伺服驱动器与伺服电机怎么连接？

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  伺服驱动器必须与电机相匹配。

伺服驱动器型号：YAKOTEC ES2-10BFI
伺服电机型号：YAKOTEC ASMJ-0B-0830B-U321


从基本理论上讲，微特电机与普通电机没有本质区别，其主要作用是完成控制信号的传递和转换，注重高精度和快速响应。微特电机分为驱动微电机和控制电机，驱动微电机在电力拖动系统中作为执行机构使用，伺服电机即为驱动微电机。
1 伺服系统配件与安装

1.1配套线缆

• 电机动力线
  
  
  
  
  
• 电机编码器线
  
  
  
  
  
  PE线即地线。
  
  

**注意：**请不要将动力线和信号线、编码器线从同一管道内穿过，也不要将其绑扎在一起。配线时，请使动力线、编码器线和信号线相隔 30 厘米（11.8 英寸）以上，以防止电压耦合及避免噪声。
对于信号线、编码器反馈线，请使用多股绞合线以及多芯绞合整体屏蔽线。对于配线长度，信号输入线最长为 3 米（9.84 英尺），反馈线最长为 20 米 （65.62 英尺）。
1.2伺服器的安装与散热

通常采用垂直向上安装的方式，伺服器下方为进风口，上方为出风口。通电后不要触摸散热器，否则可能导致烫伤。





1.3联轴器的安装

建议使用专为伺服电机设计的挠性联轴器，尤其是使用双弹簧联轴器，其在偏心和偏转时可以提供一些公差缓冲的裕度。请针对操作条件选择合适的联轴器尺寸，不适当的使用或连接可能会导致损坏。
使用时须将电机轴端的防锈涂层或油质擦掉。





2伺服驱动器与伺服电机连接

伺服系统总体结构图如下：





2.1主回路

• 在单相AC电源输入中，R相当于（电源插头中的）L，S相当于N，但实际上由于交流电没有正负的原因，无论怎么接设备都可以正常运作。
  
• 关于接地：实际上设备不接地也可以正常工作，但是在这种情况下，设备漏电将导致设备外壳带电，会引发触电风险；不过只要接入漏保，一旦线路中的漏电电流超过漏保的动作电流，它就会跳闸。在有漏保的情况下设备是否接地，其区别在于，接地时若设备漏电且超过动作电流，则漏保将自动断开；未接地时若设备漏电，漏保通常在人接触金属壳体后才会断开（此时可能造成危险；若电流不大甚至不会动作）。
  漏电开关有接地和没接地的区别
  3。 伺服电机与普通电机不同，故接线连反也不会改变旋转方向，但若连接线顺序错误，马达就不会旋转；通常也不存在星形和三角形接线。
  
  

要点： 主回路电源输入端子（RST）支持单相或三相AC220V电源输入（不一定所有伺服驱动器都支持单相和三相电）；在不接再生电阻连接端子时，默认P+与D短接；单机无需进行共母线连接（P+、○）；
即使关闭电源，伺服驱动器内部仍可能会滞留高电源，请暂时（10 分钟）不要触摸电源端子。并请确认“CHARGE”指示灯熄灭后，再进行检查作业。

  再生电阻的连接与设置

关于再生电阻和制动电阻

从功能方面说，两者不是一类电阻。
制动电阻主要就是在变频器带动的电机需要停车时，采用能耗制动方式，把停机后的动能和线圈中的磁能，通过一个制动电阻消耗掉，从而达到保护变频器的作用。
再生电阻则是当伺服电机模式驱动时，再生电力回归到伺服放大器测，这部分电力首先通过平滑电容器的充电来吸收，超出可充电能量后，再用一个电阻器来消耗。这就是再生电阻器的由来。
电阻器从材质上分类，两者可一样，可不一样的。在一般情况下，两者都采用网状不锈钢电阻器。
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接通控制回路电源和主回路电源后，母线电压指示灯显示无异常，且面板显示器显示“rdy”，表明伺服驱动器处于可运行的状态，等待上位机给出伺服使能信号。
2.2控制信号CN1

  伺服电机可以接收模拟信号、脉冲信号和总线通信信号。

用于连接上位控制器，进行IO信号控制，所有的输入和输出信号都经此接口出入驱动器。
由于CN1控制端子定义较多，此处只展示常用端子：





并非所有引脚都会用到，具体用到哪些引脚可参考下一节【伺服信号线】。伺服驱动器在不同引脚有相同的名称时，表示在驱动器内部时相互连接。
伺服驱动器的位置给定（伺服定位）有3种方法：
一种是用脉冲和方向信号共同控制，即脉冲数控制位移，方向信号控制正反转；
第二种是正转脉冲CCW和反转脉冲CW输入控制；
第三种是90°相位A/B两相脉冲输入。
这3种方法中第一种最为常用，因而需要接入PULS端子和SIGN端子（这两类端子被称作低速脉冲端，因此还存在高速脉冲端）；为了形成闭环控制还需接入编码器输出信号，通常接入AB相信号即PAO端子和PBO端子；千万注意不要忘记接入使能ON信号，此外通常还需要接24V和COM端子。

  差分传输
差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同，相位相反。在这两根线上的传输的信号就是差分信号。信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态。
差分输出与单端输出
差分输出有两个输出端，输出的信号是两输出端之间的电压差；单端输出只有一个输出端，输出地信号是输出端对地的电压。

伺服信号线

通常不会配送伺服信号线，只会配未组装的通讯头，接线由用户设计并完成线与通信头的焊接：





以位置控制模式为例，配线可参考用户手册中的“位置控制模式配线”并结合上述所列伺服驱动器端口定义：










此符号代表驱动信号输入端。





此符号代表双绞线。
使能ON

只有当产生使能ON信号时，才可对电机进行控制（此时表现为无法转动电机轴，即通电自锁；并伴随噪音）。
使能ON信号可由内部产生或从外部接入（通常需要设置使能信号的来源）。在进行外部控制时如果没有接入使能信号，那么电机将不会转动。
注意上图中的伺服使能S-ON信号输入端口为DI1，一些伺服驱动器的IO口可以对其进行功能选择，即图中的DI1-DI8任意端口都可设置为使能ON信号输入端口。
外部信号的输入顺序

首先接入电源，等待伺服驱动器开机并完成初始化（听到继电器响声）；接入使能ON信号；接入脉冲+方向信号。
这是一个标准的外部信号输入顺序，但实际上同时接入并不会影响伺服驱动器的正常工作，但不能确保这样是否会对机器造成损伤。
2.3编码器接口CN2






关于编码器的A、B、Z相
编码器是测量速度、位移、旋转位置的设备，把角度位移或直线位移转换成电信号，以通讯方式传送给控制器。编码器分为增量式和绝对式两种。A相、B相、Z相旋转输出脉冲电压，三相脉冲各自独立，A相和B相脉冲量相等，但是A相和B相之间存在一个90°（电气角的一周期为360°）的电气角相位差，可以根据这个相位差来判断编码器旋转的方向是正转还是反转，正转时，A相超前B相90°先进行相位输出，反转时，B相超前A相90°先进行相位输出。Z相为一圈一个脉冲电压。
2.4 Mini USB通讯CN5






通过CN5，可以建立PC和驱动器的通讯，实行对驱动器状态监控、测试运行、参数读写等操作。
一些伺服驱动器支持网口通讯。
此端口很少用到。
4上位机程序配置与接线

  通常使用PLC作为上位机，由于我并没有通过PLC控制伺服电机，因此只会进行一个简单的概述。

使用上位机控制伺服电机所需完成的工作：










5面板显示与参数配置

不同型号的伺服电机显示略有差异，不具备普适性，此处仅做参考。

  注意：下列图片摘抄自研控和杰美康手册，并非单一手册。

5.1伺服驱动器的基本运行状态显示

状态显示分为位数据和缩略符号：





位数据：





缩略符号：





5.2面板操作

键位

操作面板5个按键功能如下图所示：





操作模式及其切换

伺服驱动器共有四种功能模式，分别为状态显示模式、监控模式、参数设置模式、辅助模式，它们之间的切换流程如下：





子菜单设置

• 按MODE键可以进入0级菜单（Pxx三位显示，表示功能码的Pxx组）切换功能码组（再按一次MODE键返回且不保存数据，下同），可通过上下三角键修改闪烁位，按移位键可移动闪烁位，便于设置为所需的组号；
  
• 组号设定完成后按SET键进入I级菜单（Pxx.xx五位显示，表示功能码序号）设置所需要的功能码序号；
  
• 功能码序号设定完成后按SET键进入II级菜单进行该功能码的参数修改（如果该参数允许修改，其最低位会闪烁显示）；
  
• 功能码的参数修改完成并按SET成功保存后，将显示DONE（若对参数做出了修改）；
  
  
  
  
  
  注意
  
• 有些功能号参数只能浏览，不能修改；
  
• 部分参数仅允许在停机状态下进行设定；
  
• 一般来说断电后参数设置仍会保存；
  
  

5.3面板的特殊显示

六位以上参数的设定
设定参数为六位以上时将超出五位数码管的显示范围，此系统将采用最多分4位X3页的显示方法，使用移位键切换页面，其他操作不变：





5.5参数与功能

通常有以下几类参数组：
P00-xx 表示电机及驱动器参数
P01-xx 主控制参数
P02-xx 表示增益类参数
P03-xx 表示位置参数
P04-xx 表示速度参数
P05-xx 表示转矩参数
P06-xx 表示 I/O 参数
P08-xx 表示高级功能参数
一些参数在设置后立即生效，一些参数则需重新上电。
使用上位机控制伺服电机前伺服驱动器所需进行的配置

与步进电机不同，若要使用上位机控制伺服电机，除了伺服电机、伺服驱动器和上位机之间的接线以及上位机的程序配置，还需要实现对伺服驱动器进行配置。
下列为一般需要设置的参数：





监视组参数

在监视模式下，可对输入到伺服驱动器的指令值、输入输出信号的状态以及伺服的内部状态进行监视；伺服电机处于运行状态时，也能对监视项进行变更。
下图为部分显示参数










IO参数

此处列举输入端口：










DI/DO端子状态显示方法





6基本控制&伺服运行的一般过程

接通电源

• 接通控制回路（L1C、L2C）以及主回路（R、S、T）电源；
  
  

禁用正向/反向运转禁止极限信号（部分机型）

一些机型（例如台达）在正确接线的情况下上电，在没有任何操作的情况下会直接报错，异警名称为紧急停止。这是因为出厂值的数字输入（DI6 ~ DI8）为反向运转禁止极限（NL）与正向运转禁止极限（PL）与紧急停止（EMGS）信号，若不使用出厂值的数字输入（DI6 ~ DI8），需调整数字输入（DI）之参数 P2-15 ~ P2-17 的设定，可将参数设定为 0（Disable 此 DI 的功能）或修改成其他功能定义。
点动运行（试运行）

点动运行可以用来在初次运行时确认伺服电机是否可以正常运行（此时应断开连接），是否有异响。有面板点动和DI点动两种配置方式。
面板点动/JOG操作
通过面板操作功能码P11.00进入JOG状态，此时面板显示200rpm点动速度默认值，可调整运行速度；按SET进入点动状态，面板显示“JOG”，可调整运行方向：





按MODE键退出点动运行模式时，之前设置的点动运行速度值不保存。
DI点动





DI点动不受伺服控制模式影响，在任何控制模式下，均可以进行DI点动。
基本控制参数配置






上位机控制伺服电机运行

首先需要配置使能信号，可配置为外部使能或软件内部强制使能。
伺服停止

停机方式可分为自由停机、零速停机；停机状态可分为自由运行状态、位置保持锁定；





根据伺服停机情况又可分为伺服使能停机、故障停机（第一类【NO.1】故障、第二类【NO.2】故障）、超程停机和紧急停机。

  超程停机：当机械的运动部分超出安全移动范围时，限位开关输出电平变化，伺服驱动器使伺服电机强制停止的安全功能。

  故障可分为：
不可复位NO.1故障、可复位NO.1故障、可复位NO.1故障
可复位表示故障处理后可通过设置清除伺服故障状态；不可复位表示故障处理后需重新上电。

限于篇幅这里展示最常用的伺服使能（S-ON）OFF停机：





7自动增益的配置

  并非所有机型都具备自动增益调整功能。

伺服的增益调整分为手动、自动和半自动，自动增益调整指惯量持续估测，惯量将定期调整，自动设定的参数包括电机负载惯量比、位置控制增益、速度控制增益、速度积分补偿、共振抑制低通滤波、外部干扰抵抗增益和速度检测滤波及微振抑制等（不同机型有所不同），此外使用者需自行调整自动调整模式应答性设定值（应答等级）；半自动增益调整指惯量非持续估测，运转一段时间后惯量停止调整，使用者需自行调整半自动调整模式应答性设定值（应答等级），通常与自动调整模式应答性设定值为同一参数。
自动及半自动模式下，应答等级设定：
1~50Hz：低刚性，低响应。
51~250Hz：中刚性，中响应。
251~550Hz：高刚性，高响应。
通过增加应答等级来增加响应速度，或降低刚性设定值来减少噪音，持续调整至性能满意，调机完成。
使用自动增益调整(自动调节)功能足以应付大多数负载条件。调整参数时，可以先使用自动参数调整功能，然后根据需要手动调整参数，通常由自动模式或半自动模式切换为手动模式时，相应的参数值也会重新修改成自动/半自动模式下相对应的参数值。

  如何理解伺服电机的刚性和惯量？https://www.sohu.com/a/219096822_754529

8电磁刹车

通常电磁刹车运用在 Z 轴方向，因为 Z 轴方向需要有一个向上的力去避免机构往下掉。使用电磁刹车可以降低伺服电机持续出很大的抗力，若伺服持续出力会则会产生大量的热量，进而导致电机寿命降低。电磁刹车在本装置为了不必要误动作，电磁刹车必须作用在伺服关闭后。
伺服电机内建刹车皆为保持刹车，不可直接使用于停止电机运转。请注意：保持刹车并非可确保机械安全的停止装置，请于机器端安装一个安全停止机械装置。刹车器在保持状态下，仍会有转动背隙，最大转动背隙角度为 1 ~ 2 度。另外附刹车的电机机种运转时，刹车来令片有时会产生声音(沙沙、喀喀声等)，这是刹车模块结构造成的，并非有故障不良的情形，并不会影响电机功能。
电磁刹车的接线

刹车信号控制电磁阀吸磁，提供制动器电源，制动器将打开。刹车线圈无极性之分。
禁止将刹车用电源和控制信号电源（VDD）共同使用，这是因为抱闸励磁是高感性元件,启停过程中对供电部分有很大影响,如果共用可能造成逻辑供电不稳进而产生错误。





图中与直流继电器反向并联的二极管为续流二极管。续流二极管通常和储能元件（如继电器内部电感线圈）一起使用，其作用是防止威廉希尔官方网站 中电压电流的突变，为反向电动势提供耗电通路。继电器模块一般带有续流二极管（单个继电器没有）。
9扭矩模式、速度模式和混合模式

9.1扭矩模式

扭矩控制模式（T 或 Tz）被应用于需要做扭力控制的场合，设定好一个固定的转矩后，当负载小于电机转矩，电机会一直加速至最大速度。
伺服驱动器通常有两种命令输入模式：模拟输入及缓存器输入。

• 模拟命令输入可经由外界来的电压来操纵电机的扭矩。
  
• 缓存器输入可通过配置相关参数作为扭矩命令。
  在扭矩模式下，可以使用速度限制指令。
  
  

转矩模式下，转速是自由的（随负载变）。
9.2速度模式

速度控制模式（S 或 Sz）被应用于精密控速的场合，例如 CNC 加工机。
伺服驱动器通常有两种命令输入模式：模拟输入及缓存器输入。

• 模拟命令输入可经由外界来的电压来操纵电机的转速。
  
• 命令缓存器输入有两种应用方式：
  1）第一种为使用者在作动前，先将不同速度命令值设于三个命令缓存器，再通过 DI 来进行切换；
  2）第二种为利用通讯方式来改变命令缓存器的内容值。为了命令缓存器切换产生的不连续，部分伺服也提供完整 S 型曲线规划。在闭
  回路系统中，这些装置采用增益及累加整合型式（PI）控制器。同时二种操纵模式（手动、自动）也提供使用者来选择。
  
  

转速控制模式下，转矩是自由的（随负载变）。
9.3混合模式

混合模式是由两种单一模式（位置、速度、扭矩控制）组成的操作模式，通过外部DI信号决定在混合模式中的哪一种单一模式下运行，即混合模式并非指可以同时在两种模式下运行，而是给予了用户切换控制模式的权力。
附录·伺服电机的保养

1 电机轴
伺服电机轴芯材质不具防锈能力，出厂时虽已施加油脂做防锈保护，但如果储存时间超过六个月，为确保轴芯免于锈蚀，请每三个月定期检视轴芯状况并适时补充适当的防锈油脂。
附录·关于不同品牌的伺服驱动器和伺服电机搭配

一般来讲伺服驱动器是和伺服电机成套购买的，但实际上将一些不同的伺服驱动器和伺服电机进行混搭也可正常运行（通常不建议这种做法），这主要看驱动器的兼容能力，两者需要满足的条件：

• 硬性条件：电机的输入电压必须和驱动器的输出电压吻合
  
• 电机是否支持电机及编码器参数设定。目前的大多数驱动器支持相关配置以适应不同类型的电机
  
• 功率匹配：一些大功率伺服驱动器支持连接小功率伺服电机，具体能否实现需要咨询厂商