《伺服與運(yùn)動(dòng)控制》技術(shù)答疑

1、伺服與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)答疑2013年4月李方園【問題1】什么是編碼器的長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)？普通型編碼器能否遠(yuǎn)距離傳送？請(qǐng)舉例說明?！窘獯稹块L(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)也稱差分長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)，5V或TTL的正負(fù)波形對(duì)稱形式，由于其正負(fù)電流方向相反，對(duì)外電磁場(chǎng)抵消，故抗干擾能力較強(qiáng)。普通型編碼器一般傳輸距離是100米，如果是24VHTL型且有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的，傳輸距離300-400米。圖1所示為Hlperface編碼器的長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)接線示意，表1為其端子定義。uaaJB)sb寸SHru一BO13P口【LWBe萃ISLl-LlJot!(>pq)soCJLL-LLrE主亡-sSU+(目一q)CIZD(PMnrxjl男圖1編碼器的長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)接線示

2、意表1編碼器端子定義炳子丐戡顏色2電源C7-12V)紅4電源地藍(lán)5+COS粉紅6cose考地7+SINs8SI烽考地gRS485+10RS4B5-綠【問題2】增量型編碼器和絕對(duì)型編碼器有何區(qū)別？做一個(gè)伺服系統(tǒng)時(shí)怎么選擇呢？【解答】常用的為增量型編碼器，如果對(duì)位置、零位有嚴(yán)格要求用絕對(duì)型編碼器。伺服系統(tǒng)要具體分析，看應(yīng)用場(chǎng)合。測(cè)速度用常用增量型編碼器，可無限累加測(cè)量；測(cè)位置用絕對(duì)型編碼器，位置唯一性（單圈或多圈），最終看應(yīng)用場(chǎng)合，看要實(shí)現(xiàn)的目的和要求?！締栴}3】選用絕對(duì)型編碼器應(yīng)注意哪些事項(xiàng)？【解答】A機(jī)械部分:1. 測(cè)長(zhǎng)度還是測(cè)角度，測(cè)長(zhǎng)度如何通過機(jī)械方式轉(zhuǎn)換（在上面有一些介紹，如不清楚可來電

3、討論）。測(cè)角度是360度內(nèi)（單圈），還是可能過360度（多圈）。生產(chǎn)過程是一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)循環(huán)工作，還是來回方向循環(huán)工作。2. 軸連接安裝形式，有軸型通過軟性聯(lián)軸器連接，還是軸套型連接。3. 使用環(huán)境：要注意粉塵、水氣、震動(dòng)、撞擊。B.電氣部分1. 需要確定連接的輸出接收部分是什么。2. 需要確定信號(hào)形式。3. 需要確定分辨率要求。4. 需要確定控制要求?！締栴}4】一個(gè)圓盤，分50個(gè)點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)定位控制，轉(zhuǎn)速很慢，是要用到絕對(duì)型編碼器嗎？怎么找原點(diǎn)呢？50個(gè)位置定位是360度均勻等分嗎？【解答】絕對(duì)編碼器的編碼都是2的冪次方，沒有360度均勻50等分的，要近似，看精度要求有多高，選多高線數(shù)的編碼器，

4、如果精度要求不是太高的話，用8位256線的就可以了。編碼器的每個(gè)位置都有唯一編碼，編碼為零的就可以作為零點(diǎn)，也可以任意位置定義為零，其他位置與其比較計(jì)算。如果可以用參考點(diǎn)的話，也可以用增量式的，因速度慢，應(yīng)該選3000線或以上的，每圈一個(gè)零位?！締栴}5】光電編碼器、光學(xué)電子尺和靜磁柵絕對(duì)編碼器的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？【解答】光電編碼器：1、優(yōu)點(diǎn)：體積小，精密，本身分辨度可以很高（目前我公司通過細(xì)分技術(shù)在直徑$66的編碼器上可達(dá)到54000cpr），無接觸無磨損；同一品種既可檢測(cè)角度位移，又可在機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置幫助下檢測(cè)直線位移；多圈光電絕對(duì)編碼器可以檢測(cè)相當(dāng)長(zhǎng)量程的直線位移（如25位多圈）。壽命長(zhǎng)，安裝隨

5、意，接口形式豐富，價(jià)格合理。成熟技術(shù)，多年前已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。2、缺點(diǎn)：精密但對(duì)戶外及惡劣環(huán)境下使用提出較高的保護(hù)要求；量測(cè)直線位移需依賴機(jī)械裝置轉(zhuǎn)換，需消除機(jī)械間隙帶來的誤差；檢測(cè)軌道運(yùn)行物體難以克服滑差。光學(xué)電子尺：1、優(yōu)點(diǎn)：精密，本身分辨度較高（可達(dá)到0.005mm）；體積適中，直接測(cè)量直線位移；無接觸無磨損，測(cè)量間隙寬泛；價(jià)格適中，接口形式豐富，已在國內(nèi)外金屬切削機(jī)械行業(yè)得到較多應(yīng)用（如線切割、電火花等）。2、缺點(diǎn)：測(cè)量直線和角度要使用不同品種；量程受限制（量程超過4m，生產(chǎn)制造困難價(jià)格昂貴），不適于在大量程惡劣環(huán)境處實(shí)施位移檢測(cè)。靜磁柵絕對(duì)編碼器：1、優(yōu)點(diǎn)：體積適中，直接測(cè)量直

6、線位移，絕對(duì)數(shù)字編碼，理論量程沒有限制；無接觸無磨損，抗惡劣環(huán)境，可水下1000米使用；接口形式豐富，量測(cè)方式多樣；價(jià)格尚能接受。2、缺點(diǎn)：分辨度1mm不高；測(cè)量直線和角度要使用不同品種；不適于在精小處實(shí)施位移檢測(cè)（大于260毫米）。【問題6】圖2所示的FTC-30數(shù)控車床在加工過程中出現(xiàn)414#、410#報(bào)警，動(dòng)力停止。關(guān)閉電源再開機(jī)，X軸移動(dòng)時(shí)機(jī)床振顫，后又出現(xiàn)報(bào)警并動(dòng)力停止。請(qǐng)問該如何處理？圖2FTC-30數(shù)控車床【解答】查系統(tǒng)維修手冊(cè)，報(bào)警信息為伺服報(bào)警、檢測(cè)到X軸位置偏差大。根據(jù)現(xiàn)象分析，認(rèn)為可能有以下原因：（1）伺服驅(qū)動(dòng)器壞；（2）X軸滾珠絲杠阻滯及導(dǎo)軌阻滯。針對(duì)原因（1），調(diào)換同

7、型號(hào)驅(qū)動(dòng)器后試機(jī)，故障未能排除。針對(duì)故障（2），進(jìn)入伺服運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)視畫面，移動(dòng)軸觀察驅(qū)動(dòng)器負(fù)載率，發(fā)現(xiàn)明顯偏大，達(dá)到250%-300%。判斷可能為機(jī)械故障。拆開X軸防護(hù)罩，仔細(xì)檢查滾珠絲杠和導(dǎo)軌均未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。機(jī)床X軸水平傾斜450安裝，應(yīng)有防止其下滑的平衡塊或制動(dòng)裝置，檢查中未發(fā)現(xiàn)平衡塊，但機(jī)床說明書電器資料，顯示PMC確有X軸剎車釋放輸出接點(diǎn)，而對(duì)比同型機(jī)床該接點(diǎn)輸出正常。檢查機(jī)床廠設(shè)置的I/O轉(zhuǎn)接板，該點(diǎn)輸出繼電器工作正常，觸點(diǎn)良好，可以輸出110V制動(dòng)釋放電壓。據(jù)此可斷定制動(dòng)線圈或傳輸電纜有故障。斷電后，用萬用表檢測(cè)制動(dòng)線圈直流電組及絕緣良好，兩根使用的電纜中有一根已斷掉。更換新的電纜后

8、開機(jī)試驗(yàn)，一切正常。此故障雖然是有系統(tǒng)報(bào)警，但直接原因卻是電纜斷線。這一故障并不常見機(jī)床廠家在安裝整機(jī)時(shí)處理不當(dāng)或電器件壓接不牢靠通常卻都能引起一些故障而此類故障分析查找原因較麻煩?！締栴}7】某Fanuc系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)Y軸速度異常，05#、07#和37#報(bào)警，請(qǐng)問如何處理？【解答】故障檢查及分析：查FANUC-BESKM系統(tǒng)維修手冊(cè)，05#系統(tǒng)急停車信號(hào)接通；07#系速度控制單元報(bào)警；37系Y軸位置控制偏移過大。從維修手冊(cè)中看，05#報(bào)警是由緊急停車造成，排除其報(bào)警并不困難，對(duì)于07#報(bào)警，維修手冊(cè)指出：任意一軸的速度控制單元處于報(bào)警條件，或電機(jī)電源線的接觸器斷路，產(chǎn)生該報(bào)警。可考慮下列原

9、因： 電機(jī)過載： 速度控制的電源變壓器過熱； 速度控制電源變壓器的電源保險(xiǎn)絲斷； 在控制部分電源輸入端子板上，接線座XI的EMGIN1和EMGIN2之間的觸點(diǎn)開路； 在控制部分電源輸入支架上，交流100V保險(xiǎn)絲（F5）斷； 連接速度控制單元與控制部分之間的信號(hào)電纜斷開或從觸頭中脫落； 由于某種原因其它伺服機(jī)構(gòu)報(bào)警，電機(jī)電源線上的接觸器（MCC斷開。經(jīng)過對(duì)以上7項(xiàng)的宏觀分析，認(rèn)為07#報(bào)警與05#均是由于Y軸速度異常之后，采用緊急停車手段所引起。因此，把檢查的重點(diǎn)放在37#報(bào)警上。從維修手冊(cè)上看，37#報(bào)警有兩條原因：伺服電機(jī)電源線斷線；位置檢測(cè)器和伺服電機(jī)之間的連線松動(dòng)。分析原因，伺服電機(jī)有轉(zhuǎn)

10、速，說明電源線未斷。與此同時(shí)，又將位置控制環(huán)內(nèi)的偏移補(bǔ)償量調(diào)到CRT顯示器上，與正常值進(jìn)行比較，也無異常。從而排除了Y軸位置偏移量過大的問題。對(duì)于，根據(jù)“先外后內(nèi)”的維修原則，用分段判定法對(duì)NC系統(tǒng)的01GN710位置控制器進(jìn)行了詳細(xì)的檢查，具體步驟如下： 根據(jù)X、Y、Z三個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)完全一致的特點(diǎn)，將Y、Z兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的NC中位置控制器的連線XC（Z軸）和XF（Y軸）以及測(cè)速反饋線XE（Z軸）與XH（Y軸）對(duì)調(diào)，即在機(jī)床控制中，用Y軸信號(hào)控制Z軸，用Z軸信號(hào)控制Y軸，以檢查NC系統(tǒng)的好壞。調(diào)換后故障依然存在，說明NC系統(tǒng)無故障； 將標(biāo)準(zhǔn)電柜中YZ伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)調(diào)，即用Z

11、軸控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)Y軸，故障同樣存在，又排除了伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的問題，將故障范圍縮小到Y(jié)軸直流伺服電機(jī)中。拆開直流伺服電機(jī)，發(fā)現(xiàn)測(cè)速發(fā)電機(jī)與伺服電機(jī)之間的連接齒輪松動(dòng)。由于在自動(dòng)控制系統(tǒng)中測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種產(chǎn)生加速或減速信號(hào)和對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械作恒速控制的元件。故它與伺服電機(jī)之間的連接松動(dòng)便造成對(duì)恒速控制不準(zhǔn)，甚至對(duì)CNC產(chǎn)生加速信號(hào)，從而造成Y軸速度異常。處理方法：將其連接齒輪緊固，故障排除?！締栴}8】圖3所示的JCS018加工中心交流主軸12#報(bào)警，請(qǐng)問如何處理？1-X軸的直流伺服電動(dòng)機(jī)2-換刀機(jī)械手3-數(shù)控柜4-盤式刀庫5-主軸箱6-操作面板7-驅(qū)動(dòng)電源柜8-工作臺(tái)9-滑座10-床身圖3JCS018加工

12、中心【解答】查JCS018加工中心交流主軸系統(tǒng)明書知：主軸12#報(bào)警為直流電路電流過大，故障原因有如下三種情況：輸出端或電機(jī)繞組短路；功率晶體管不良；印刷板故障。在確認(rèn)輸出端或電機(jī)繞組無短路的情況下，斷開電源，檢查晶體管組件，檢查方法如下：打開印刷板，拆去電機(jī)動(dòng)力線，用萬用表xl0Q檔檢查晶體管組件的集電極（C1C2）和發(fā)射極（E1E2）之間；集電極（C1C2）和基極（B1B2）之間以及基極（B1B2）和發(fā)射極（E1E2）之間的電阻值。晶體管組件損壞時(shí)，C-E;C-B之間成短路狀態(tài)，檢查發(fā)現(xiàn)Cl-El之間短路，即晶體管組件已燒毀。為確定故障源，又對(duì)印刷板上晶體管回路進(jìn)行了檢查。檢查情況如下：將直流耦合熔斷器F7拆下，合上交流電源，輸入正轉(zhuǎn)指令。測(cè)定8個(gè)晶體管（型號(hào)為ET191）UV、W相再生回路的基極-射極電壓（CN6CN7上測(cè)量）。以發(fā)射極為基準(zhǔn)，測(cè)量B-E正常值一般在2V左右，有問題的回路與正?；芈凡煌?，發(fā)現(xiàn)了就可以判定。檢查1C-1B之間為短路，即C-B極擊穿。同時(shí)二極管D27也擊穿。在更換上述部件后，主軸報(bào)警變?yōu)?9#報(bào)警。查閱有關(guān)資料知：AL-19報(bào)警