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貴州電力變壓器為您介紹伺服電機如何實現控制?是脈沖還是總線?

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貴州電力變壓器為您介紹伺服電機如何實現控制?是脈沖還是總線?

發布日期:2017-08-30 作者: 點擊:

首先貴州電力變壓器給大家介紹一下作為電氣自動化設計者是如何實現伺服的控制的,下面是一個實例分析,只有知道控制原理,我們才能夠繼續延伸更多的知識,所謂“基礎要過硬”,好了,大家先理解一下!

一、實戰分析 伺服如何實現脈沖控制,及優缺點

一般我們控制伺服電機正反轉,位置控制,或者是位置+速度控制,都是采用控制器發脈沖的控制方式,比如三菱PLC的FX2N和三菱的伺服驅動器,就可以利用PLC編輯程序,根據您所要的當量換算,計算出要發出的脈沖數,發送速度等參數,然后驅動設備運行相應的距離。當然比如西門子,歐姆龍等控制器和不同品牌的伺服,萬變不離其中,原理都是類似的。下面是三菱程序的一部分,參考一下哦!

當然這種控制方式優缺點也是很明顯的,就是脈沖信號很容易受到干擾,貴州電力變壓器控制精度會影響,這樣就和我們預期的結果會有差距,所以在一些控制精度要求高的系統,比如一般的機床加工中心,控制機床的X、Y、Z軸進行加工。   

機床在加工產品的時候,一直存在著精度的問題,達不到0.01的加工精度,追其原因就是控制方式的原因。

在實際的工作中,我們找差距,找原因,最終發現問題的所在:同樣是發脈沖,別人的脈沖比我們的好多了,尤其在三軸脈沖的同步控制上比我們的產品好多了。如果操作系統換不了,那么想提高精度,唯一的辦法就是換成總線通信了,估計能對加工精度提高不少。

那么問題來了,總線控制又是什么東東那,接下來我給大家介紹一下:

二、現場總線控制方式應用場合及優缺點分析

隨著IT產業的蓬勃發展,工廠內設備的自動化也全面進入了要以網絡來聯機的時代,這也使得"PC Based"的控制器在工廠設備中被運用的比例也愈來愈高,在圖一中所展現的是一個開放式架構 (Open Architecture) 工廠自動化 (Factory Automation) 的網絡結構,包含了硬件及各式的通訊協議。

在硬件方面可以看出走向串行式是一個共通的趨勢,因為串行式通訊本身就有「維修容易」、「簡省成本」、「遠程控制」等的特點。但其不方便的地方就是在于很難找出一種通用于所有組件及設備之間的通訊協議。舉例來說,串行式影像的標準通訊協議:Camera Link 和串行式運動控制的標準通訊協議:SERCOS就是完全不同的語言。貴州電力變壓器彼此并不能共享一條線而彼此溝通。

在近年來,由于半導體制造設備等相關的電子制造設備市場大幅成長,而使得機器設備上的運動控制系統出現了以下數點的技術需求:

1. 多軸運動控制

機器設備因自動化程度提高而使得單一機器上所需要的軸數增多,一臺設備上十幾軸是常見的事情。在軸數變多后,如何協調各軸動作就是一個重要的課題。

2. 體積要小

由于廠房空間的限制,機器的體積要越小越好,機器內控制器的體積也就被要求愈來愈小,相對地走線空間也愈來愈少。

3. 要更精準

隨著半導體制程已經精密到100nm以下,在制程及檢測相關設備所要求的運動精度也要更精確。

4. 要更穩定

因為設備的投資經費龐大,系統停機的成本就更顯的突出,貴州電力變壓器因此所有機器設備制造商都必須追求系統的穩定性。同時也必須考慮在組件損壞須要維修時,必須能快速替換且不出差錯。

然而,綜合以上幾點的需求分析可以看到,既要在一個控制器內進行多軸運動控制,又要控制器的體積更小,配線的維修要更容易,這些條件看來是相沖突的。可以這樣說,「串行式運動控制」技術便是因應這些新時式機器設備的需求而產生的。下面我深入介紹此技術之內涵。

三、傳統AC伺服定位系統

是一個傳統「模擬式AC伺服定位系統」的方塊圖,驅動器的內層回路是一個相量控制的電流死循環系統以控制電機的轉矩,外圈是轉速死循環控制。運動控制卡讀回 encoder 位置來作定位死循環控制。通常控制卡會利用DA輸出電壓到驅動器當成轉速指令。

為改良后的「脈沖式AC伺服定位系統」,貴州電力變壓器因為伺服驅動器的進步而將定位死循環控制移入驅動器內執行。(也就是將速度環移到了驅動器內部)。運動控制卡輸出脈沖指令來同時控制馬達的位置及轉速,同時讀回encoder位置以作定位修正之用。

不論是傳統或是改良式的控制架構都一定會遇到下列的瓶頸:

1. 配線太多。每軸至少需要12個訊號以作為反饋,指令及其它I/O點控制用途。

2. 分辨率的限制。在模擬式驅動器的架構里,須要藉AD/DA轉換來傳送指令,以一個16bit分辨率的AD為例,其保證分辨率為14bit。必須對應到最大正負轉速,例如:+/-4500rpm,則每一位所代表的分辨率為9000rpm/2^14=0.55rpm。這樣的分辨率沒有辦法對應到目前高性能驅動器所要求的控速比,在許多的高精度加工場合是不足的。

而在脈沖式驅動器架構里,分辨率則是被脈沖的最大傳輸速度限制住了,此點在后面章節還會解釋。

3. 偏移誤差(Offset)及噪聲。只要是模擬訊號必定會有所謂偏移誤差的問題,造成傳送指令的位準誤差,此問題在零轉速附近會特別明顯,必須靠校正來補償,另外在高壓大電流的AC伺服系統必須特別注意噪聲帶來的干擾,否則也很容易引起脈沖指令誤差。

4. 缺乏自我檢測功能。這兩類驅動器架構都很難令外界控制器讀取或實時調整伺服參數,伺服驅動器內的參數多達百種,沒有辦法藉由傳統配線方式就讀取這些參數,如此就沒有辦法在控制器上完全掌握這些參數,也就沒有辦法進行自我檢測及調試。

四、各式串行式運動控制通訊協議

隨著串行式通訊科技的日新月異,如:Ethernet,運用串行式通訊來解決傳統服務器驅動問題也有很大的進展,就如第一節中所述,串行式系統的不便之處在于沒有共同遵守的通訊標準,就連在單項的運動控制系統目前也沒有大家遵守的標準,不論是在硬件或通訊協議。

雖然沒有標準,但是技術內涵的需求都是一樣的:

1. 要能在固定周期內實時地傳輸控制指令,

2. 此周期是快速到約0.1ms~5ms之間,

3. 非周期性地收集外圍所有I/O資料,

4. 選擇性地、非周期地傳收伺服參數數據,

5. 數據結構上要含數據正確性編碼,以防在噪聲干擾時作數據修正。

圖四所示是市面上可以看到的各式串行式運動控制通訊協議的一覽表,及其主要支持的廠商。硬件傳輸媒介主要有:RS485、IEEE1394、光纖及Ethernet四種,通訊協議方面目前還是百家爭鳴,貴州電力變壓器雖然SERCOS (IEC 61491)是僅見的國際標準,但是日本、美國伺服大廠仍是定義自己的通訊協議。很難下定結論那一個通訊協議就是最好的通訊協議。傳輸速度愈快,當然伺服控制周期時間可以更短,而使得頻寬增加,可控制軸數變多,但畢竟這還不是決定性的因素。在應用層面還是要從系統規格往下看,根據性能/價格比來找到最好組合的運動控制卡+伺服(步進)驅動系統來發展應用。

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