伺服驅(qū)動(dòng)器主回路設(shè)計(jì)案例

1、 案例庫(kù)/單元二/工程設(shè)計(jì)五、普及型CNC電路設(shè)計(jì)案例（7221-5）安川伺服和變頻器是普及型CNC機(jī)床最常用的伺服和主軸驅(qū)動(dòng)器，本案例提供了國(guó)產(chǎn)普及型CNC配套安川伺服和變頻器的電路設(shè)計(jì)實(shí)例。一、伺服驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)案例【例1】某設(shè)備配套有安川V系列SGDV-120A01A驅(qū)動(dòng)器，利用主接觸器控制主電源通斷的驅(qū)動(dòng)器主回路，及斷路器、主接觸器的選擇方法如下。根據(jù)要求設(shè)計(jì)的線路如圖1所示。線路中的驅(qū)動(dòng)器控制電源可在斷路器合上后直接加入，主接觸器需要在驅(qū)動(dòng)器無(wú)故障（觸點(diǎn)ALM+/ALM-接通）時(shí)，通過(guò)按鈕S-ON啟動(dòng)。（a）驅(qū)動(dòng)器主回路 （b）主接觸器控制圖1 例1的主回路設(shè)計(jì)根據(jù)驅(qū)動(dòng)器型號(hào)，可查得S

2、GDV-120A01A驅(qū)動(dòng)器的輸入容量為2.3kVA，斷路器的額定電流可計(jì)算如下：根據(jù)斷路器額定電流系列，可選擇10A標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，如DZ47-63/3P-10A等。主接觸器的額定電流與斷路器相同，可選擇12A標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，如CJX1-12/22等?！纠?】 某3軸經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床使用了2臺(tái)SGDV-120A01A、1臺(tái)SGDV-180A01A驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器需要同時(shí)通斷時(shí)，其驅(qū)動(dòng)器主回路設(shè)計(jì)如下。根據(jù)要求，當(dāng)多臺(tái)驅(qū)動(dòng)器的輸入電源需要通過(guò)同一主接觸器控制通斷時(shí)，必須將各驅(qū)動(dòng)器的故障輸出觸點(diǎn)串聯(lián)后控制主接觸器，設(shè)計(jì)的線路如圖2所示，主接觸器的控制回路同案例1。 圖2 例2的主回路設(shè)計(jì)圖2線路中，第1臺(tái)驅(qū)動(dòng)

3、器的ALM-端連接繼電器控制電源的0V端、ALM+端與第2臺(tái)驅(qū)動(dòng)器的ALM-端連接；第2臺(tái)驅(qū)動(dòng)器的ALM+端連接第3臺(tái)驅(qū)動(dòng)器的ALM-端；第3臺(tái)驅(qū)動(dòng)器的ALM+端連接故障檢測(cè)中間繼電器的線圈。線路只有在三臺(tái)驅(qū)動(dòng)器都無(wú)故障（故障觸點(diǎn)輸出接通）的情況下，KA1才能接通?！纠?】使用外部制動(dòng)電阻的安川V系列驅(qū)動(dòng)器的主回路。使用外部制動(dòng)電阻的安川V系列驅(qū)動(dòng)器如圖3所示。為了能夠在制動(dòng)電阻過(guò)熱時(shí)切斷驅(qū)動(dòng)器主電源，制動(dòng)電阻的過(guò)熱觸點(diǎn)（正常時(shí)閉合）作為主接觸器接通的條件串聯(lián)在線路中，過(guò)熱觸點(diǎn)一旦斷開(kāi)便可切斷驅(qū)動(dòng)器的主電源。圖例3的主回路【例4】V系列驅(qū)動(dòng)器與接近開(kāi)關(guān)連接的輸入電路，及接近開(kāi)關(guān)的類型選擇與輸出

4、驅(qū)動(dòng)電流的計(jì)算。接近開(kāi)關(guān)有NPN集電極開(kāi)路輸出與PNP集電極開(kāi)路輸出兩類，V系列驅(qū)動(dòng)器DI采用的是匯點(diǎn)輸入連接，為了使得接近開(kāi)關(guān)發(fā)信時(shí)在驅(qū)動(dòng)器得到“1”信號(hào)輸入，應(yīng)優(yōu)先選擇NPN集電極開(kāi)路輸出開(kāi)關(guān)。 根據(jù)V系列驅(qū)動(dòng)器的DI接口電路原理，可以直接選擇NPN集電極開(kāi)路輸出的接近開(kāi)關(guān)，其連接電路如圖4所示，接近開(kāi)關(guān)電源由外部提供。 圖4 驅(qū)動(dòng)器與接近開(kāi)關(guān)的連接NPN集電極開(kāi)路輸出開(kāi)關(guān)發(fā)信時(shí)，輸出與0V間的電阻接近為“0”，根據(jù)圖1的接口電路原理，由于光耦正向?qū)〞r(shí)的壓降為0.5V左右，接近開(kāi)關(guān)發(fā)信時(shí)CE極間的壓降為0.3V左右，故開(kāi)關(guān)發(fā)信時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流為：因此，可選擇DC24V/20mA（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格）、

5、NPN集電極開(kāi)路輸出接近開(kāi)關(guān)。二、變頻器電路設(shè)計(jì)案例圖1是工程用數(shù)控車床的安川變頻器主軸控制電路圖。有關(guān)工程圖的基本說(shuō)明、電路識(shí)讀的基本注意事項(xiàng)、明細(xì)表要求及機(jī)床主回路、強(qiáng)電控制回路、X/Z軸驅(qū)動(dòng)回路的說(shuō)明等均可參照案例7221，電路說(shuō)明如下。1. 主回路 為了便于閱讀，簡(jiǎn)單機(jī)床的工圖允許將與主軸變頻器相關(guān)的主回路與控制回路集中于一頁(yè)進(jìn)行表示。 CIMR-G7變頻器的控制電源已在內(nèi)部與主電源進(jìn)線連接，變頻器不使用制動(dòng)電阻、制動(dòng)單元等配套附件，故主電源不需要使用主接觸器控制，它可以在機(jī)床主電源接通后直接加入。 CIMR-G7變頻器本身已具有電子過(guò)流保護(hù)功能，故主軸電機(jī)不再需要安裝過(guò)載保護(hù)的斷路器

6、。圖1數(shù)控車床主軸控制案例2. 控制回路 圖1中，CIMR-G7變頻器的正反轉(zhuǎn)與啟動(dòng)/停止使用出廠默認(rèn)的2線制控制，正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)來(lái)自CNC的輸出。 CIMR-G7的正反轉(zhuǎn)信號(hào)串聯(lián)有機(jī)床啟動(dòng)接觸器KM10（X/Z軸驅(qū)動(dòng)主回路ON）的常開(kāi)觸點(diǎn)，如果X/Z軸伺服驅(qū)動(dòng)未啟動(dòng)或出現(xiàn)機(jī)床超程、急停的故障，可以立即停止主軸。 變頻器的DI信號(hào)采用了出廠默認(rèn)的使用變頻器內(nèi)部電源的匯點(diǎn)輸入連接方式，變頻器的DI信號(hào)選擇端CN5應(yīng)按照要求設(shè)定。 由于本機(jī)床的主軸控制無(wú)特殊要求，變頻器不需要連接其他DI信號(hào)，DI功能定義可以直接使用出廠默認(rèn)設(shè)定。 由于變頻器電源在機(jī)床主電源接通后便可加入，因此，變頻器的報(bào)警輸出D

7、O信號(hào)可作為驅(qū)動(dòng)器主電源接通的互鎖條件，通過(guò)中間繼電器KA20的轉(zhuǎn)換，串聯(lián)到驅(qū)動(dòng)器主接觸器控制電路中，主軸變頻器故障時(shí)禁止驅(qū)動(dòng)器主電源加入。 變頻器的頻率給定信號(hào)（主速輸入）來(lái)自CNC（KND100T）的主軸模擬量輸出，其輸出頻率直接由CNC加工程序中的S代碼指令進(jìn)行控制。AI信號(hào)同樣可以直接使用變頻器出廠默認(rèn)的功能設(shè)定。3. S模擬量輸出 KND100T經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的S模擬量輸出為DC010V，可以直接與CIMR-G5的速度給定A1/AC端連接。 KND100T的S模擬量輸出為單極性信號(hào)，連接時(shí)必須將DC010V輸出端（XS55-5）連接至變頻器的A1端、參考0V輸出端（XS55-2/3/

8、4）連接至變頻器的AC端。 應(yīng)通過(guò)CNC的S模擬量輸出參數(shù)設(shè)定，保證最高主軸轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的S模擬量輸出為DC10V。 應(yīng)通過(guò)變頻器的偏移與增益調(diào)整，保證在DC10V頻率給定輸入時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速與要求一致；在DC0V輸入（編程轉(zhuǎn)速S0）時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速接近0轉(zhuǎn)。 頻率給定連接線應(yīng)使用雙絞、屏蔽電纜。4. 轉(zhuǎn)向信號(hào) KND100T的主軸轉(zhuǎn)向由程序指令M03、M04或操作面板上的主軸正反轉(zhuǎn)按鈕進(jìn)行控制，其轉(zhuǎn)向統(tǒng)一由CNC的DO信號(hào)M03/M04（X57-15/3）輸出。 KND100T的M03/M04輸出為保持型電平信號(hào)，與CIMR-G5的2線制控制要求一致，故可以直接通過(guò)中間繼電器KA10、KA11轉(zhuǎn)換為變頻器的轉(zhuǎn)向控制信號(hào)。 主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以直接通過(guò)交換電機(jī)相序、改變CNC參數(shù)等方式調(diào)整至