1746-NI4 詳細(xì)了解

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一般數(shù)控機(jī)床標(biāo)配有主軸，司服軸，PLC軸也即是輔助軸。而與之相應(yīng)的控制系統(tǒng)是CNC，PLC，變頻器，伺服和電機(jī)。所以講到PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用就不得不聯(lián)系到CNC，變頻器，伺服和電機(jī)。他們是一個(gè)系統(tǒng)工程，一個(gè)有機(jī)的整體。
 

　　一.隨著工業(yè)控制的需要及技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)的PLC(可編程可編程邏輯控制器)正在發(fā)生質(zhì)的變化，有將PLC與CNC合二為一的PAC(programmableautomutoncotrollor)的方向發(fā)展。使PLC不僅具有邏輯運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)及順序控制，還可以提供數(shù)據(jù)傳送，矩陣處理，PID調(diào)節(jié)、SSAII碼操作、遠(yuǎn)程I/O、運(yùn)動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)通信等高級功能，還可以使用高級語言(C語言、BASIC語言)編寫子程序嵌入PLC程序中運(yùn)行。實(shí)質(zhì)上是一種專業(yè)控制計(jì)算機(jī)。通過PLC提供的宏參數(shù)和CNC系統(tǒng)參數(shù)可在PLC和零件加工程序之間傳遞信息，???以完成某些特定功能。即PLC已經(jīng)滲透到零件加工程序的編輯中去。
 

　　單獨(dú)的PLC已經(jīng)可以完成全部的CNC功能，這已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。但就目前而言，PLC主要還是在數(shù)控系統(tǒng)配置機(jī)床上時(shí)起一個(gè)“接口”作用，包括MST功能，診斷功能等，這種功能正在不斷擴(kuò)大。
 

　　PLC在數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)目前也有好幾種方案：
 

　　方案一：通用PLC帶數(shù)控功能
 

　　這對于需要邏輯控制又需要相對簡單的位置控制的用戶來說是一個(gè)很好的選擇，無論是成本和開發(fā)都有很多優(yōu)勢，不過通用型的PLC大多沒有聯(lián)動(dòng)和插補(bǔ)指令(部分產(chǎn)品有)，并且不支持G代碼，無法與CAD軟件進(jìn)行接口。
 

　　方案二：的數(shù)控系統(tǒng)
 

　　這種系統(tǒng)有很多使用PLC的平臺加DSP加FPGA實(shí)現(xiàn)，高檔的這種系統(tǒng)可以與CAD軟件無縫聯(lián)接，從CAD導(dǎo)出來的G代碼在經(jīng)過編緝或者不需要編緝下載到控制器內(nèi)就可以做出各種對應(yīng)的動(dòng)作出來。該種系統(tǒng)對于多軸聯(lián)動(dòng)控制和插補(bǔ)G代碼均有很強(qiáng)的支撐能力，同時(shí)一般帶有顯示，可以在運(yùn)行時(shí)同步在顯示屏上顯示運(yùn)動(dòng)的軌跡。
 

　　方案三：IPC+數(shù)控板卡
 

　　這是國內(nèi)數(shù)控廠商的主要形態(tài)，有靈活性高的優(yōu)點(diǎn)，但很多系統(tǒng)不支持標(biāo)準(zhǔn)的G代碼，而是要用戶使用C、C++語言或者VC去編寫對應(yīng)的控制程序，由板卡廠商提供函數(shù)庫。當(dāng)然目前大多數(shù)情況下是由數(shù)控廠商代用戶完成這一部分的編程。
 

　　這種開發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，廠商的開發(fā)成本低，靈活度高，但是需要廠商提供相當(dāng)多的技術(shù)支持，如果客戶數(shù)量大后很難有足夠的支持能力，所以這類廠商大多都在開發(fā)通用的數(shù)控平臺，并仍然使用IPC平臺在上面開發(fā)通用型的數(shù)控系統(tǒng)。
 

　　在中、高檔數(shù)控機(jī)床中，PLC是CNC裝置的重要組成部分。其作用是：接收來看零件加工程序的開關(guān)功能信息(輔助功能M、主軸轉(zhuǎn)速功能S、*功能T)、機(jī)床操作面板上的開關(guān)量信號及機(jī)床側(cè)的開關(guān)量信號，進(jìn)行邏輯處理，完成輸出控制功能，實(shí)現(xiàn)各功能及操作方式的聯(lián)鎖。
 

　　PLC有兩種類型，即內(nèi)裝型和獨(dú)立型。
 

　　PLC除了在CNC中使用外，還廣泛用于治金、機(jī)械、石油化工、能源交通乃至娛樂等各行業(yè)。
 

　　1.PLC的應(yīng)用類型
 

　　(1)順序控制和開關(guān)邏輯控制類型。這是基本控制方式，已取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制，用于單機(jī)、多機(jī)群控和生產(chǎn)自動(dòng)線。它首先對輸入的開關(guān)量或模擬量進(jìn)行采樣，然后按用戶編制的順序控制程序進(jìn)行運(yùn)算，再通過輸出電路去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)順序控制。
 

　　(2)一個(gè)具有PID(比例、微分、積分)控制能力的PLC可用于過程控制，把變量保持在設(shè)定值上。
 

　　(3)組合數(shù)字控制類型。在機(jī)械加工中，將具有數(shù)據(jù)處理功能的PLC和CNC組成一體，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。
 

　　(4)組成多級控制系統(tǒng)類型。在分層分布式控制的全自動(dòng)化系統(tǒng)，如PMC、FMS、CIMS中，基層由中小型PLC和CNC等控制設(shè)備組成，中層由大型PLC進(jìn)行單元控制與監(jiān)督，上層由上位計(jì)算機(jī)做總體管理。PLC之間、PLC與上級計(jì)算機(jī)之間采用快速光纖數(shù)字通信。為適應(yīng)多任務(wù)、多微處理器并進(jìn)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，協(xié)調(diào)梯形圖和BASIC程序之間的相互關(guān)系，以及位、字處理和I/O中斷處理，還增設(shè)有聯(lián)機(jī)文件管理和對執(zhí)行出錯(cuò)的恢復(fù)等功能。
 

　　(5)控制機(jī)器人的類型。選用PLC可對具有3-6個(gè)自由度的機(jī)器人進(jìn)行控制。
 

　　2.PLC在位置控制中的應(yīng)用。PLC制造廠商提供驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。用戶只需通過PLC向位置控制模塊設(shè)置參數(shù)及發(fā)出某種命令，位置控制模塊即可根據(jù)來自現(xiàn)場的監(jiān)測信號和PLC的命令來調(diào)整控制輸出，移動(dòng)一軸或數(shù)軸到達(dá)目標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。當(dāng)每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊能使其保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。
 

　　位置運(yùn)動(dòng)的編程可用PLC語言完成，通過編程器輸入。用程序設(shè)定速度和加速度參數(shù)，控制系統(tǒng)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)階梯式加減速?？啥帱c(diǎn)定位，并有原點(diǎn)補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償功能，提高定位精度?？蛇M(jìn)行手動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)高速點(diǎn)動(dòng)、低速點(diǎn)動(dòng)或微動(dòng)。
 

　　PLC的位置控制，特別適用于機(jī)床的點(diǎn)位直線伺服控制，常稱為輔助坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制
 

　　CNC、PLC、機(jī)床之間的信號處理過程
 

　　CNC裝置和機(jī)床之間的信號傳送處理兩個(gè)過程：
 

　　(一)、CNC裝置→機(jī)床：
 

　　CNC裝置®CNC裝置的RAM®PLC的RAM中。
 

　　PLC軟件對其RAM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理。
 

　　處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，
 

　　對內(nèi)裝型PLC，PLC將已處理好的數(shù)據(jù)通過CNC的輸出接口送至機(jī)床；
 

　　對獨(dú)立型PLC，其RAM中已處理好的數(shù)據(jù)通過PLC的輸出接口送至機(jī)床。
 

　　(二)、機(jī)床→CNC裝置
 

　　對于內(nèi)裝型PLC，信號傳送處理如下：
 

　　從機(jī)床輸入開關(guān)量數(shù)據(jù)®CNC裝置的RAM®PLC的RAM。
 

　　PLC的軟件進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理。
 

　　處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，同時(shí)傳送到CNC裝置的RAM中。
 

　　CNC裝置軟件讀取RAM中數(shù)據(jù)。
 

　　對于獨(dú)立型PLC，輸入的*步，數(shù)據(jù)通過PLC的輸入接口送到PLC的RAM中，然后進(jìn)行上述的第2步，以下均相同
 

　　二．接下來是運(yùn)動(dòng)過程控制
 

　　伺服或者變頻器接受CNC，PLC命令，分別控制電壓進(jìn)而控制轉(zhuǎn)速，控制頻率來控制轉(zhuǎn)速。
 

　　聯(lián)系到主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給伺服系統(tǒng)及執(zhí)行元件電機(jī)等。
 

　　1，比較一下變頻主軸和伺服主軸的區(qū)別。伺服主軸的起停性能好，低速扭矩大，在進(jìn)行很好的速度控制還能進(jìn)行較準(zhǔn)確的主軸停止位置的控制(主軸定位)，但價(jià)格較高。
 

　　而一般的變頻主軸只能進(jìn)行主軸的旋轉(zhuǎn)速度的控制，且它的低速度扭矩小，電機(jī)不能在較低的速度下進(jìn)行工作，如需要進(jìn)行低速加工則要通過減速箱來實(shí)現(xiàn)，起停時(shí)間一般都較長。
 

　　這是兩種不同的控制系統(tǒng),前者是隨動(dòng)系統(tǒng),后者是調(diào)速系統(tǒng)。
 

　　還有一般的數(shù)控機(jī)床大多會(huì)用變頻主軸,一是因?yàn)橄鄬Χ詢r(jià)格較低,二是容易實(shí)現(xiàn)高速和大功率.當(dāng)然,也滿足大多數(shù)加工要求.
 

　　另變頻主軸也可進(jìn)行對主軸的定位控制,剛性功絲等也可實(shí)現(xiàn).主要是看所選主軸電機(jī)及變頻器.主軸電機(jī)帶編碼器,變頻器加PG反饋脈沖卡就可實(shí)現(xiàn).當(dāng)然效果肯定是沒有伺服主軸來得好.國內(nèi)中心機(jī)大多這樣做。
 

　　2.變頻技術(shù)：簡單的變頻器只能調(diào)節(jié)交流電機(jī)的速度，這時(shí)可以開環(huán)也可以閉環(huán)要視控制方式和變頻器而定，這就是傳統(tǒng)意義上的V/F控制方式?，F(xiàn)在很多的變頻已經(jīng)通過數(shù)學(xué)模型的建立，將交流電機(jī)的定子磁場UVW3相轉(zhuǎn)化為可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的兩個(gè)電流的分量，現(xiàn)在大多數(shù)能進(jìn)行力矩控制的品牌的變頻器都是采用這樣方式控制力矩，UVW每相的輸出要加摩爾效應(yīng)的電流檢測裝置，采樣反饋后構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋的電流環(huán)的PID調(diào)節(jié)；這樣可以既控制電機(jī)的速度也可控制電機(jī)的力矩，而且速度的控制精度優(yōu)于v/f控制，編碼器反饋也可加可不加，加的時(shí)候控制精度和響應(yīng)特性要好很多。
 

　　伺服系統(tǒng)：(1)伺服驅(qū)動(dòng)器在發(fā)展了變頻技術(shù)的前提下，在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)(變頻器沒有該環(huán))都進(jìn)行了比一般變頻更精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算，在功能上也比傳統(tǒng)的伺服強(qiáng)大很多，主要的一點(diǎn)可以進(jìn)行精確的位置控制。通過上位控制器發(fā)送的脈沖序列來控制速度和位置(當(dāng)然也有些伺服內(nèi)部集成了控制單元或通過總線通訊的方式直接將位置和速度等參數(shù)設(shè)定在驅(qū)動(dòng)器里)，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的算法和更快更精確的計(jì)算以及性能更優(yōu)良的電子器件使之更*于變頻器。(2)電機(jī)方面伺服電機(jī)的材料、結(jié)構(gòu)和加工工藝要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī)(一般交流電機(jī)或恒力矩、恒功率等各類變頻電機(jī))，也就是說當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸出電流、電壓、頻率變化很快的電源時(shí)，伺服電機(jī)就能根據(jù)電源變化產(chǎn)生響應(yīng)的動(dòng)作變化，響應(yīng)特性和抗過載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī)，電機(jī)方面的嚴(yán)重差異也是兩者性能不同的根本。就是說不是變頻器輸出不了變化那么快的電源信號，而是電機(jī)本身就反應(yīng)不了，所以在變頻的內(nèi)部算法設(shè)定時(shí)為了保護(hù)電機(jī)做了相應(yīng)的過載設(shè)定。當(dāng)然即使不設(shè)定變頻器的輸出能力還是有限的，有些性能優(yōu)良的變頻器就可以直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)！
 

　　3.還有交流伺服和交流變頻的區(qū)別其實(shí)只在于控制指標(biāo)，包括穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能。
 

　　但電機(jī)大體上與同步電機(jī)差不多，只是控制方法不同)，它的特點(diǎn)是同步，就是說，當(dāng)控制電機(jī)定子磁場的強(qiáng)度和矢量方向后，外力是難以改變轉(zhuǎn)子(動(dòng)子)的相對位置的，在額定力矩以內(nèi)，無論外力怎樣變化，轉(zhuǎn)子都會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)回歸力，一旦擾動(dòng)撤消，轉(zhuǎn)子矢量即回歸原位。變頻器不然，電機(jī)轉(zhuǎn)子對定子的相對位置沒有記憶，擾動(dòng)后不能回位。即使加裝位置傳感器做位置閉環(huán)，變頻器仍不能和伺服相比。原因是，在位置-速度-力矩三閉環(huán)中，變頻器實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)指標(biāo)比伺服差多了。不過，現(xiàn)在新出來的普通異步電機(jī)的伺服控制方案中，采用磁場行波控制，異步電機(jī)伺服控制也不是難事，指標(biāo)也很高。不過驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)不是樓主說的普通變頻器或者矢量變頻器了
 

　　再說動(dòng)態(tài)指標(biāo)：當(dāng)伺服系統(tǒng)(通常以速度閉環(huán)來舉例)速度環(huán)給定一個(gè)正弦波信號，則電機(jī)的速度也應(yīng)以正弦規(guī)律變化。
 

　　4.還有一點(diǎn)，就是通用伺服與伺服的區(qū)別
 

　　數(shù)控伺服是一功率后級伺服.伺服驅(qū)動(dòng)的很多部分已和數(shù)控系統(tǒng)做成一體,其發(fā)出的信號已是PWM信號,裝在外部的驅(qū)動(dòng)部分只是一電源及功率放大器而已.而通用型伺服卻不同,其各種回路(如位置,速度,電流)及運(yùn)算全做在驅(qū)動(dòng)器里.包括電機(jī)的參數(shù).
 

　　實(shí)際應(yīng)用上的區(qū)別吧:伺服的參數(shù)調(diào)試一般是在數(shù)控系統(tǒng)里調(diào)試,而通用型伺服需要在伺服驅(qū)動(dòng)器上調(diào)試.
 

　　型伺服電機(jī)部分編碼器反饋是直接接回?cái)?shù)控系統(tǒng)的(因外部只是一電源及放大器而已),而通用型伺服卻必需接回驅(qū)動(dòng)器部分.
 

　　型伺服電機(jī)編碼器線數(shù)很多是上百萬線的,可通用型的卻差遠(yuǎn)了,一般也就是2500及17BIT(上百萬用得到嗎？誰能接受得來呀?)
 

　　在高速高精的機(jī)床應(yīng)用場合,非得用型伺服及數(shù)控不可,中國臺灣及國產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)加通用型伺服可做不了(至少現(xiàn)在不行).當(dāng)然便宜多了.東西不在于有多,而在于你應(yīng)用于什么場合嘛.不過在數(shù)控行業(yè),使用型伺服是一種趨勢.
 

　　三．執(zhí)行元件電機(jī)方面
 

　　1.步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較
 

　　步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號)，但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。
 

　　1.1控制精度不同
 

　　兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為3.6°、1.8°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為0.09°；德國百格拉公司(BERGERLAHR)生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。
 

　　1.2低頻特性不同
 

　　步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。
 

　　交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能(FFT)，可檢測出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。
 

　　1.3矩頻特性不同
 

　　步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000RPM或3000RPM)以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。
 

　　1.4過載能力不同
 

　　步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。
 

　　1.5運(yùn)行性能不同
 

　　步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。
 

　　1.6速度響應(yīng)性能不同
 

　　步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。
 

　　綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。
 

　　2.0交流伺服系統(tǒng)的分類
 

　　交流伺服系統(tǒng)根據(jù)其處理信號的方式不同，可以分為模擬式伺服、數(shù)字模擬混合式伺服和全數(shù)字式伺服；如果按照使用的伺服電動(dòng)機(jī)的種類不同，又可分為兩種：一種是用永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的伺服系統(tǒng)，包括方波永磁同步電動(dòng)機(jī)(無刷直流機(jī))伺服系統(tǒng)和正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)；另一種是用鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的伺服系統(tǒng)。二者的不同之處在于永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)中需要采用磁極位置傳感器而感應(yīng)電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)中含有滑差頻率計(jì)算部分。若采用微處理器軟件實(shí)現(xiàn)伺服控制，可以使永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)和鼠籠型異步伺服電動(dòng)機(jī)使用同一套伺服放大器。
 

　　2．交流伺服電機(jī)與直流司服電機(jī)的區(qū)別：
 

　　直流司服電機(jī)的繞組在轉(zhuǎn)子上，電流方波進(jìn)行控制；交流司服電機(jī)繞組在定子上，由正玄波控制。但他們都是永磁體提供磁場。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。但直流伺服比較簡單，便宜。
 

　　3．司服電機(jī)與普通電機(jī)的區(qū)別：
 

　　伺服電動(dòng)機(jī)作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中跟隨控制信號的執(zhí)行元件，因此又稱為“執(zhí)行電動(dòng)機(jī)”。伺服器對電機(jī)的作用就是提供一個(gè)電壓大小可控，電壓相位與勵(lì)磁電壓相差90度電角度的控制電壓信號。
 

　　伺服電動(dòng)機(jī)與普通異步電機(jī)的大區(qū)別是轉(zhuǎn)子電阻比較大，大到使發(fā)生大電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率Sm>1。其具體原理如下：
 

　　伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)際上與普通兩相交流異步電動(dòng)機(jī)沒有什么區(qū)別。伺服電動(dòng)機(jī)的定子有兩相相差120度電角度的交流繞組，分別稱為勵(lì)磁繞組和控制繞組，其轉(zhuǎn)子就是普通的籠型異步電動(dòng)機(jī)的鼠籠繞組。使用時(shí)，勵(lì)磁繞組接單相交流電，在氣隙產(chǎn)生脈振磁場，轉(zhuǎn)子繞組不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)不工作。當(dāng)控制繞組接上相位與勵(lì)磁繞組相差90度電角度的交流電時(shí)，電動(dòng)機(jī)的氣隙便有旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)控制繞組的控制電壓信號撤除后，如果是普通電機(jī)，由于轉(zhuǎn)子電阻較小，(根據(jù)雙旋轉(zhuǎn)理論)脈振磁場分解的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場各自產(chǎn)生的機(jī)械特性的合成結(jié)果是產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩大于零。因此，電機(jī)轉(zhuǎn)子仍然保持轉(zhuǎn)動(dòng)，不能停止。而伺服電動(dòng)機(jī)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，且大到使發(fā)生大電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率Sm>1。脈振磁場分解的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場各自產(chǎn)生的機(jī)械特性的合成結(jié)果是產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩小于零，也就是產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)將在這個(gè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下將很快停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
 

　　FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC功能的妙用
 

　　FANUC數(shù)控系統(tǒng)以其高質(zhì)量、低成本、高性能,得到了廣大用戶的認(rèn)可,在我公司得到了大量的使用,就其系統(tǒng)本身而言,經(jīng)受了連續(xù)長時(shí)間的工作考驗(yàn),故障率較低。而故障多發(fā)于外圍行程、限位開關(guān)等外圍信號檢測電路上。
 

　　在實(shí)際工作中,了解和熟悉FANUC系統(tǒng)豐富的操作功能,對外圍故障的判斷和排除有著事半功倍的作用。
 

　　在這里,舉例談一下使用FANUC系統(tǒng)內(nèi)嵌的強(qiáng)大、易用的PMC功能對外圍故障的快速判斷和排除。
 

　　功能1
 

　　操作方法:按功能鍵|SYSTEM|切換屏幕→按|PMC|軟鍵,再按相應(yīng)的軟鍵,便可分別進(jìn)入|PMCLAD|梯形圖程序顯示功能、|PMCDGN|PMC的I/0信號及內(nèi)部繼電器顯示功能、|PMCPRM|PMC參數(shù)和顯示功能。
 

　　應(yīng)用實(shí)例:本公司的一臺日本立式加工中心使用FANUC18i系統(tǒng),報(bào)警內(nèi)容是2086ABNORMALPALLETCONTACT(M/CSIDE),查閱機(jī)床說明書,意思是“加工區(qū)側(cè)托盤著座異常",檢測信號的PMC地址是X6.2。該加工中心的APC機(jī)構(gòu)是雙托盤大轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)交換式,觀察加工區(qū)內(nèi)堆積了大量的鋁屑,所以判斷是托盤底部堆積了鋁屑,以至托盤底座氣檢無法通過。但此時(shí)報(bào)警無法消除,不能對機(jī)床作任何的操作。在FANUC系統(tǒng)的梯形圖編程語言中規(guī)定,要在屏幕上顯示某一條報(bào)警信息,要將對應(yīng)的信息顯示請求位(A線圈)置為"1",如果置為"0"，則清除相應(yīng)的信息。也就是說,要消除這個(gè)報(bào)警,就必須使與之對應(yīng)的信息顯示請求位(A),置為"0"。按|PMCDGN|→|STATUS|進(jìn)入信號狀態(tài)顯示屏幕,查找為"1"的信息顯示請求位(A)時(shí),查得A10.5為"1"。于是,進(jìn)入梯形圖程序顯示屏幕|PMCLAD|,查找A10.5置位為"1"的梯形圖回路,發(fā)現(xiàn)其置位條件中使用了一個(gè)保持繼電器的K9.1常閉點(diǎn),此時(shí)狀態(tài)為"0"。查閱機(jī)床維修說明書,K9.1的含義是:置"1"為托盤底座檢測無效。
 

　　故障排除過程:在MDI狀態(tài)下,用功能鍵|OFFSETSETTING|切換屏幕,按|SETTING|鍵將"參數(shù)寫人"設(shè)為"1",再回到|PMCPRM|屏幕下,按|KEEPRL|軟鍵進(jìn)入保持型繼電器屏幕,將K9.1置位為1"。按報(bào)警解除按鈕,這時(shí)可使A10.5置為"0",便可對機(jī)床進(jìn)行操作。將大轉(zhuǎn)臺抬起旋轉(zhuǎn)45度,拆開護(hù)板,果然有鋁屑堆積,于是將托盤底部的鋁屑清理干凈。將K9.1和"參數(shù)寫人"設(shè)回原來的值"0"。多次進(jìn)行APC操作,再無此報(bào)警,故障排除。
 

　　功能2
 

　　在FANUC系統(tǒng)的梯形圖編程語言中,F是來自NC側(cè)的輸入信號(NC→PMC),而G是由PMC輸出到NC的信號(PMC→NC)。其中,G130是PMC輸出到NC側(cè)的各軸互鎖信號,當(dāng)其中某一位被置為"1"時(shí),允許對應(yīng)的伺服軸移動(dòng)；為"0"時(shí),禁止對應(yīng)的伺服軸移動(dòng)。
 

　　應(yīng)用實(shí)例:一國產(chǎn)加工專機(jī)使用FANUC21M系統(tǒng),執(zhí)行原點(diǎn)返回的NC程序時(shí),當(dāng)執(zhí)行到"G91G28GOOZO;"時(shí),Z軸無動(dòng)作,CNC狀態(tài)欄顯示為"MEMSTRTMTN***",即Z軸移動(dòng)指令已發(fā)出。用功能鍵|MESSAGE|切換屏幕,并無報(bào)警信息。用功能鍵|SYSTEM|切換屏幕,按“診斷”軟鍵,這時(shí)005(INTERLOCK/START-LOCK)為"1",即有伺服軸進(jìn)入了互鎖狀態(tài)。
 

　　故障排除過程:進(jìn)入梯形圖程序顯示功能屏幕,發(fā)現(xiàn)與Z軸對應(yīng)的互鎖信號G130.0的狀態(tài)為"0",即互鎖信號被輸入至NC,檢查其互鎖原因,發(fā)現(xiàn)是一傳感器被鋁屑污染。擦拭后,將G130.0置為"1",互鎖解除,重新啟動(dòng)原點(diǎn)返回的NC程序,動(dòng)作正常,故障排除。
 

　　功能3
 

　　PMC中的眼蹤功能(TRACE)是一個(gè)可檢查信號變化的履歷,記錄信號連續(xù)變化的狀態(tài),特別對一些偶發(fā)性的、特殊故障的查找、定位起著重要的作用。用功能鍵|SYSTEM|切換屏幕,按|PMC|軟鍵→|PMCDGN|→{TRACE|即可進(jìn)入信號跟蹤屏幕。
 

　　應(yīng)用實(shí)例:某國產(chǎn)加工中心使用的是FANUCOi系統(tǒng)。在自動(dòng)加工過程,NC程序偶爾無故停止,上件端托盤已裝夾好的夾爪自動(dòng)打開(不正?，F(xiàn)象),CNC狀態(tài)欄顯示MEMSTOP***,此時(shí)無任何報(bào)警信息,檢查診斷畫面,并未發(fā)現(xiàn)異常,按NC啟動(dòng)便可繼續(xù)加工。經(jīng)觀察,CNC都是在執(zhí)行M06(換刀)時(shí)停止,主要?jiǎng)幼魇茿TC手臂旋轉(zhuǎn)和主軸(液壓)松開/拉緊*。
 

　　故障排除過程:使用梯形圖顯示功能,追查上件側(cè)的托盤夾爪(Y25.1)置為"1"的原因(估計(jì)與在自動(dòng)加工過程,偶爾無故停止故障有關(guān))。經(jīng)查,懷疑與一加工區(qū)側(cè)托盤夾緊的檢測液壓壓力開關(guān)(X1007.4)有關(guān)。于是,使用|TRACE|信號跟蹤功能,在自動(dòng)加工過程中,監(jiān)視X1007.4的變化情況。當(dāng)NC再次在M06執(zhí)行時(shí)停止,在|TRACE|屏幕上,跟蹤到X1007.4在CNC無故停止時(shí)的一個(gè)采樣周期從原來的狀態(tài)"1"跳轉(zhuǎn)為"0",再變回"1",從而確認(rèn)該壓力開關(guān)有問題。調(diào)整此開關(guān)動(dòng)作壓力,但故障依舊。于是將此開關(guān)更換,故障排除。事后分析,引起這個(gè)故障原因是主軸松開/夾緊工具時(shí),液壓系統(tǒng)壓力有所波動(dòng)(在合理的波動(dòng)范圍內(nèi)),而此壓力開關(guān)作出了反應(yīng)以致造成在自動(dòng)加工過程中,NC程序偶爾無故停止的故障。