西门子SINAMICS V90伺服驱动系统从入门到精通

随着计算机技术的发展，以可编程控制器（PLC）、变频器、伺服驱动系统和计算机通信等技术为主体的新型电气控制系统已经逐渐取代传统的继电器控制系统，并广泛应用于各个行业。为此我们推出了《老向讲工控丛书》。

本套丛书主要包括三菱FX3U PLC、FX5U PLC、iQ-R PLC、MR-J4/JE伺服系统，西门子S7-1200 /1500 PLC、SINAMICS V90伺服系统等内容，总结了笔者十余年的教学经验及工程实践经验，将更丰富、更实用的内容呈现给大家，希望能帮助读者全面掌握PLC的编程及应用。《丛书》具有以下特点。

（1）内容全面，知识系统。既适合初学者全面掌握工控技术，也适合有一定基础的读者结合实例深入学习工程应用。

（2）实例引导学习。大部分知识点采用实例讲解，便于读者举一反三，快速掌握编程技巧及应用。

（3）案例丰富，实用性强。精选大量工程实用案例，便于读者模仿应用，重点实例都包含软硬件配置清单、原理图和程序，且程序已经在PLC上运行通过。

（4）对于重点及复杂内容，配有大量微课视频。读者扫描书中二维码即可观看，配合文字讲解，学习效果更好。

 

 

本书采用双色图解的方式，系统地介绍了西门子SINAMICS V90伺服驱动系统的应用技术及工程案例，内容主要包括：伺服驱动器的工作原理；西门子SINAMICS V90伺服驱动系统及其接线；V90伺服驱动系统的参数设置；V90伺服驱动系统速度控制；V90伺服驱动系统位置控制；V90伺服驱动系统扭矩控制；V90伺服驱动系统的工程应用；等等。

本书知识体系完整、内容丰富、技术先进、重点突出、案例丰富，理论与实践相结合。为方便读者理解并提高学习效率，本书在关键知识点配有丰富的微课视频来辅助读者学习。

本书可供工控技术人员学习使用，也可作为大中专院校机电类、信息类专业的教材。

 

 

第1章　伺服驱动系统的结构及其系统原理　1

1.1　伺服系统概述1

1.1.1　伺服系统的概念1

1.1.2　伺服系统的应用场合3

1.1.3　伺服系统行业应用5

1.1.4　主流伺服系统品牌6

1.2　伺服驱动器主要元器件7

1.3　伺服驱动器12

1.3.1　交-直-交变换13

1.3.2　变频变压的原理13

1.3.3　正弦脉宽调制波的实现方法15

1.3.4　交-直-交伺服驱动器的主电路17

1.3.5　伺服驱动器的控制电路19

1.4　伺服电动机20

1.4.1　直流伺服电动机20

1.4.2　交流伺服电动机23

1.4.3　偏差计数器和位置增益24

1.5　编码器26

1.5.1　编码器简介26

1.5.2　增量式编码器27

1.5.3　值编码器28

1.5.4　编码器应用29

第2章　SINAMICS V90伺服驱动系统及其接线　31

2.1　西门子伺服系统介绍31

2.2　SINAMICS V90伺服驱动系统介绍32

2.2.1　SINAMICS V90伺服驱动器32

2.2.2　SINAMICS V90伺服电动机40

2.3　SINAMICS V90伺服驱动系统的选件41

2.3.1　进线滤波器41

2.3.2　熔断器和断路器43

2.3.3　SD卡43

2.3.4　制动电阻43

2.4　SINAMICS V90伺服驱动系统的接口与接线44

2.4.1　SINAMICS V90伺服系统的强电回路的接线44

2.4.2　SINAMICS V90伺服系统的控制回路的接线46

2.4.3　电动机的抱闸53

第3章　SINAMICS V90伺服驱动系统参数及设置　57

3.1　SINAMICS V90伺服系统的参数介绍57

3.1.1　SINAMICS V90伺服系统的参数概述57

3.1.2　SINAMICS V90伺服系统的参数说明59

3.2　SINAMICS V90伺服系统的参数设置81

3.2.1　基本操作面板（BOP）设置SINAMICS V90伺服系统的参数81

3.2.2　 用V-ASSISTANT软件设置SINAMICS V90伺服系统的参数84

3.2.3　用TIA Portal软件设置SINAMICS V90伺服系统的参数88

第4章　S7-1200/1500控制SINAMICS V90伺服驱动系统基础　93

4.1　通信基础知识93

4.1.1　现场总线93

4.1.2　PROFINET IO通信介绍94

4.1.3　Modbus通信介绍95

4.1.4　PROFIdrive通信介绍100

4.1.5　SINAMICS通信报文类型100

4.1.6　SINAMICS通信报文解析102

4.2　运动控制基础知识105

4.2.1　伺服系统的控制模式105

4.2.2　三环控制105

4.3　速度轴、定位轴、同步轴107

4.3.1　轴的概念107

4.3.2　速度轴108

4.3.3　定位轴108

4.3.4　同步轴109

4.4　S7-1200/1500 PLC的原点回归及指令应用110

4.4.1　运行控制硬件和工艺组态111

4.4.2　原点回归指令HOME的应用120

4.5　S7-1200/1500 PLC运动控制轴移动相关指令及应用124

4.5.1　点动轴指令MC_MoveJog的应用125

4.5.2　相对定位轴指令MC_MoveRelative的应用127

4.5.3　 以预定义速度移动轴指令MC_MoveVelocity的应用130

4.5.4　定位轴指令MC_MoveAbsolute的应用132

4.5.5　 按照运动顺序运行轴命令MC_CommandTable的应用134

4.6　 S7-1200/1500 PLC运动控制暂停和故障确认指令及应用137

第5章　SINAMICS V90伺服驱动系统的速度控制及应用　140

5.1　 基于数字量输入端子实现SINAMICS V90速度控制140

5.2　 基于模拟量输入端子实现SINAMICS V90速度控制144

5.3　 S7-1200通过现场总线与SINAMICS V90通信实现速度控制147

5.3.1　S7-1200通过IO地址控制SINAMICS V90实现速度控制147

5.3.2　S7-1200通过FB285函数块控制SINAMICS V90实现速度控制154

5.3.3　 S7-1200通过 Modbus协议与SINAMICS V90通信实现速度控制156

5.4　速度限制164

第6章　SINAMICS V90伺服驱动系统的位置控制及应用　166

6.1　 S7-1200对SINAMICS V90伺服系统的外部脉冲位置控制（PTI）166

6.1.1　外部脉冲位置控制（PTI）介绍166

6.1.2　外部脉冲位置控制（PTI）的应用举例167

6.2　 SINAMICS V90伺服系统的内部设定值位置控制（IPos）179

6.2.1　内部设定值位置控制（IPos）概述179

6.2.2　内部设定值位置控制（IPos）应用实例180

6.3　通信在SINAMICS V90位置控制中的应用184

6.3.1　 S7-1200 PLC通过TO的方式控制SINAMICS V90 PN实现定位185

6.3.2　 S7-1200 PLC通过FB284函数块控制SINAMICS V90 PN实现定位197

6.3.3　 S7-1500 PLC通过TO的方式控制SINAMICS V90 PN实现定位控制（IRT）209

6.3.4　S7-1200/1500 PLC控制伺服系统的往复运动216

第7章　SINAMICS V90伺服驱动系统的扭矩控制及参数读写　222

7.1　SINAMICS V90伺服系统扭矩控制222

7.1.1　SINAMICS V90伺服系统的扭矩控制方式222

7.1.2　 SINAMICS V90伺服电动机的旋转方向和停止224

7.2　SINAMICS V90扭矩限制226

7.2.1　扭矩限制基本应用226

7.2.2　扭矩限幅及附加扭矩给定应用229

7.3　 S7-1200/1500 PLC运动控制轴参数读写及应用232

7.3.1　直接用通信报文读写参数233

7.3.2　用通信指令块读写参数235

7.3.3　用库函数块FB286/FB287读写参数239

第8章　SINAMICS V90伺服驱动系统调试与故障诊断　242

8.1　SINAMICS V90伺服系统的调试242

8.1.1　用BOP调试SINAMICS V90伺服系统242

8.1.2　 用V-ASSISTANT软件调试SINAMICS V90伺服系统244

8.1.3　用TIA Portal软件调试SINAMICS V90伺服系统247

8.1.4　SINAMICS V90伺服系统的一键优化249

8.1.5　SINAMICS V90伺服系统的实时自动优化251

8.2　SINAMICS V90伺服系统的报警与故障诊断251

8.2.1　故障和报警的概念251

8.2.2　SINAMICS V90伺服系统的故障诊断方法252

8.2.3　SINAMICS V90伺服系统的常见故障255

第9章　SINAMICS V90伺服驱动系统工程应用　259

9.1　定长剪切机的控制系统259

9.2　涂胶机的控制系统265

参考文献　278

微课视频目录

伺服驱动器介绍12

伺服电动机介绍20

伺服驱动器的偏差计数器介绍24

编码器介绍26

SINAMICS V90伺服系统的强电回路的接线44

SINAMICS V90伺服系统的控制回路的接线46

SINAMICS V90伺服电动机的抱闸控制53

SINAMICS V90伺服系统的参数基础57

SINAMICS V90伺服系统的常用基本参数介绍59

计算齿轮比62

SINAMICS V90的I/O参数介绍65

SINAMICS V90的速度控制参数介绍71

SINAMICS V90伺服系统的通信参数介绍78

SINAMICS V90伺服系统的状态监控参数介绍80

用基本操作面板（BOP）设置V90伺服系统的参数81

用V-ASSISTANT软件设置SINAMICS V90伺服系统的参数84

现场总线介绍93

PROFINET IO通信介绍94

标准报文1的解析102

SINAMICS V90三环控制105

S7-1200PLC回参考点及其应用115

点动轴指令MC_ Move Jog的应用125

相对定位轴指令MC_Move Relative的应用127

以预定义速度移动轴指令MC_MoveVelocity的应用130

定位轴指令MC_Move Absolute的应用132

按照运动顺序运行轴命令MC_ CommandTable的应用134

S7-1200/1500PLC运动控制暂停和故障确认指令及应用137

基于数字量输入端子实现SINAMICS V90速度控制140

基于模拟量输入端子实现SINAMICS V90速度控制144

S7-1200通过IO地址控制SINAMICS V90实现速度控制147

S7-1200通过FB285函数块控制SINAMICS V90实现速度控制154

S7-1200通过Modbus协议与SINAMICS V90通信实现速度控制156

外部脉冲位置控制（PTI）介绍166

S7-1200对SINAMICS V90伺服系统的外部脉冲位置控制（PTI）167

S7-1200 PLC通过TO的方式控制SINAMICS V90 PN实现定位185

S7-1200 PLC通过FB284函数块控制SINAMICS V90 PN实现定位197

SINAMICS V90伺服系统的扭矩控制方式222

SINAMICS V90伺服系统的模拟量扭矩控制224

用V-ASSISTANT软件修改SINAMICS V90伺服的IP地址244

用V-ASSISTANT软件调试SINAMICS V90伺服电动机246

SINAMICS V90伺服系统的一键优化249

SINAMICS V90伺服系统的实时自动优化251

 

随着计算机技术的发展，以可编程控制器（PLC）、变频器、伺服驱动系统和计算机通信等技术为主体的新型电气控制系统已经逐渐取代传统的继电器控制系统，并广泛应用于各个行业。其中，西门子、三菱PLC、变频器、触摸屏及伺服驱动系统具有卓越的性能，且有很高的性价比，因此在工控市场占有非常大的份额，应用十分广泛。笔者之前出过一系列西门子及三菱PLC方面的图书，内容全面实用，深受读者欢迎，并被很多学校选为教材。近年来，由于工控技术不断发展，产品更新换代，性能得到了进一步提升，为了更好地满足读者学习新技术的需求，我们组织编写了这套全新的“老向讲工控”丛书。

本套丛书主要包括三菱FX3U PLC、FX5U PLC、iQ-R PLC、MR-J4/JE伺服系统，西门子S7-1200/1500 PLC、SINAMICS V90伺服系统等内容，总结了笔者十余年的教学经验及工程实践经验，将更丰富、更实用的内容呈现给大家，希望能帮助读者全面掌握工控技术。

丛书具有以下特点。

① 内容全面，知识系统。既适合初学者全面掌握工控技术，也适合有一定基础的读者结合实例深入学习工控技术。

② 实例引导学习。大部分知识点采用实例讲解，便于读者举一反三，快速掌握工控技术及应用。

③ 案例丰富，实用性强。精选大量工程实用案例，便于读者模仿应用，重点实例都包含软硬件配置清单、原理图和程序，且程序已经在PLC上运行通过。

④ 对于重点及复杂内容，配有大量微课视频。读者扫描书中二维码即可观看，配合文字讲解，学习效果更好。

本书为《西门子SINAMICS V90伺服驱动系统从入门到精通》。

变频器和伺服驱动是20世纪70年代随着电力电子技术、PWM控制技术的发展而产生的驱动技术，此应用技术在有的文献上也称为“运动控制”。由于其通用性强、可靠性好、使用方便，目前已在工业自动控制的很多领域得到了广泛的应用。随着科技的进一步发展，变频器和伺服驱动产品性能日益提高以及价格不断下降，变频器和伺服驱动产品应用将更加广泛。

西门子伺服系统是欧系的杰出代表，其功能强大，产品覆盖高中低三个层次，其中SINAMICS V90伺服系统是精简型伺服变频器，特别是在使用PROFINET通信的场合，市场占有率更高。本书在编写时，用较多的小例子引领读者入门，让读者读完入门部分后，能完成简单的工程。应用部分精选工程实际案例，供读者模仿学习，提高读者解决实际问题的能力。

我们在总结长期的教学经验和工程实践的基础上，联合相关企业人员共同编写了本书。

本书由向晓汉主编，全书共分9章。第1、2、6、7章由无锡职业技术学院的向晓汉编写；第3、5章由龙丽编写；第8章由无锡雪浪环境科技股份有限公司的刘摇摇编写；第4、9章由桂林电子科技大学的向定汉编写。本书由无锡职业技术学院的奚茂龙教授任主审。

由于编者水平有限，不妥之处在所难免，敬请读者批评指正，编者将万分感激！

申明：本书的程序、原理图和实例，版权所有，未经许可，不得非法使用，违者必究。

编 者