运动控制器与交流伺服系统的调试和应用

本书以三菱QD77运动控制器为例介绍了运动控制器的功能、运动程序的编制方法以及各种运动功能的实现和运动控制指令的使用；以三菱MR-J4 交流伺服驱动系统为例介绍了交流伺服系统的工作原理，技术规格、连接和设置、参数的定义和设置以及整机的调试和振动的消除。本书还提供了多个交流伺服系统的应用案例，介绍了运动控制器与交流伺服系统在包装机械、印刷机械、电子机械、压力机，热处理机床和生产流水线上的实际应用。从解决方案到实际调试经验都有翔实的介绍。
　　本书以实用、现场操作为主，尽量让读者能够通过对本书的阅读学习循序渐进地掌握解决实际问题的方法。
　　本书适合自控工程技术人员、机床电气技术工程师、自动化机床设备操作工和维修工程师以及高校教师、本科及高职高专学生阅读。

该作者于1982年毕业于上海交通大学，现在上海东行自动化公司工作。长年从事数控自控研发工作，具有丰富的数控自控项目的研发经验。

前言
第1章迅猛发展的运动控制器与交流
伺服系统技术1
11什么是运动控制和运动控制器1
12通用型运动控制器1
121通用型运动控制器的分类1
122通用型运动控制器具备的功能2
123运动控制器系统的构成3
13运动控制器应用领域和发展趋势3
14运动控制器是工业自动化领域新的
潮流和支柱5
15我国运动控制器行业的市场规模6
16焊接生产线控制系统的解决方案6
161焊接生产线的工作要求6
162解决方案7
第2章运动控制器技术性能及选型9
21QD77运动控制器技术规格和功能9
22主要功能和技术名词解释11
第3章运动控制器安装配线及外部
信号连接12
31系统配置与配线12
311运动控制器在控制系统中的
位置12
312QD77内部规定的输入/输出
信号13
32运动控制器与PLC CPU之间的输入/
输出信号14
321输入信号14
322输出信号16
33与外部设备的接口18
331外部信号18
332输入信号19
第4章运动控制器的参数23
41参数23
42参数的详细解释26
421基本参数126
422基本参数227
423详细参数128
424详细参数233
425回原点参数136
426回原点参数237
第5章运动控制器的基本定位运动
控制39
51QD77的定位数据39
511点到点的定位流程39
512定位数据的内容存放和设置40
52对定位数据的解释41
521运行模式——Da141
522运动指令——Da242
523加速时间编号——Da343
524减速时间编号——Da443
525设置在2轴插补运行的“对方
轴”——Da543
526设置定位地址/移动
量——Da643
527设置圆弧地址——Da744
528设置指令速度——Da844
529设置停留时间或JUMP指令的跳
转目标点——Da944
5210设置M指令/条件数据编号/循环
执行次数——Da1045
53定位数据的使用要点46
第6章运动控制器的运动控制型
指令47
61运动指令47
62运动指令详解48
6211轴直线控制48
6222轴直线插补49
6233轴直线插补51
6244轴直线插补52
625定长进给53
626圆弧插补55
627速度控制59
628速度/位置切换控制62
629位置/速度切换控制65
6210更改当前值65
6211NOP指令66
6212JUMP指令66
6213LOOP指令和LEND指令68
63运动指令的简明分类69
第7章运动控制器的高级运动控制70
71高级运动控制的定义70
72运动块的定义70
73程序区的定义72
74运动块数据的设置74
741启动数据的设置76
742条件数据的设置77
743设置样例79
744多轴同时启动80
745无条件循环81
746有条件循环81
75高级定位的PLC程序编制82
第8章运动控制器的功能型控制
指令84
81系统控制指令84
82轴运动控制指令85
83扩展轴控制指令97
第9章运动控制器的工作状态监视
接口98
91系统状态的监视信号98
92轴运动状态的监视信号102
第10章回原点及点动模式112
101JOG运行112
1011JOG运行的定义112
1012JOG运行的执行步骤112
1013JOG运行所需要设置的参数114
1014JOG运行的PLC程序的编制115
102微动运行116
1021微动运行的定义116
1022微动运行的PLC程序的编制117
103回原点运行118
1031回原点的一般过程和技术术语118
1032回原点参数的设置119
1033编制回原点的PLC程序120
第11章手轮模式121
111手轮模式概述121
112常用手轮的技术规格121
1121技术规格122
1122对手轮技术术语的说明123
113手轮与控制器的连接126
1131运动控制器的接口126
1132与手轮相关的各引脚定义126
1133差分型手轮的连接126
1134集电极开路型手轮的连接127
1135接线示例128
114手轮脉冲的移动量129
115手轮运行执行步骤129
1151基本步骤129
1152手轮运行必须使用的参数130
1153手轮运行的启动条件130
116编制手轮运行的PLC程序132
第12章自动模式134
121自动模式的选择设置工作流程134
122指令设置135
123参数设置136
124编制自动模式的PLC程序137
第13章运动控制器的辅助功能139
131辅助功能概述139
132回原点辅助功能140
1321任意位置回原点功能140
1322原点移位调整功能142
133用于补偿控制的功能144
1331反向间隙补偿功能144
1332行程补偿功能（调整电子齿
轮比）144
1333连续轨迹运行的减振功能145
134限制功能145
1341速度限制功能146
1342转矩限制功能146
1343软限位148
1344硬限位150
1345紧急停止功能152
135更改控制内容的功能153
1351速度更改功能153
1352速度倍率调节功能155
1353转矩更改功能156
1354目标位置更改功能157
136位置检测系统160
137其他功能161
1371单步运行161
1372中断跳越功能162
1373M指令163
1374示教功能165
第14章编制运动控制器相关的PLC
程序168
141为什么要编制PLC程序168
142编制PLC程序前的准备工作168
143编制PLC程序的流程174
1431程序结构174
1432设置参数和定位数据的PLC程序
模块175
1433初始化程序175
1434常规工作程序176
1435辅助功能程序176
144对PLC程序的详细分段解释177
1441工作模式选择177
1442JOG模式178
1443手轮模式178
1444回原点模式179
1445自动模式181
1446M指令的处理方法182
1447速度倍率183
1448单步运行183
1449跳越运行185
14410示教运行185
14411连续运行中的中断停止186
14412重启186
14413改变目标位置值187
14414更改转矩187
14415初始化程序187
第15章伺服系统的技术规格及
选型192
151伺服系统的基本性能指标192
152控制模式及性能指标194
1521位置控制模式194
1522速度控制模式194
1523转矩控制模式194
1524保护功能194
153基本功能说明194
154伺服驱动器与伺服电动机组合使用196
第16章伺服系统连接及配线197
161主电源回路/控制电源回路接线197
162接通电源的步骤198
163位置控制模式接线图199
1631接线说明199
1632信号详细说明200
164速度控制模式202
1641概述202
1642设置203
165转矩控制模式205
1651概述205
1652设置206
166位置/速度切换控制工作模式208
167速度/转矩切换控制工作模式209
168转矩/位置切换控制工作模式210
169报警发生时的时序图210
1610带电磁制动器的伺服电动机210
1611接地214
第17章伺服驱动器输入/输出信号及
配线216
171输入信号216
172输入信号的详细说明218
173输出信号221
174输出信号的详细说明222
175第2类输入信号223
176第2类输出信号224
177电源端子224
178I/O端子使用详细说明224
1781开关量输入/输出225
1782脉冲输入225
1783脉冲输出226
1784模拟量输入227
1785模拟量输出227
第18章伺服系统的参数228
181参数组的分类228
182基本参数229
183增益及滤波器参数237
184速度控制和转矩控制模式的参数247
185关于模拟量监控259
186定义输入/输出端子功能的参数263
第19章伺服系统的调试268
191伺服调试的理论基础268
1911伺服系统调试的三环理论268
1912伺服系统的一般调节方法269
1913速度控制特性及整定269
1914位置控制特性及整定270
1915过象限误差270
192通用伺服系统的调试271
1921调试模式的选择271
1922各调试模式功能概述272
193自动调试模式下的调试方法273
1931自动调试模式1273
1932自动调试模式2274
1933自动调试模式的动作274
1934调试的注意事项275
1935自动调试模式的调试顺序275
1936伺服系统响应性设置277
194手动模式的调试方法278
1941速度控制模式的调试278
1942位置控制模式的调试279
195插补模式的调试方法281
1951相关参数281
1952调试顺序281
第20章消除振动的方法283
201可能发生的振动类型283
202滤波器的设置和使用283
2021机械系统共振的处理对策——消振
滤波器的设置284
2022高频共振的处理对策——高频消振
滤波器的设置285
2023滚珠丝杠类振动及处理对策287
2024工件端部振动及支架晃动的处理
对策1287
2025对工件端部振动及支架晃动的处理
对策2——指令型陷波滤波器290
第21章制定运动控制型项目的解决
方案293
211制定解决方案的流程293
212项目背景调查293
213机床或生产线的基本要求294
214生产线工艺流程图295
2141生产线的总工艺流程图295
2142焊接机工艺流程图296
215确定控制方案298
216控制程序构建298
2161PLC顺控程序结构298
2162运动部分的PLC程序结构300
第22章运动控制器在大型曲轴热处理
机床上的应用302
221机床结构及功能302
222热处理机床的工作流程303
223控制系统的解决方案304
224运动控制器应设置的数据304
225运动流程的构成311
2251运动流程的构成方案及比较311
2252编制PLC程序的关键要点312
第23章电容老化滚筒机床运动控制
系统的技术开发314
231旋转滚筒机床的运动控制要求314
232控制系统的配置315
233运动控制方案的制定315
2331基本刚性坐标系315
2332旋转排架动态位置的确认316
2333对定位程序的处理317
234滚筒机床回原点的特殊处理319
2341滚筒机床设置原点的要求319
2342计数型回原点方式319
2343原点移位调整功能的使用320
235环形运动机械的行程限制321
236伺服电动机调整的若干问题323
2361伺服电动机上电后出现剧烈
抖动323
2362伺服电动机上电和断电时负载突然
坠落324
2363伺服电动机定位时静态转矩
不足324
2364全部加载后性能有明显变化325
237小结325
第24章运动控制器转矩限制技术在
伺服压力机上的应用326
241压力机控制系统的构成及压力控制
要求326
242压力机工作压力与伺服电动机转矩的
关系327
243实时转矩控制方案327
2431实时转矩值的读取327
2432实际自动工作状态转矩值的
测试327
2433实时转矩控制的PLC程序329
244转矩限制方案329
2441作为控制指令的转矩限制指令329
2442使用转矩限制指令的若干问题330
2443关于报警331
245小结331
第25章多辊彩印刷机运动控制系统的
设计及伺服系统调试332
251项目要求及主控制系统方案332
2511项目要求332
2512主控制系统方案332
252同步控制设计方案333
253伺服系统的调试334
2531同步运行精度超标334
2532对伺服电动机工作参数的
调整335
2533总结337
254对系统稳定性的判断和改善337
2541机械减速比的影响337
2542改变机械系统减速比提高系统的
稳定性338
255小结338
第26章运动控制器及交流伺服系统在钢
条分切机生产线上的应用339
261项目综述339
262各工步工作内容详述339
263控制方案340
264控制系统硬件配置341
265PLC程序结构341
266张力控制过程343
267小结345
第27章变频器伺服运行技术开发346
271对硬件的要求346
272FR-A7NS SSCNET Ⅲ通信卡的技术
规格及使用347
273变频器相关参数的设置349
274运动控制器系统构成及设置350
275运动程序的编制351
2751回原点351
2752定位351
276虚模式下的同步运行351
277变频器做定位控制的硬件配置及定位
精度352
278FR-A7AP卡的安装与接线352
279变频器参数的设定354
2710定位过程355
2711小结356
第28章简易运动控制器在专用机床
控制系统上的应用357
281项目背景357
282控制系统方案及配置357
2821方案及配置357
2822简易运动控制单元FX2N-1PG丰富
的功能357
283基于1PG的自动程序编制358
284位置检测系统的建立359
285定位不准的问题及解决方法360
286小结361
第29章PLC位置控制系统中手轮的
应用技术开发362
291FX PLC使用手轮理论上的可能性362
292PLC程序的处理363
2921手轮的输入信号363
2922对手轮模式下启动信号的处理364
2923提高PLC处理速度响应性的
方法364
第30章电阻生产线电气控制系统的
技术开发366
301项目综述366
302工艺流程和各工步内容详述366
303程序设计及控制方案367
3031主要控制对象367
3032数据采集及传送保存368
3033数据识别方案368
304主要PLC程序结构371
305小结373
参考文献374

21世纪的今天，自动化技术的发展可谓一日千里，各种新技术层出不穷，特别是在机床控制和驱动技术方面，昨日还是庞大的减速箱，今天却是配置伺服电动机和运动控制器，实现微米级的高精度加工了。交流伺服系统和运动控制器在制造业的方方面面已经得到广泛应用，成为自动化技术发展中一波巨大的浪潮，这一波浪潮在中国制造崛起的前夜来得恰是时候。
　　本书是作者大量工程实践的经验总结。有过失败，有过教训，有过成功，有过设计技术方案前的通盘规划，有过调试现场的思索和彷徨。
　　本书第1章介绍了迅猛发展的运动控制器的类型、应用领域和规模、发展趋势、市场前景预测等内容。
　　第2~第14章以三菱QD77运动控制器为例详细地介绍了运动控制器的技术指标、连接配线、参数设置、基本运动程序和高级运动程序的设置方法，特别介绍了编制PLC程序的方法。运动控制器是一个数控系统，可以适用于现有的绝大部分运动机械。
　　第15~第20章从实用的角度对交流伺服系统做了全面的介绍。在这些章节中详细地介绍了交流伺服系统的选型及使用方法，各参数的定义和设置，以及整机的调试方法和消除振动的方法，这些内容是作者对伺服控制理论的验证过程，具有很强的实用价值。
　　第21~第30章详细介绍了运动控制器和交流伺服系统在各实际项目中的应用。这些项目都是作者实际设计和调试过的项目，其中的经验教训来之不易。作者经过认真总结，愿与读者分享。
　　如果本书能够给机床电气技术人员、调试工程师和自控工程从业人员和广大的读者一些帮助，即实现了作者写这本书的初衷。

作者2021年4月