伺服驅(qū)動控制電源

數(shù)控實驗臺主要有兩部分組成:

1.硬件

2.軟件（１）斷路器（２）接觸器（３）繼電器（３）滅弧器（４）開關(guān)電源（５）熔斷器（６）行程開關(guān)霍爾開關(guān)（７）控制按鈕（８）指示燈

1、數(shù)控實驗臺電器元件清單

1）HNC-21TF數(shù)控裝置；

2）日立變頻器及三相異步電機；（主軸）

3）雷塞M535步進驅(qū)動器及57HS13步進電動機；（X軸）

4）松下MINAS交流伺服驅(qū)動器及MSMA022A1C交流伺服電機；（Z軸）

5）滾珠絲桿工作臺;6）四工位刀架及刀架電機;7）光柵尺;8）磁粉制動器（模擬主軸負載）;9）數(shù)控機床常用的一些電器部件,主要有：

§1.硬件介紹數(shù)控實驗臺電器元件清單以及電氣原理圖：滾珠絲桿工作臺主軸電機數(shù)控裝置及其控制器件配電板2、數(shù)控實驗臺電氣原理圖：分為主電路、控制電路

1）主電路（強電回路），作用：

（1）反映各部件所需電源的來源情況；

各部件包括：交流伺服驅(qū)動器的主電源AC200V；刀架電機的電源AC380V；步進驅(qū)動器的電源DC36V；交流伺服驅(qū)動器控制板的電源AC220V、KM1、KM2線圈的電源AC220V；CNC電源DC24V、外部運行允許信號KA9線圈的電源DC24V、輸出端子板的電源DC24V;輸入端子板DC24V1、伺服允許信號KA10電源、交流伺服驅(qū)動器邏輯電路的電源DC24V1。

（2）反映直接使用交流強電部件的控制情況；

如：伺服變壓器、機床控制變壓器、開關(guān)電源VC1、整流橋VC2等。

2）控制電路：分為交流控制電路、直流控制電路交流控制電路：所使用的電源為交流（如：刀架正反轉(zhuǎn)電路）；直流控制電路：所使用的電源為直流（外部運行允許和伺服允許電路）；控制電路的作用：對強電的控制對象實現(xiàn)邏輯控制（如：主軸電機，刀架電機；X、Z軸進給電機）。

220A220B100DC24V220CW2V2U2GND+V1W1V1U1WZVZUZW11V11U11UVWKM19A伺服變壓器TC2(0.2KVA)380VAC/220VAC主軸變頻器控制變壓器TC1/750W總開關(guān)QF1/10AQF2/6ARSTKM29AL1L2L3MS3~200WB+A-A+200WB-步進驅(qū)動控制電源伺服驅(qū)動動力電源AC380AC220AC24V整流橋（AC24V/DC36V）開關(guān)QF4/3A開關(guān)電源VC1/6.5A開關(guān)QF3/3A刀架電機Z軸伺服電機伺服驅(qū)動器X軸步進電機主軸電機1、CNC電源2、KA10線圈電源3、伺服驅(qū)動器邏輯電源1、刀架互鎖控制回路2、伺服驅(qū)動控制電源1、交流伺服驅(qū)動器：（動力）電源（AC200V）、控制電源（AC220V）、邏輯電源（DC24V1）；2、步進驅(qū)動：（動力、控制）電源（DC36V）；3、主軸變頻器：（動力）電源（AC380V）；4、刀架電機（AC380V）；刀架電機控制回路電源（AC220V）；5、CNC電源（DC24V）；6、I/O板電源（DC24V1）；7、伺服允許信號KA10的電源（DC24V1）；8、急停（外部運行允許KA9）控制電路的電源（DC24V）；24V124VKA91、輸出端子板工作電源2、輸入端子板工作電源3、KA9線圈電源步進驅(qū)動器M3～M3～100刀架電機控制電路繼電器板KA4KM1刀架正轉(zhuǎn)繼電器板KA5RC2KM2刀架反轉(zhuǎn)KM2KM1K7K8K9K10113114220A220BRC1電動刀架的換刀過程：電動刀架為4工位，采用蝸輪蝸桿傳動，機床接收到換刀指令后，刀架電機先正轉(zhuǎn)進行松開并分度控制，分度過程采用時間檢測（10s），超過檢測時間，系統(tǒng)就發(fā)出換刀超時故障報警。當轉(zhuǎn)塔分度到位后（取應答開關(guān)信號），刀架電機反轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)塔刀架進行鎖緊和定位（1s）。時間過長會引起電機過載甚至燒毀（堵轉(zhuǎn)）。111112急停與超程解除的設計

HNC-21數(shù)控裝置操作面板和手持單元上，均設有急停按鈕。急停按鈕作用：

a.當數(shù)控系統(tǒng)或數(shù)控機床出現(xiàn)緊急情況，按下急停按鈕，切斷動力裝置（如變頻器、伺服驅(qū)動器等）的輸出電源，使機床的動作立即停止，保護設備及人身安全；

b.當數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)級別高的故障報警信息后，起復位作用。級別低的報警自動復位（如超程）；級別高的報警，故障原因解除后，須按急停按鈕來進行復位（如：定位允差報警）。

※設計急停電路時，通常是將急停按鈕觸點與所有機床坐標軸的正、負限位開關(guān)的觸點串接在一起。急停回路24V100機床控制面板SB1127OT1OT2ES1ES3外部運行允許急停超程解除（ESTOP1）（ESTOP3）X0.0X0.1。。201SQX-3。。SQX-1X0.2X0.3。。202SQZ-1。。204SQZ-3128

繼電器板KA924V1

繼電器板KA10K18K17J3/015伺服允許X軸正極限開關(guān)X軸負極限開關(guān)Z軸正極限開關(guān)Z軸負極限開關(guān)PLC的輸入信號Y17機床控制面板特點：☆.擁有8個單觸點固態(tài)繼電器和兩個雙觸點直流繼電器?！?可接16路NPN開關(guān)量信號輸出和急停(兩位)與超程(兩位)信號（共20個輸出信號）?！酒渲?路NPN開關(guān)量信號輸出用于控制八個固態(tài)繼電器線圈,另8路NPN開關(guān)量信號由接線端子引出，控制其它電器。兩個雙觸點直流繼電器線圈由外部電路單獨控制】。刀架正轉(zhuǎn)刀架反轉(zhuǎn)主軸正轉(zhuǎn)主軸反轉(zhuǎn)急停超程解除外部運行允許伺服允許CNC電源8路輸出設計數(shù)控機床急?；芈返膸c建議:

§1.在設計急?；芈窌r,急停信號及超程解除信號等內(nèi)部電路的關(guān)系和外部電路的設計,應參閱圖2.10.1。

§2.除數(shù)控裝置操作面板和手持單元處的急停按鈕外，系統(tǒng)還可根據(jù)實際需要，增設更多急停按鈕，其觸點相互串接。

§3.

采用外部運行允許中間繼電器KA的一組常開觸點，連接到PLC輸入端。當電路斷開時(壓急停按鈕或限位開關(guān)),向系統(tǒng)發(fā)出急停報警。此信號在打開急停按鈕時,又作為系統(tǒng)的復位信號。x軸限位、回零開關(guān)的接線RVVP4*2*0.21786+T-XT42.5米103X00201100202X01+E-WE2201100X049X00100X04X01202201焊到限位開關(guān)壓叉子(U1.5-3)X軸限位開關(guān)-SQX-2-SQX-3-SQX-1剝開280mm剝開150mm剝開220mmX軸正限位開關(guān)X軸負限位開關(guān)X軸回零開關(guān)聚氯乙稀屏蔽電纜信號端子牌輸入端子板X軸限位、回零開關(guān)內(nèi)部觸點接線圖X軸負極限開關(guān)X軸正極限開關(guān)100201100X軸參考點開關(guān)-SQX-2-SQX-3-SQX-1X04X01X00201202COMCOMCOMNCNCNONONONC:常閉觸點；NO:常開觸點PLCPLCPLCz軸限位、回零開關(guān)的接線圖45122+T-XT419X02204202127204+E-WE3X03100X0511X03X02100202X05204127焊到限位開關(guān)壓叉子(U1.5-3)

RVVP4*2*0.212.5米Z軸限位、回零開關(guān)剝開280mm剝開150mm剝開220mm-SQZ-2-SQZ-1-SQZ-3Z軸正限位開關(guān)Z軸負限位開關(guān)Z軸回零開關(guān)聚氯乙稀屏蔽電纜輸入端子板信號端子牌z軸限位開關(guān)內(nèi)部觸點接線圖204202100Z軸正極限開關(guān)Z軸參考點開關(guān)Z軸負極限開關(guān)-SQZ-2-SQZ-1-SQZ-3X05X03X02204127COMCOMCOMNCNCNONONONC:常閉觸點；NO:常開觸點PLCPLCPLC24VG14,15,1,2,678910111213453,161718192021222324255VG+5VHBHAO28O29O30O31I32I33I34I35I36I37I38I39ESTOP3ESTOP2+24VCNC的XS8接口AB+5V5VGPEAB+5V5VG桿型接線柱壓叉子(OT1.5-6)RVVP4*0.210.8米短接+E-WE4手搖脈沖接口的接線圖實驗臺上因無手持單元急停開關(guān),故ESTOP2與ESTOP3端口短接手輪AB+5V5VG聚氯乙稀屏蔽電纜插頭

X00X10X01X02X03X04X05X06X07X11X12X13X14X15X16X17X20X21X22X2324VG14,15,1,2,I06789101112134516171819202122232425I0I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12I13I14I15I16I17I18I1914,15,1,2,6789101112134516171819202122232425+P-XS10+M-SQX-1+M-SQZ-3+M-SQZ-1+M-SQX-3+M-SQX-1+M-SQZ-2Z軸伺服報警伺服準備好變頻器故障輸入手搖選擇X軸59手搖選擇Z軸K1K01號刀2號刀3號刀4號刀+E-WEPLCX31/02/B471/02/D371/02/D250/01/D241/01/D241/01/D241/01/D201/01/A9實驗臺輸入開關(guān)量信號的示意圖外部運行允許+T-KA9Z軸回零X軸回零Z軸負限位Z軸正限位X軸負限位X軸正限位10024V霍爾開關(guān)PLC輸入互聯(lián)電纜（輸入端子板與CNC連接的電纜）DB25頭針座孔電柜PLC輸入端子板插頭、插座25芯頭針座孔100100X16X14X12X10X06X04X02X00X20X01X05X03X07X11X15X13100X21X17100-XP1024VG24VG24VGI15I13I11I9I7I5I3I1I17I0I2I6I4I8I10I14I12I1624VG+E-WEPLCX+P-XS10+T-APHX1RVVP25X0.21RVVP25*0.2110932122052342272562481121113161514181719109325476811211131615141817192120232225241001001001001093254768112111310932547681121113161514181719212023222524161514181719212023222524A?100100100100X16X14X12X10X06X04X02X00X20X01X05X03X07X11X15X13X21X17X16X14X12X10X06X04X02X00X20X01X05X03X07X11X15X13X21X17PLC輸入互聯(lián)電纜I19I18X23X22X23X22X23X220.7m輸入端子板側(cè)插座輸入端子板側(cè)插頭CNC側(cè)插頭CNC側(cè)插座輸入端子板接線端子信號伺服報警實驗臺輸出開關(guān)量信號的示意圖CNC輸出接口信號輸出端子板PLC輸出互聯(lián)電纜（CNC與輸出端子板連接的電纜）DB25頭孔座針電柜PLC輸出板25芯頭孔座針PLC輸出互聯(lián)電纜1093212205234227256248112111316151418171910932547681121113161514181719212023222524-XP52+T-XS52Y14Y12Y10Y06Y04Y02Y00Y01Y03Y05Y07Y11Y1314Y12Y10Y06Y04Y02Y00Y01Y03Y05Y07Y11Y13Y17100+E-WEPLCYRVVP25X0.21Y15Y16128127Y15Y16128127127100100Y14Y12Y10Y06Y04Y02Y00Y01Y03Y05Y07Y11Y13Y17100Y15Y161281271093254768112111310932547681121113161514181719212023222524161514181719212023222524-XP20100100100127100100100127100100RVVP25*0.210.8m輸出端子板側(cè)插座輸出端子板側(cè)插頭CNC側(cè)插頭CNC側(cè)插座-XS2032547613254176（針）（孔）24VGPE24VG+24V+24V100PE10024V24V電源插座+P-XS1

電源插頭+P-XP1

世紀星電源電纜線接開關(guān)電源+24V+T-SDMZ200WSANYODENKIACSERVODRIVECN1Z/ZB/BA/A0V+5VFG78563417,199,12CN2A-RSTCONT-COMOUT-PWRS-RDYP-ONA-RDY3456784939404132335024V24VX20Rvv4X0.34mm2+E-WEPOXRvvp2*6*0.14mm+E-WEPGZZ/ZB/BA/A0V+5VFG(紅)(白)(黑)(綠/黃)PEACSERVOMOTORMS3~+M-MZPGUZVZWZUZVZWZX21RSTrtRVV4X1.5RSTUVW9220A220BCNARVV2X0.523PE32154876Z軸伺服電機1.5米1.5米K27CP0+CP0-DIR0+DIR0-K28330Rvvp2*6*0.14mmCNC0V+5V16,18,2010,11綠黑黃棕藍紅紫白K21K22332100OA+OA-OB+OB-OZ+OZ-GNDF-PCR-PC2627282912/F-PC/R-PCZ軸伺服模塊接線圖使能SRV-ONCNCXS32接口+KA10+KA9專用信號電纜輸入端子板X2.0:伺服準備好X2.1:伺服報警伺服驅(qū)動邏輯電源（DC24V）交流伺服驅(qū)動器（動力）電源（AC200V）伺服驅(qū)動器控制電源（AC220V）專用信號電纜編碼器的反饋線伺服驅(qū)動控制電源（AC220V）：指驅(qū)動器自身控制板卡、面板顯示等內(nèi)部電路工作用的電源。伺服驅(qū)動邏輯電源（DC24V）：指驅(qū)動器的開關(guān)量、模擬量等邏輯接口電路工作或電平匹配的電源。交流伺服驅(qū)動器（動力）電源（AC200V）：由伺服變壓器提供，經(jīng)變換,驅(qū)動電動機運行的電源。112233外部運行允許交流伺服驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)圖電源模塊功率模塊主電路結(jié)構(gòu)圖控制模塊電源模塊功率模塊速度信號位置信號CNC速度給定信號（CNC）PC模擬量交流伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖控制原理:速度給定指令VCMD與速度負反饋電壓比較、輸出速度誤差信號，經(jīng)調(diào)節(jié)器放大，作為轉(zhuǎn)矩指令輸出，轉(zhuǎn)矩指令信號通過乘法器，分別與轉(zhuǎn)子位置計算回路中輸出的sinθ和sin(θ－240°)算子相乘，其乘積作為電流指令信號輸出。電流指令又與電流負反饋信號相比較后，產(chǎn)生電流誤差信號。電流誤差信號經(jīng)放大，輸出到PWM控制回路，進行脈寬調(diào)制控制。輸出脈寬調(diào)制信號，控制功率晶體管導通與截止，使逆變器輸出變頻變壓的三相交流電源，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。改變VCMD→改變脈寬調(diào)制信號的電壓占空比→改變交流電的幅值和頻率。速度給定指令（CNC）轉(zhuǎn)矩指令信號電流指令信號Ui電流負反饋脈寬調(diào)制信號CNC整流電路濾波電路逆變電路電流互感器基極驅(qū)動電路△Ui△UnDIR：方向電平信號，控制電機的旋轉(zhuǎn)方向；DIR+：方向電平信號正端DIR-：方向電平信號負端CP:步進脈沖信號，控制電機的運行速度及位移量；CP+：脈沖信號正端CP-：脈沖信號負端每當一個脈沖信號輸入給光藕，光藕就輸出一個脈沖信號。連續(xù)不斷的脈沖信號控制電機的運行。利用高低電平來控制電機正/反轉(zhuǎn)。高電平時，光藕工作，輸出信號為“1”，電機正轉(zhuǎn)；低電平時，光藕不工作，輸出信號為“0”，電機反轉(zhuǎn)；CNCCNC輸出接口輸出的脈沖信號Z軸伺服電機編碼器碼盤線焊接圖7

RVVP6*2*0.14+E-WEPGZZZ-BB-AA-0VFG2米+5V三洋電機端口MS3~PG

CN2（驅(qū)動器接口）伺服電機碼盤線黃棕綠藍紅紫黑白Z/ZB/BA/A0V+5VFG78563417,199,120V+5V16,18,2010,11三洋驅(qū)動編碼器接口屏蔽線接地聚氯乙稀屏蔽電纜12*0.14mm2其中：A、/A，B、/B為編嗎器的位置反饋信號；

Z、/Z為速度反饋信號；Z軸伺服電機電源線連接圖RVV5X0.5(紅)(白)(黑)(綠/黃)PEMS3~+M-MZUZVZWZUZVZWZUVW9PE8762米三洋伺服+E-WEPOZ伺服驅(qū)動器電源輸出接口XS10XS20XS8XS9XS30XS32XS31XS1XS4開關(guān)量輸入端子板開關(guān)量輸出端子板手輪主軸變頻器主軸電動機步進驅(qū)動器步進電動機交流伺服單元交流伺服電機光電編碼器光柵尺軟驅(qū)開關(guān)電源十字工作臺閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)控裝置HNC-21T數(shù)控實驗臺各功能部件的連接框圖控制信號電纜轉(zhuǎn)換接頭主軸變頻器信號線焊接圖主軸變頻器CNC/XS9主軸接口

DB15座針DB15頭孔-XP9A+A-B+B-Z+Z-GNDGNDOUT1OUT2GNDGNDGNDDAS+DAS0+E-WEDASRVVP3X0.21093254768112111315143254768191211131514DAS0DAS++5V+5V1米1199103146712135158151413壓針后接至變頻器控制端口RVVP：聚氯乙烯屏閉電纜主軸變頻器與電機及控制器的連接圖KA1KA2+M-M1WVU0V10001/01/B4U1V1W1X22DAS+DAS0505506509+T-US主軸變頻器正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)公共端主速指令主軸電機故障輸出L1L2L312P24OLAL1AL0T1T2T3K1K2K3K4SJ100-007HFE接XS9口RVV4X1.5RVV4X1.5UVW0.55KW送至輸入端子板接口1122334455變頻器接口信號:主電源接口CNC信號接口控制信號接口變頻器故障輸出接口變頻器電源輸出接口主軸電機電源線焊接圖U1V1W1RVV4X1.57W8V9U1-XT2U1V1W1主軸電機電源線+M-M1+T2米2W3V4U1+E-WEPOSPEPE電機接線盒強電端子牌變頻器電源輸出步進電機指令線焊接圖325476811093254768112111315141091211131514CNC/XS30接口

DB15頭孔CP-CP+DIR+DIR-RVVP4×0.21－XP30+E-WECOMX1.2米CP-CP+DIR+DIR-

步進電機指令線

A/A-P-P+D+D-+V1GND+V1GND+VGND1.2米RVV2*0.5SDMX119922101034146712411114136512515815714813步進驅(qū)動器電源步進驅(qū)動器指令接口輸出電源接口/B-BCNC步進驅(qū)動器電源接口指令接口電動機驅(qū)動接口整流橋步進驅(qū)動器與CNC及步進電機的接線圖ABAB電機為四相混合式步進電機ABAX軸電機-+12345614715819210311412513世紀星HNC-21XS30A+A-B+B-Z+Z-+5V+5VGNDGNDCP+CP-DIR+DIR-PUL+PUL-DIR+DIR-P1P2步進驅(qū)動器MS535BDACBDAC電機57HS13混合步進電機A+A-B+B-AC30V

指令接口電源接口電動機驅(qū)動接口步進電機與控制器連接框圖步進電機電源線A+A-B+RVV5X0.5+E-WEPOX13B+2A-1A+4-XT3A+B+A-雷賽驅(qū)動+T1.1米11B+10C+9A+12B-B-PE51D+B-PE壓叉子（1.5-3)壓針說明：注意接線端子上的編號步進驅(qū)動器接口步進電機電源線控制信號端子排接步進電機EDCBAABZ+5VGND光柵尺PEABZ+5VGND屏蔽5*0.250.5米ABZ19210311413ABZ+5VGNDABZXS32數(shù)控裝置XS32接口數(shù)控裝置與光柵尺的連接圖讀數(shù)頭(固定)轉(zhuǎn)換接頭位置閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試

（1）線路檢查由強到弱，按線路走向順序檢查

1）變壓器規(guī)格和進出線的方向和順序是否正確。

2）主軸電機、伺服電機強電電纜的相序。

3）DC24V電源極性連接是否正確。

4）步進驅(qū)動器直流電源極性連接是否正確。

5）所有地線都應可靠接地。步驟：（2）系統(tǒng)調(diào)試

1）通電

a）按下急停按鈕，斷開系統(tǒng)中所有空氣開關(guān)。

b）合上空氣開關(guān)QF1。

c）檢查變壓器TC1電壓是否正常。

d）合上控制DC24V的空開QF4，檢查DC24V電源是否正常。

HNC-21數(shù)控裝置通電，檢查面板上的指示燈是否點亮。

HC5301-8輸入開關(guān)量接線端子板和HC5301-R繼電器板(輸出端子板)的電源指示燈是否點亮。e）用萬用表測量步進驅(qū)動器直流電源+V和GND兩腳之間電壓應為DC+35V左右，合上控制步進驅(qū)動器直流電源空氣開關(guān)QF3。f）合上空氣開關(guān)QF2。g）檢查變壓器TC1電壓是否正常h）檢查設備用到的其他部分電源是否正常。i）通過查看PLC狀態(tài)，檢查輸入開關(guān)量是否和原理圖一致。2）系統(tǒng)功能初步檢查

a）左旋并拔起操作臺右上角的“急?！卑粹o使系統(tǒng)復位，系統(tǒng)默認進入“手動”方式，軟件操作界面的工作方式變?yōu)椤笆謩印?。b）按壓“+X”或“-X”按鍵（指示燈亮），X軸應產(chǎn)生正向或負向連續(xù)移動。松開“+X”或“-X”

按鍵（指示燈滅），X軸即減速停止。用同樣的操作方法，使用“+Z”、“-Z”按鍵可使Z軸產(chǎn)生正向或負向連續(xù)移動。c）在手動工作方式下，以低速分別點動X、Z軸，使之壓限位開關(guān)，仔細觀察是否壓到限位開關(guān)：●若到位后，壓不到限位開關(guān)，應立即停止點動,手動調(diào)整SQ位置,直至壓合； ●若壓到限位開關(guān)，仔細觀察坐標軸是否立即停止，同時軟件操作界面是否出現(xiàn)急停報警?！癞敵霈F(xiàn)超程報警時，解除方法：左手按壓“超程解除”按鍵，右手按壓該軸相反方向鍵，使坐標軸退出限位。

檢查完X、Z軸正、負限位開關(guān)后，手動將工作臺移回中間。d）按一下“回零”按鍵，軟件操作界面的工作方式變?yōu)椤盎亓恪薄０匆幌隆?X”和“+Z”按鍵，檢查X、Z軸是否回參考點?；貐⒖键c后，“+X”和“+Z”

指示燈應點亮。e）在手動工作方式下，按一下“主軸正轉(zhuǎn)”按鍵（指示燈亮），主軸電機以參數(shù)設定的轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)，檢查主軸電機是否運轉(zhuǎn)正常，按壓“主軸停止”，使主軸停止正轉(zhuǎn)。按一下“主軸反轉(zhuǎn)”按鍵（指示燈亮），主軸電機以參數(shù)設定的轉(zhuǎn)速反轉(zhuǎn)，檢查主軸電機是否運轉(zhuǎn)正常，按壓“主軸停止”，使主軸停止反轉(zhuǎn)；f）在手動工作方式下，按一下“刀號選