【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 VHSV1HSV16和HSV20D四種型號(hào)。HSV11運(yùn)用了矢量控制原理和柔性控制技術(shù)，共有額定電流為14A，20A， 40A， 60A 這4個(gè)系列；HSV16采用專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制DSP、大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列（FPGA）和智能化功率模塊（IPM）等新技術(shù)設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)單、可靠性高、體積小巧、易于安裝。HSV20D是武漢華中數(shù)控股份有限公司繼HSVHSV1HSV16之后，推出的一款全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器。具有02050、07100多種型號(hào)規(guī)格，具有很寬的功率選擇范圍。2. 交流伺服系統(tǒng)的組成交流伺服系統(tǒng)主要由下列幾個(gè)部分構(gòu)成，如圖411所示。（1）交流伺服電動(dòng)機(jī)。可分為永磁交流同步伺服電動(dòng)機(jī)，永磁無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)及磁阻式伺服電動(dòng)機(jī)；（2）PWM功率逆變器。可分為功率晶體管逆變器、功率場(chǎng)效應(yīng)管逆變器、IGBT逆變器（包括智能型IGBT逆變器模塊）等。（3）微處理器控制器及邏輯門(mén)陣列?？煞譃閱纹瑱C(jī)、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、DSP+CPU、多功能DSP（如TMS320F240）等；（4）位置傳感器（含速度）?？煞譃樾D(zhuǎn)變壓器、磁性編碼器、光電編碼器等；（5）電源及能耗制動(dòng)電路；（6）鍵盤(pán)及顯示電路；（7）接口電路。包括模擬電壓、數(shù)字I/O及串口通訊電路（8）故障檢測(cè)，保護(hù)電路。鍵盤(pán)、顯示RS232I/oDSP邏輯門(mén)陣列模擬輸入電源、制動(dòng)IGBT逆變器交流伺服電動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)、保護(hù)位置傳感器圖411 交流伺服系統(tǒng)組成3. 交流伺服電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)介交流伺服電動(dòng)機(jī)可依據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理的不同，分為感應(yīng)式（或稱(chēng)異步）交流伺服電動(dòng)機(jī)、永磁式同步電動(dòng)機(jī)、永磁式無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)、和磁阻同步交流伺服電動(dòng)機(jī)。這些電動(dòng)機(jī)具有相同的三相繞組的定子結(jié)構(gòu)。感應(yīng)式交流伺服電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子電流由滑差電勢(shì)產(chǎn)生，并與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，其主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)刷，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、造價(jià)低、免維護(hù)，對(duì)環(huán)境要求低，其主磁通用激磁電流產(chǎn)生，很容易實(shí)現(xiàn)弱磁控制，高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到4~5倍的額定轉(zhuǎn)速；缺點(diǎn)是需要激磁電流，內(nèi)功率因數(shù)低，效率較低，轉(zhuǎn)子散熱困難，要求較大的伺服驅(qū)動(dòng)器容量，電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)矩的控制比較困難，電動(dòng)機(jī)非線性參數(shù)的變化影響控制精度，必須進(jìn)行參數(shù)在線辨識(shí)才能達(dá)到較好的控制效果。永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)，氣隙磁場(chǎng)由稀土永磁體產(chǎn)生，轉(zhuǎn)矩控制由調(diào)節(jié)電樞的電流實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)矩的控制較感應(yīng)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單，并且能達(dá)到較高的控制精度；轉(zhuǎn)子無(wú)銅、鐵損耗，效率高、內(nèi)功率因數(shù)高，也具有無(wú)刷免維護(hù)的特點(diǎn)，體積和慣量小，快速性好；在控制上需要軸位置傳感器，以便識(shí)別氣隙磁場(chǎng)的位置；價(jià)格較感應(yīng)電動(dòng)機(jī)貴。無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)與永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)相同，借助較簡(jiǎn)單的位置傳感器（如霍爾磁敏開(kāi)關(guān)）的信號(hào)，控制電樞繞組的換向，控制最為簡(jiǎn)單；由于每個(gè)繞組的換向都需要一套功率開(kāi)關(guān)電路，電樞繞組的數(shù)目通常只采用三相，相當(dāng)于只有三個(gè)換向片的直流電動(dòng)機(jī)，因此運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，造成速度的脈動(dòng)，需要采用速度閉環(huán)才能運(yùn)行于較低轉(zhuǎn)速，該電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通為方波分布，可降低電動(dòng)機(jī)制造成本。有時(shí)，將無(wú)刷直流伺服系統(tǒng)與同步交流伺服混為一談，外表上很難區(qū)分，實(shí)際上兩者的控制性能是有較大差別的。磁阻同步交流伺服電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子磁路具有不對(duì)稱(chēng)的磁阻特性，無(wú)永磁體或繞組，也不產(chǎn)生損耗；其氣隙磁場(chǎng)由定子電流的激磁分量產(chǎn)生，定子電流的轉(zhuǎn)矩分量則產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩；內(nèi)功率因數(shù)較低，要求較大的伺服驅(qū)動(dòng)器容量，也具有無(wú)刷、免維護(hù)的特點(diǎn)；并克服了永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁控制效果差的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)弱磁控制，~10000rpm，也兼有永磁同步電動(dòng)機(jī)控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但需要軸位置傳感器，價(jià)格較永磁同步電動(dòng)機(jī)便宜，但體積較大些。目前市場(chǎng)上的交流伺服電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品主要是永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)及無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)。4. 永磁式同步交流伺服電動(dòng)機(jī)控制原理,需要實(shí)現(xiàn)位置、速度、,分別調(diào)節(jié)位置、速度和電流,三者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接,把位置調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作速度調(diào)節(jié)器的輸入, 再把速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入,而把電流調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換后,給出同步電動(dòng)機(jī)三相電壓的瞬時(shí)給定值,通過(guò)PWM逆變器,()瞬時(shí)值,也要通過(guò)坐標(biāo)反變換,在結(jié)構(gòu)電流為最內(nèi)環(huán),位置為最外環(huán),形成了位置、速度、電流的三閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖411 永磁同步電動(dòng)機(jī)控制原理框圖 典型接口電路舉例及電路接口例：采用SINUMERIK802D帶總線指令接口控制的SIMODRIVE 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的連線實(shí)例，如圖412所示。例：某進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置的接口如圖413所示。圖413 某進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置的內(nèi)部接口圖 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)的報(bào)警及處理 進(jìn)給伺服系統(tǒng)各類(lèi)故障的表現(xiàn)形式當(dāng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，通常有三種表現(xiàn)方式：① 在CRT或操作面板上顯示報(bào)警內(nèi)容和報(bào)警信息，它是利用軟件的診斷程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。② 利用進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)單元上的硬件（如：報(bào)警燈或數(shù)碼管指示，保險(xiǎn)絲熔斷等）顯示報(bào)警驅(qū)動(dòng)單元的故障信息；③ 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不正常，但無(wú)任何報(bào)警信息。其中前兩類(lèi)，都可根據(jù)生產(chǎn)廠家或公司提供的產(chǎn)品《維修說(shuō)明書(shū)》中有關(guān)“各種報(bào)警信息產(chǎn)生的可能原因”的提示進(jìn)行分析判斷，一般都能確診故障原因、部位。對(duì)于第三類(lèi)故障，則需要進(jìn)行綜合分析，這類(lèi)故障往往是以機(jī)床上工作不正常的形式出現(xiàn)的，如機(jī)床失控、機(jī)床振動(dòng)及工件加工質(zhì)量太差等。伺服系統(tǒng)的故障診斷，雖然由于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的不同，在具體做法上可能有所區(qū)別，但其基本檢查方法與診斷原理卻是一致的。診斷伺服系統(tǒng)的故障，一般可利用狀態(tài)指示燈診斷法、數(shù)控系統(tǒng)報(bào)警顯示的診斷法、系統(tǒng)診斷信號(hào)的檢查法、原理分析法的等等。 軟件報(bào)警（CRT顯示）故障及處理1. 進(jìn)給伺服系統(tǒng)出錯(cuò)報(bào)警故障 這類(lèi)故障的起因，大多是速度控制單元方面的故障引起的，或是主控制印制線路板與位置控制或伺服信號(hào)有關(guān)部分的故障。例：下表為FANUC PWM速度控制單元的控制板上的7個(gè)報(bào)警指示燈，分別是BRK、HVAL、HCAL、OVC、LVAL、TGLS以及DCAL；在它們下方還有PRDY（位置控制已準(zhǔn)備好信號(hào)）和VRDY（速度控制單元已準(zhǔn)備好信號(hào)）2個(gè)狀態(tài)指示燈，其含義見(jiàn)表411。表411 速度控制單元狀態(tài)指示燈一覽表代號(hào)含義備注代號(hào)含義備注BRK驅(qū)動(dòng)器主回路熔斷器跳閘紅色TGLS轉(zhuǎn)速太高紅色HCAL驅(qū)動(dòng)器過(guò)電流報(bào)警紅色DCAL直流母線過(guò)電壓報(bào)警紅色HVAL驅(qū)動(dòng)器過(guò)電壓報(bào)警紅色PRAY位置控制準(zhǔn)備好綠色OVC驅(qū)動(dòng)器過(guò)載報(bào)警紅色VRDY速度控制單元準(zhǔn)備好綠色LVAL驅(qū)動(dòng)器欠電壓報(bào)警紅色備注：表示出于含義說(shuō)明中是的狀態(tài)2. 檢測(cè)元件（測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器或脈沖編碼器）或檢測(cè)信號(hào)方面引起的故障。例如：某數(shù)控機(jī)床顯示“主軸編碼器斷線”。引起的原因有：① 電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線斷線。如果伺服電源剛接通，尚未接到任何指令時(shí)，就發(fā)生這種報(bào)警，則由于斷線而造成故障可能性最大。② 伺服單元印制線路板上設(shè)定錯(cuò)誤，如將檢測(cè)元件脈沖編碼器設(shè)定成了測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)等。③ 沒(méi)有速度反饋電壓或時(shí)有時(shí)無(wú)，這可用顯示其來(lái)測(cè)量速度反饋信號(hào)來(lái)判斷，這類(lèi)故障除檢測(cè)元件本身存在故障外，多數(shù)是由于連接不良或接通不良引起的。④ 由于光電隔離板或中間的某些電路板上劣質(zhì)元器件所引起的。當(dāng)有時(shí)開(kāi)機(jī)運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間后，出現(xiàn)“主軸編碼器斷線”，這時(shí)，重新開(kāi)機(jī)，可能會(huì)自動(dòng)消除故障。3. 參數(shù)被破壞 參數(shù)被破壞報(bào)警表示伺服單元中的參數(shù)由于某些原因引起混亂或丟失。引起此報(bào)警的通常原因及常規(guī)處理見(jiàn)表412。表412 “參數(shù)被破壞”報(bào)警綜述警報(bào)內(nèi)容警報(bào)發(fā)生狀況可能原因處理措施參數(shù)破壞在接通控制電源時(shí)發(fā)生正在設(shè)定參數(shù)時(shí)電源斷開(kāi)進(jìn)行用戶(hù)參數(shù)初始化后重新輸入?yún)?shù)正在寫(xiě)入?yún)?shù)時(shí)電源斷開(kāi)超出參數(shù)的寫(xiě)入次數(shù)更換伺服驅(qū)動(dòng)器（重新評(píng)估參數(shù)寫(xiě)入法）伺服驅(qū)動(dòng)器EEPROM以及外圍電路故障更換伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)定異常在接通控制電源時(shí)發(fā)生裝入了設(shè)定不適當(dāng)?shù)膮?shù)執(zhí)行用戶(hù)參數(shù)初始化處理4. 主電路檢測(cè)部分異常 引起此報(bào)警的通常原因及常規(guī)處理見(jiàn)下表413。表413 “主電路檢測(cè)部分異?！眻?bào)警綜述警報(bào)內(nèi)容警報(bào)發(fā)生狀況可能原因處理措施主電路檢測(cè)部分異常在接通控制電源時(shí)或者運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生控制電源不穩(wěn)定將電源恢復(fù)正常伺服驅(qū)動(dòng)器故障更換伺服驅(qū)動(dòng)器5. 超速 引起此報(bào)警的通常原因及常規(guī)處理見(jiàn)下表414。表414 “超速”報(bào)警綜述警報(bào)內(nèi)容警報(bào)發(fā)生狀況可能原因處理措施超速接通控制電源時(shí)發(fā)生電路板故障更換伺服驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)機(jī)編碼器故障更換編碼器電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生速度標(biāo)定設(shè)定不合適重設(shè)速度設(shè)定速度指令過(guò)大使速度指令減到規(guī)定范圍內(nèi)電動(dòng)機(jī)編碼器信號(hào)線故障重新布線電動(dòng)機(jī)編碼器故障更換編碼器電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)發(fā)生超跳過(guò)大重設(shè)伺服調(diào)整使起動(dòng)特性曲線變緩負(fù)載慣量過(guò)大伺服在慣量減到規(guī)定范圍內(nèi)6. 限位動(dòng)作 限位報(bào)警主要指的就是超程報(bào)警。引起此報(bào)警的通常原因及常規(guī)處理見(jiàn)下表415。表415 “限位”報(bào)警綜述警報(bào)發(fā)生狀況可能原因處理措施限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作限位開(kāi)關(guān)有動(dòng)作（即控制軸實(shí)際已經(jīng)超程）；參照機(jī)床使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行超程解除限位開(kāi)關(guān)電路開(kāi)路。依次檢查限位電路，處理電路開(kāi)路故障7. 過(guò)熱報(bào)警故障 所謂過(guò)熱是指伺服單元、變壓器及伺服電動(dòng)機(jī)等的過(guò)熱。引起過(guò)熱報(bào)警的原因見(jiàn)表416。表416 伺服單元過(guò)熱報(bào)警原因綜述表過(guò)熱報(bào)警過(guò)熱的具體表現(xiàn)過(guò)熱原因處理措施過(guò)熱的繼電器動(dòng)作機(jī)床切削條較苛刻重新考慮切削參數(shù)，改善切削條件機(jī)床摩擦力矩過(guò)大改善機(jī)床潤(rùn)滑條件熱控開(kāi)關(guān)動(dòng)作伺服電動(dòng)機(jī)電樞內(nèi)部短路或絕緣不良加絕緣層或更換伺服電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器不良更換制動(dòng)器電動(dòng)機(jī)永久磁鋼去磁或脫落更換電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱驅(qū)動(dòng)器參數(shù)增益不當(dāng)；重新設(shè)置相應(yīng)參數(shù)驅(qū)動(dòng)器與電動(dòng)機(jī)配合不當(dāng)；重新考慮配合條件電動(dòng)機(jī)軸承故障；更換軸承驅(qū)動(dòng)器故障。更換驅(qū)動(dòng)器例如：某伺服電動(dòng)機(jī)過(guò)熱報(bào)警，可能原因有：① 過(guò)負(fù)荷?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)電流是否超過(guò)額定值來(lái)判斷。② 電動(dòng)機(jī)線圈絕緣不良。可用500V絕緣電阻表檢查電樞線圈與機(jī)殼之間的絕緣電阻。如果在1MΩ以上，表示絕緣正常。③ 電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)部短路?？尚断码妱?dòng)機(jī)，測(cè)電動(dòng)機(jī)空載電流，如果此電流與轉(zhuǎn)速成正比變化，則可判斷為電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)部短路。④ 電動(dòng)機(jī)磁鐵推辭?？赏ㄟ^(guò)快速旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，測(cè)定電動(dòng)機(jī)電樞電壓是否正常。如電壓低且發(fā)熱，則說(shuō)明電動(dòng)機(jī)已退磁。應(yīng)重新充磁。⑤ 制動(dòng)器失靈。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶有制動(dòng)器時(shí)，如電動(dòng)機(jī)過(guò)熱則應(yīng)檢查制動(dòng)器動(dòng)作是否靈活。⑥ CNC裝置的有關(guān)印制線路板不良。8. 電動(dòng)機(jī)過(guò)載 引起的通常原因及常規(guī)處理見(jiàn)表417。表417 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載報(bào)警綜述表警報(bào)內(nèi)容警報(bào)發(fā)生狀況可能原因處理措施過(guò)載（一般有連續(xù)最大負(fù)載和瞬間最大負(fù)載）在接通控制電源時(shí)發(fā)生伺服單元故障更換伺服單元在伺服ON時(shí)發(fā)生電動(dòng)機(jī)配線異常（配線不良或連接不良）修正電動(dòng)機(jī)配線編碼器配線異常（配線不良或連接不良）修正編碼器配線編碼器有故障（反饋脈沖與轉(zhuǎn)角不成比例變化，而有跳躍）更換編碼器伺服單元故障更換伺服單元在輸入指令時(shí)伺服電動(dòng)機(jī)不旋轉(zhuǎn)的情況下發(fā)生電動(dòng)機(jī)配線異常（配線不良或連接不良）修正電動(dòng)機(jī)配線編碼器配線異常（配線不良或連接不良）修正編碼器配線起動(dòng)扭矩超過(guò)最大扭矩或者負(fù)載有沖擊現(xiàn)象；電動(dòng)機(jī)振動(dòng)或抖動(dòng)；重新考慮負(fù)載條件、運(yùn)行條件或者電動(dòng)機(jī)容量伺服單元故障更換伺服單元在通常運(yùn)行時(shí)發(fā)生有效扭矩超過(guò)額定扭矩或者起動(dòng)扭矩大幅度超過(guò)額定扭矩重新考慮負(fù)載條件、運(yùn)行條件或者電動(dòng)機(jī)容量伺服單元存儲(chǔ)盤(pán)溫度過(guò)高將工作溫度下調(diào)伺服單元故障更換伺服單元9. 伺服單元過(guò)電流報(bào)警 引起過(guò)流的通常原因及常規(guī)處理見(jiàn)下表418。表418 伺服單元過(guò)電流報(bào)警綜述警報(bào)內(nèi)容警報(bào)發(fā)生狀況可能原因處理措施過(guò)電流（功率晶體管（IGBT）產(chǎn)生過(guò)電流）或者散熱片過(guò)熱在接通控制電源時(shí)發(fā)生伺服驅(qū)動(dòng)器的電路板與熱開(kāi)關(guān)連接不良更換伺服驅(qū)動(dòng)器伺服驅(qū)動(dòng)器電路板故障在接通主電路電源時(shí)發(fā)生或者在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)電流接 線 錯(cuò) 誤U、V、W與地線連接錯(cuò)誤檢查配線，正確連接地線纏在其他端子上電動(dòng)機(jī)主電路用電纜的U、V、W與地線之間短路修正或更換電動(dòng)機(jī)主電路用電纜電動(dòng)機(jī)主電路用電纜的U、V、W之間短路再生電阻配線錯(cuò)誤檢查配線，正確連接伺服驅(qū)動(dòng)器的U、V、W與地線之間短路更換伺服驅(qū)動(dòng)器伺服驅(qū)動(dòng)器故障（電流反饋電路、功率晶體管或者電路板故障）伺服電動(dòng)機(jī)的U、V、W與地線之間短路更換伺服單元伺服電動(dòng)機(jī)的U、V、W之間短路其 他 原 因因負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大并且高速旋轉(zhuǎn)，動(dòng)態(tài)制動(dòng)器停止，制動(dòng)電路故障更換伺服驅(qū)動(dòng)器（減少負(fù)載或者降低使用轉(zhuǎn)速）位置速度指令發(fā)生劇烈變化重新評(píng)估指令值負(fù)載是否過(guò)大，是否超出再生處理能力等重新考慮負(fù)載條件、運(yùn)行條件伺服驅(qū)動(dòng)器的安裝方法（方向、與其他部分的間隔）不適合將伺服驅(qū)動(dòng)器的環(huán)境溫度下降到55℃一下伺服驅(qū)動(dòng)器的風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)更換伺服驅(qū)動(dòng)器伺服驅(qū)動(dòng)器故障驅(qū)動(dòng)器的IGBT損壞；最好是更換伺服驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)器不匹配重新選配10. 伺服單元過(guò)電壓報(bào)警 引起過(guò)壓的通常原因及常規(guī)處理見(jiàn)下表419。表419 伺服單元過(guò)電壓報(bào)警綜述警報(bào)內(nèi)容警報(bào)發(fā)生狀況可能原因處理措施過(guò)