| 伺服和运动控制技术作为数控机床、工业机器人及其它产业机械控制的关键技术之一，在国内外普遍受到关注。在伺服与运动控制产品领域，多样化一直是个鲜明的特点，包括从直流伺服驱动技术到交流伺服驱动技术，从模拟化到全数字化、智能化、网络化，从单轴伺服到多轴伺服，从单机化到总线产品。
众所周知，先进的伺服运动控制技术与解决方案的应用正是提升机器设备性能、档次与市场竞争力的一个重要途径。值此本文将介绍新型AC伺服电机/驱动器技术特征与应用,并对网络化伺服控制的系统集成方案作分析。
1、超小巧外形、高性能高功能的结晶.脉冲输入型AC伺服电机/驱动器技术特征
为此将从特点、系统构成、种类、伺服电机／驱动器组合、位置控制单元/伺服中继单元电缆组合、及AC伺服驱动器规格(R7D-B)、AC伺服电机规格及连接等作说明。以OMRON的SMARTSTEP2系列为例作分析。
1.1它是高性能又简单化，因为解决了从设计要安装、调整启动、运行到维护各阶段的技术问题，具体究竟解决了哪些问题呢？
在设计上。它控制柜的小型化，为手掌大小的超小尺寸；设计工时削减，PLC控制时通过Smart FB库，非常简单。
在安装上。便捷，驱动器安装只需在DIN导轨上一触式安装。
调整启动上。调整简单，实时自动调谐，因此无需调整，更简单；参数设定更简单利用参数单元的拷贝功能，只要下载即可。
在运行时。减少间隙，指令脉冲频率大幅高速化；同样适用于低刚性机械搭载了抑制机械振动的抑振功能和适用滤波器。
在维护上。能整合工具维护，如OMRON的SMARTSTEP2系列可利用FA整合工具CX-One的CX-driver可迸行驱动器维护。
特别是提供装置整合开发环境，从设计到维护，全面削减T．C．O。从PLC的控制通过功能块变得更简单。FA整合工具包使伺服系统从设计到维护实现整体管理，见图1所示。
图1
图1中设定／编程，使用SMART FB库使编程更简单；数据编辑／监控，利用CX-drver可进行伺服电机的参数编辑、监控和保存；报警／维护，NC单元、驱动器的异常监视更简单。
1.2主要特征
小巧
多轴运行，因此希望驱动器更小，控制柜设置面积得到大幅削减，超小型的（如SMARTSTEP型）更加小巧了，与同类产品相比设置面积削减了52％，可以为控制柜的省空间化进一步作出贡献；和小型PLC配合，希望驱动器也能更小，管道间距窄小化（如SMARTSTEP型的高度仅为120mm），可以与小型PLC安装在相同的管道间，这样可以使管道间距窄小化，从而实现控制柜的省空间化。
简单
调整更简单：通过实时自动调谐来设定最佳增益，搭载了实时自动调谐功能，可实时推算设备的负载惯量，根据其结果自动设定最佳增益，调整变得更简单，见图2所示。
图2
提高作业性
DIN导轨的一触式安装，使用DIN导轨安装单元(另售)，可实现DIN导轨一触式安装。这样可以提高组装作业性，使维护时的更换也变得更容易；量产时的参数设定更简单，参数单元通过拷贝工具实现更方便，参数单元使多个伺服驱动器的参数设定变得更简单，从而有效提高量产时的组装作业性。
高功能
缩短间歇时间：可以高速定位／移动，指令脉冲频率可以达到500kpps，是同类以往产品的2倍，因此可以在高速下进行高精度控制；确认当前位置：通过反馈脉冲监视装置定位异常，控制器能接收来自驱动器的反馈脉冲，能在上位确认当前位置，因此可以监视装置的异常，见图3所示。
图3
能改变推动力使用：可以使用转矩限制功能，有保持2种转矩限制值的功能，在挤压成型、部件插入等应用中，可以切换转矩使用见图4所示。
图4
降低机械振动：通过适应滤波器降低机械振动，自动检测振动频率，消除振动，即使共振频率发生变化也能实时自动追踪，可以降低传送带等刚性较低的机械振动；缩短间歇时间：通过制振控制实现高速定位，通过去除停止位置的振动频率成分，来抑制刚性较低的机械停止时产生的振动。
能应对各种各样的应用可切换指令控制模式：可以在位置控制、速度控制、转矩控制模式间切换使用。在压机、张力、挤出等应用中能有出色表现。
1.3驱动器种类
通用输入型、脉冲串输入型
电源规格：ACl00V、AC200V；电机容量：ACl00V,AC200V又分单相、单相／三相与三相；接口：指令形态分脉冲串、模拟量及高速伺服通信的运动网络；控制模式：控制模式分位置控制,速度控制及转矩控制；控制模式切换：模式切换；调谐功能：陷波控制、自动调谐与实时自动调谐；驱动器功能：转矩限制、编码器输出内部设定速度。
功能说明
脉冲串，针对伺服，将速度及移动量通过脉冲串输入的方式；转矩控制，调节旋转力的控制，在零件压入、成型、螺丝紧固等用途上非常有效；最佳增益功能，由于位置控制时的实时自动调谐的刚性设定是自动设定的，因此一定模式的动作反复输入后，可以自动实现适当的刚性设定；模拟量，针对伺服，将速度及移动量以模拟量来输入的方式；指令控制模式切换，可以在位置、速度、转矩控制中，选择2种控制模式切换使用；绝对值输出，控制器通电后，控制器读取伺服的绝对位置数据，可复原绝对位置；高速伺服通信的运动网络；陷波控制功能，根据振动频率自动设定滤波器来抑制振动；INC增量型输出，从控制器接通电源起一直保持从原点位置开始的方式；位置控制，移动到目标位置，移动完成后使其停留在目标位置的控制方式；自动调谐，电机根据驱动器自动生成的指令模式运行，根据当时所需的转矩推选出负载惯量，自动设定恰当的增益；适应滤波器实时自动调谐，实时推算机器的负载惯量，根据其结果自动设定最佳增益；速度控制，改变速度、转数的控制方式，在诸如打磨石旋转、溶接速度、传送速度等用途上非常有效；转矩限制功能，通过限制电机输出转矩这个功能，可以在第1转矩限制／第2转矩限制间切换使用。
1.4伺服电机种类
电机形状：圆柱型/扁平型。额定转数：圆柱型分1000r／min与2000r／min，扁平型3000r／min；伺服电机容量：从50W、100W直到7．5kW。
功能说明：增量型输出／绝对值输出共用，可以在增量型输出和绝对值输出间切换使用。另外，绝对值输出时，控制器通电后，控制器读取伺服的绝对位置数据，可复原绝对位置。增量型输出，从控制器接通电源起一直保持从原点位置开始的方式。
2、AC伺服电机/驱动器超小型尺寸，凝聚高功能与优性能
以OMRON的SMARTSTEP2的AC伺服电机/驱动器脉冲串输入型R88M-G/R7D-BP为例。
小型AG伺服驱动器。与SMARTSTEPA系列相比设置面积只为原先的48％，体积比为39％，做到了小型化。
刚度较低的机械也可实现抑制加减速时的晃动。通过安装了振动控制功能，在使用因刚度较低而在顶端发生振动的机械、装置时，也可有效的降低振动。
通过共振抑制控制实现高速定位。因搭载自动调谐功能，可以实时推算出机械的负载惯量，并可始终自动设定为最适合的增益。此外，可通过适用滤波器来自动抑制共振引起的振动。
指令脉冲输入为对应90o相位差输入。除以往的CW／CCW(2脉冲输入方式)、SIGN/PULS(1脉冲输入方式)外，还可对应90o微分相位差输入。因此，可将编码器的输出信号完整的输入到驱动器，并可简单的实现同期控制。
丰富的脉冲设定功能。通过指令脉冲倍数功能、电子齿轮功能、编码器分频功能等丰富的脉冲设定功能，可为客户的设备及系统提供最适合的脉冲没定。
通过内部速度设定可便捷的进行速度控制。内部速度设定最多可有4种设定，并可通过外部信号的切换进行速度控制。
编码器分频输出功能。可将由驱动器输出的电机编码器脉冲数在1～2500脉冲／转的范围内进行设定。此外，可通过参数进行位相的变更。
3、AC伺服电机/驱动器应用实例
AC伺服电机/驱动器超小型、高功能伺服，而且简单，又可轻而易举的高精度定位，应对各种用途的功能和丰富的伺服种类，可实现最佳组合，可在滚珠丝杠、传送带等，应用广泛。值此以SMARTSTEP2电机/驱动器为例的应用借以说明。
在部件压入、压机、螺丝紧固上的应用，见图5(a)所示，其可编程控制器，用sysmac cj系列，位置控制单元用cj1w-ncf71型。
图5(a)
可编程控制器PLC的高速脉冲来控制伺服电机，即接收2MHz的脉冲，实现且自动调谐高级功能。
在绕卷、迸给控制上的应用，应用实例，见图5(b)所示。
图5(b)
4、交流伺服电机位置驱动监控检测系统的中上位机与伺服驱动器间的通信应用
交流伺服电机驱动器由于其应用简便和性能可靠，已广泛的应用在工业位置传动装置中。市场上新型的交流伺服电机驱动器都具有符合RS485协议的串行通信接口，计算机可利用这一接口电路与驱动器之间实现串行通信，向驱动器发出相应的位置运行指令和速度运行指令，控制伺服电机的运行，并及时反馈电机的运行数据，供计算机分析。由于这种方法控制的稳定性好、精度高、传输距离远、可双向交流控制信息、线路简单、很有发展前景。
上位机与伺服驱动器间的通信设计如下：
现在工业用伺服驱动器通常都配置了RS485通信接口，利用该接口通过编制相应的驱动程序即可以实现上位机与伺服驱动器的信息交互。
RS485串行通信，工业RS485通信采用2线双绞传输方式，即数据D+和数据D—，这种数据差动传输方式可以有效地消除干扰的影响。另外，RS485通信为1：N方式，1台主控机(上位机)可级连多达16台被控机(伺服驱动器)。
RS485通信规则，采用选择／查询方式，被控机常处于等待主机选择或查询状态。伺服驱动器在待机状态时，符合编号的被控机接收到主机的要求帧，判断为正常接收信号后，对要求帧处理，并返回肯定应达帧，否则返回否定应达帧。
通信功能，上位机与伺服驱动器之间进行通信主要完成。
通信连接，主控机侧：RS232／RS485转换接口；被控机侧：RS485通信口；在主控机和被控机之间用2不着线双绞屏蔽电缆连接，末端被控机加终端电阻。
5、高速伺服通信的运动网络的应用
伺服系统是机电产品中的重要环节， 随着计算机技术的进展，交流伺服系统在经过广泛运用的前景下正向着网络化控制方向发展。值此介绍新型AC伺服电机/驱动器的高速伺服通信运动网络技术的应用，即网络化伺服运动控制系统的设计和实现方案。
基本架构，基于独立性数字运动控制器的网络伺服系统的系统集成。
独立性的数字运动控制器的网络伺服系统就是在运动控制时，脱离计算机或工控机的通讯操作控制，直接把控制程序和要运行的程序下载到运动控制器本身所带的FlASHROH里面。有设备的外围触发信号触发程序就开始运行。值此是基于以OMRON公司的以SMARTSTEP2驱动器与R88M-G伺服电机为例的的网络伺服系统的系统集成的结构框图，见图6所示。
上位计算机通过接插支持TCP／IP协议的网络通讯适配卡(100M)获得对以太网总线的支持，负责对整个系统的运行和工作状态进行监视管理。上位计算完成任务规划后，由第三方软件完成用户应用程序开发，根据TCP／IP协议通过以太网将生成的程序指令传送给运动控制器。
图6
上位计算机通过接插支持TCP／IP协议的网络通讯适配卡(100H)获得对以太网总线的支持，负责对整个系统的运行和工作状态进行监视管理。上位计算完成任务规划后，由第三方软件完成用户应用程序开发，根据TCP／IP协议通过以太网将生成的程序指令传送给嵌入式多轴运动控制器。
在图6的网络伺服运动控制系统中，控制器不断转译产生更新的位置命令(运动曲线)，通过现场总线下传给驱动器，总线节点解释指令以后转化为数宇脉冲信号，控制交流伺服电机，这样完成命令所需定位。在一个多轴系统中，一个控制器可以控制多个电机驱动器。伺服电机是主要的执行部件，完成具体动作。图6中运动控制器可用FQM1-MM22，也可用MC260这些控制器采用工业专用的32位，120HHz—150NHz的最新微处理技术，融合最新的控制理论及其网络控制技术，可选用不同的控制器可控制1—24个轴。可以用0—+/-10v的模拟量电压输出和编码器反馈形成全闭环控制，来控制伺服电机。也可以控制步进电机、变频器、气动、液压伺服，或者是这几种的任意结合。
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