑时的正转脉冲串和反转脉冲串2.差动线驱动方式图5-38所
37、示进行差动线驱动方式连接。图5-差动线驱动方式该方式下，将Pr.PA13 设置为“_ _ 1 0”，正转脉冲串和反转脉冲串示意如图5-39所示。图5-39 负逻辑时差动线驱动方下的正转脉冲串和反转脉冲串5.5.2 电子齿轮功能与电子齿轮比参数电子齿轮功能与电子齿轮比参数伺服电机控制的“电子齿轮”功能，主要调整电机旋转1圈所需要的指令脉冲数，以保证电机转速能够达到需求转速。例如上位机PLC最大发送脉冲频率为200KHz，若不修改电子齿轮比，则电机旋转1圈需要10000个脉冲，那么电机最高转速为1200rpm，若将电子齿轮比设为2：1，或者将每转脉冲数设定为5000，则此时电机可以达到2400rp
38、m转速。在三菱S伺服控制中，电子齿轮比如图5-40所示，其中Pt 为伺服电机分辨率，即131072pulses/rev每转指令输入脉冲数；为每转指令输入脉冲数，即Pr.PA05参数设置，为“1000”“1000000”之间。图5-40 电子齿轮比的定义 表5-15所示为滚珠丝杠、圆台、皮带和滑轮三种类型负载的电子齿轮比计算步骤。表5-15 电子齿轮比计算步骤 负载 步骤滚珠丝杠圆台皮带和滑轮1 P：节距；C：指令单位1圈=C：指令单位1圈=D:滑轮直径；C：指令单位1圈=2滚珠丝杠节距：6mm机械减速比：1/11圈旋转角度：360机械减速比：3/1滑轮直径：100mm机械减速比：2/13250
39、0P/R2500P/R2500P/R41指令单位：0.001mm1指令单位：0.11指令单位：0.02mm56mm/0.001mm=6000360/0.1=3600314mm/0.02mm=157006电子齿轮比=*=电子齿轮比=*=电子齿轮比=*=5.5.3三菱三菱FX3U PLC控制伺服电机位置控制常用指令控制伺服电机位置控制常用指令除了在第5章介绍的控制步进电机的三菱PLC指令之外，FX3U PLC控制伺服电机还会用到以下控制指令。1.DSZR/1.DSZR/带带DOGDOG搜索的原点回归搜索的原点回归DSZR，执行原点回归，使机械位置与可编程控制器内的当前值寄存器一致的指令。如图5-4
40、1所示，通过驱动DSZR指令，开始机械原点回归，以指定的原点回归速度动作。如果DOG的传感器为ON，则减速为爬行速度。有零点信号输入时停止，完成原点回归。图5-41 DSZR动作示意DSZR指令格式为：其中操作数如表5-16所示，（S2.）需要指定X000X007；（D1.）为基本单元的晶体管输出的Y000、Y001、Y002或是高速输出特殊适配器的Y000、Y001、Y002、Y003；（D2.）使用FX3U可编程控制器的脉冲输出对象地址中高速输出特殊适配器时，旋转方向信号请使用表5-17中的输出，使用FX3U可编程控制器的脉冲输出对象地址中内置的晶体管输出时，旋转方向信号请使用晶体管输出。
41、表5-16 DSZR操作数说明 表5-17高速输出特殊适配器 2.DVIT/2.DVIT/中断定位中断定位DVIT，执行单速中断定长进给的指令。如图5-42所示，通过驱动DVIT 指令，以运行速度动作；如果中断输入为0N，则运行指定的移动量后，减速停止。图5-42 DVIT工作示意DVIT指令格式为：其中操作数如表5-18所示，（S1.）需要指定设定范围:16位运算时为-32，768+32，767(0除外)、32位运算时为-999，999+999，999(0除外)；（S2.）设定范围:16为运算时为1032，767(Hz)、32位运算时如表5-19所示；（D1.）需要指定基本单元的晶体管输出Y
42、000、Y001、Y002，或是高速输出特殊适配器的Y000、Y001、Y002、Y003；（D2.）如采用内置的晶体管输出时旋转方向信号也要使用晶体管输出，如采用高速输出特殊适配器时旋转方向信号使用表5-20中的格式。表5-18 DVIT操作数说明 表5-19（S2.）32位运算时设定范围 表5-20 特殊适配器连接时脉冲输出与旋转方向的输出 3.3.ZRN/原点回归原点回归ZRN，执行原点回归，使机械位置与可编程控制器内的当前值寄存器一致的指令。ZRN的动作示意跟DSZR相同，在DOG传感器为OFF时停止。ZRN 指令格式为：其中操作数如表5-21所示，（S1.）指定开始原点回归时的速度1
43、6位运算时为1032，767(Hz)、32位运算时为10200，000(Hz)。表5-21 ZRN操作数说明 4.4.DRVI/相对定位相对定位DRVI，以相对驱动方式执行单速定位的指令。用带正/负的符号指定从当前位置开始的移动距离的方式，也称为增量(相对)驱动方式，如图5-43所示。图5-43 DRVI工作示意DRVI 的指令格式为：其中操作数如表5-22所示，（S1.）指定输出脉冲数(相对地址)，设定范围:16位运算时为-32，768+32，767(0除外)、32位运算时为-999，999+999，999(0除外)；（S2.）指定输出脉冲频率，设定范围:16为运算时为1032，767(Hz
44、)、32位运算10200，000(Hz)；（D1.）指定输出脉冲的输出编号，指定基本单元的晶体管输出Y000、Y001、Y002，或是高速输出特殊适配器Y000、Y001、Y002、Y003。表5-22 DRVI的操作数说明 6.6.DRVA/绝对定位绝对定位DRVA，以绝对驱动方式执行单速定位的指令。用指定从原点(零点)开始的移动距离的方式，也称为绝对驱动方式。其工作示意跟DRVI类似。DRVA指令格式为：其中操作数如表5-23所示，（S1.）指定输出脉冲数(绝对地址)设定范围:16位运算时为-32，768+32，767、32位演算时为-999，999+999，999；（S2.）指定指定输出
45、脉冲频率设定范围:16为运算时为1032，767(Hz)、32位运算时10200，000(Hz)。表5-23 DRVA的操作数说明 7.7.TBL/表格设定定位表格设定定位TBL，预先将数据表格中被设定的指令的动作，变为指定的1个表格的动作。如表5-24所示，先用参数设定定位点。通过驱动TBL指令，向指定点移动。表5-24 位置、速度和指令表 TBL指令格式为：其中操作数如表5-25所示，（D）指定输出脉冲的输出编号，基本单元的晶体管输出Y000、Y001、Y002，或是高速输出特殊适配器Y000、Y001、Y002、Y003；（n）执行的表格编号1100。表5-25 TBL的操作数说明 8.
46、8.特殊辅助继电器和特殊数据寄存器特殊辅助继电器和特殊数据寄存器当Y000、Y001、Y002、Y003成为脉冲输出端软元件时，其相关的特殊辅助继电器如表5-26所示。表5-26 特殊辅助继电器当Y000、Y001、Y002、Y003为脉冲输出端软元件时，其相关的特殊数据寄存器如表5-27所示。表5-27 特殊数据寄存器 5.5.4 【实操任务【实操任务5-3】丝杠机构的位置控制】丝杠机构的位置控制 任务说明图5-44所示的某丝杠机构采用三菱PLC控制伺服电机运行，伺服电机通过与电机同轴的丝杠点动工作台移动。在自动情况下，按下启动按钮SB1，伺服电动机带动丝杠机构以10000脉冲/秒的速度沿x
47、轴方向右行，碰到正向限位开关SQ1停止2秒；然后伺服电机带动丝杠机构沿x轴方向左行，碰到反向限位开关SQ2停止5秒；接着又向右运动，如此反复运行，直到按下停止按钮SB2，伺服电机停止运行。在手动情况下，伺服电机以6000脉冲/秒的速度向左运行至反向限位。请用三菱FX3U配合MR-JE伺服控制系统进行设计该丝杠机构的位置控制。图5-44 丝杠机构的位置控制 实操思路1.选择合理的实操设备。如FX3U-32MT PLC一台、三菱MR-JE-20A伺服驱动器一台、相对应的伺服电动机HG-JN23J-S100一台。2.三菱FX3U-32MT PLC进行I/O分配，如表5-28所示。其中方向控制Y2=0
48、，表示正向；Y2=1，表示反向。表5-28 I/O分配输入继电器输入元件作用输出继电器伺服CN1引脚作用X0SB1启动按钮Y0PP脉冲信号X1SB2停止按钮Y2NP方向控制X2SA手动Y3SON伺服开启X3SQ1正向限位Y4LSP正向限位X4SQ2反向限位Y5LSN反向限位3.完成图5-45所示的电气线路图。其中位置控制模式下需要将24V电源的正极和OPC（集电极开路电源输入）连接在一起。为了节约PLC的输入点数，将RES复位引脚通过按钮SB3直接与DOCOM连接在一起，为了保证伺服电机能正常工作，急停EM2引脚必须连接至DOCOM（0V），PP（脉冲输入）和NP（方向控制）分别接在PLC的Y
49、0和Y2上。图5-45 丝杠机构的位置控制电气接线图4.伺服驱动器参数设置如表5-29所示。编号简称名称初始值设定值说明PA01*STY运行模式1000h1000h选择位置控制模式PA06CMX电子齿轮分子(指令脉冲倍率分子)116384设置为PLC发出5000个脉冲伺服电机旋转一周，则=PA07CDV电子齿轮分母(指令脉冲倍率分母)1625PA13*PLSS指令脉冲输入形态0100h0001h用于选择脉冲串输入信号，具体为：正逻辑，脉冲列+方向信号PA21*AOP3功能选择 A-30001h0000h电子齿轮选择PD03*DI1L输入软元件选择1L0202h_ _ 0 2在位置模式将CN1-
50、15引脚改为SONPD11*DI5L输入软元件选择5L0703h_ _ 0 3在位置模式将CN1-19引脚改为RESPD17*DI8L输入软元件选择8L0A0Ah_ _ 0 A在位置模式将CN1-43引脚改为LSPPD19*DI9L输入软元件选择9L0B0Bh_ _ 0 B在位置模式将CN1-44引脚改为LSN表5-29 丝杠机构的位置控制伺服驱动器参数5.三菱PLC梯形图程序设计。丝杠机构的位置控制梯形图如图5-46所示，共有自动程序和手动程序两部分组成。手动开关X2没有闭合，即自动状态时，执行该程序中第4-61步的自动程序，并在第61步时通过CJ指令跳转到END结束；手动开关X2闭合，即手
