西门子6ES7235-0KD22-0XA8参数详细

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一、 位置检测元件的要求和种类

位置伺服系统的位置控制是将插补计算的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电机。而实际反馈位置的采集，则是由一些位置检测装置来完成。这些装置有旋转变压器、感应同步器、脉冲编码器、光栅、磁栅……

对于采用半闭环控制的位置伺服系统，其闭环路内不包括机械传动环节，它的位置检测装置一般采用旋转变压器，或高分辨率的脉冲编码器，装在进给电机或者丝杠的端头，旋转变压器（或脉冲编码器）每旋转一个角度，都严格对应着运动机构移动的一定距离。测量了电机或丝杠的角位移，也就是间接测量了运动机构的直线位移。

对于采用闭环控制系统的位置伺服系统，应该直接测量工作台的直线位移，可采用感应同步器、光栅、磁栅等测量装置。由工作台直接带动感应同步器的滑动尺度的同时，与装在机床床身上的定尺配合，测量出工作台的实际位置。

可见，位置测量装置是位置伺服系统的重要组成部分。它的作用是测量位移和速度，发送反馈信号，构成闭环或半闭环控制。的加工精度主要由检测系统的精度决定。

位移检测系统能够测量的*小位移量称为分辨率。分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测量线路。位置伺服系统对检测装置的主要要求有：

（1）高可靠性和高抗干扰性；

（2）满足精度和速度要求；

（3）使用维护方便，适合机床运行环境；

（4）。

二、感应同步器

感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理组成的。可用来测量直线或转角位移。测量直线位移的称长感应同步器，测量转角位移的称圆感应同步器。

圆感应同步器由转子和定子组成。这两类感应同步器是采用同一的工艺方法制造的。一般情况下。首先用绝缘粘贴剂把铜箔粘牢在金属（或玻璃）基板上，然后按设计要求腐蚀成不同曲折形状的平面绕组。这种绕组称为印制电路绕组。定尺和滑尺，转子和定子上的绕组分布是不相同的。在定尺和转子上的是连续绕组，在滑尺和定子上的则是分段绕组。分段绕组分为两组，布置成在空间相差900相角，又称为正、余弦绕组。感应同步器的分段绕组和连续绕组相当于变压器的一次侧和二次侧线圈，利用交变电磁场和互感原理工作。

安装时，定尺和滑尺，转子和定子上的平面绕组面对面地放置。由于其间气隙的变化要影响到电磁耦合度的变化，因此气隙一般必须保持在0.25±0.05mm的范围内。工作时，如果在其中一种绕组上通以交流激励电压，由于电磁耦合，在另一种绕组上就产生感应电动势，该电动势随定尺与滑尺（或转子与定子）的相对位置不同呈正弦、余弦函数变化。再通过对此信号的检测处理，便可测量出直线或转角的位移量。

感应同步器的优点是：

①具有较高的精度与分辨力。其测量精度首先取决于印制电路绕组的加工精度，温度变化对其测量精度影响不大。感应同步器是由许多节距同时参加工作，多节距的误差平均效应减小了局部误差的影响。目前长感应同步器的精度可达到±1. 5μm，分辨力0.0 5μm，重复性0.2μm。直径为300mm的圆感应同步器精度可达 ，分辨力 ，重复性 。

②抗干扰能力强。感应同步器在一个节距内是一个绝对测量装置，在任何时间内都可以给出仅与位置相对应的单值电压信号，因而瞬时作用的偶然干扰信号在其消失后不再有影响。平面绕组的阻抗很小，受外界干扰电场的影响很小。

③使用寿命长，维护简单。定尺和滑尺，定子和转子互不接触，没有摩擦、磨损，所以使用寿命很长。它不怕油污、灰尘和冲击振动的影响，不需要经常清扫。但需装设防护罩，防止铁屑进入其气隙。

④可以作长距离位移测量。可以根据测量长度的需要，将若干根定尺拼接。拼接后总长度的精度可保持（或稍低于）单个定尺的精度。目前几米到几十米的大型机床工作台位移的直线测量，大多采用感应同步器来实现。

⑤工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产。

由于感应同步器具有上述优点，长感应同步器目前被广泛地应用于大位移静态与动态测量中，例如用于三坐标测量机、程控数控机床及高精度重型机床及加工中测量装置等。圆感应同步器则被广泛地用于机床和仪器的转台以及各种回转伺服控制系统中。

三、光电脉冲编码器

编码器如以信号原理来分，有增量型编码器，绝对型编码器。下面以增量型编码器为例作简要说明。

1．工作原理

由图10.11所示，由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和件读取、获得四组正弦波信号组合成a、b、c、d。每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将c、d信号反向，叠加在a、b两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个z相脉冲以代表零位参考位。

由于a、b两相相差90度，可通过比较a相在前还是b相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。

编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。

编码器以每旋转360度提供多少个通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。

2．信号输出

信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（ttl、htl）,集电极开路（pnp、npn）,推拉式多种形式，其中ttl为长线差分驱动（对称a,a-;b,b-;z,z-）,htl也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。

编码器的脉冲输出信号一般连接到计数器、、计算机，plc和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。

如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。a、b两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。a、b、z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。a、a-，b、b-，z、z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减*小，抗干扰*佳，可传输较远的距离。 对于ttl的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。 对于htl的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300米。

3．增量式编码器的问题

增量型编码器存在零点累计误差，抗干扰较差，接收设备的停机需断电记忆，开机应找零或参考位等问题，这些问题如选用绝对型编码器可以解决。

主要是依相数来做分类，而其中又以二相、五相步进电机为目前市场上所广泛采用。二相步进电机每转*细可分割为400等分，五相则可分割为1000等分，所以表现出来的特性以五相步进电机较佳、加减速时间较短、动态惯性较低。

二相/五相步进电机差异比较：

电机构造：

二相步进电机：8个主极‧；4相(2相)4极线圈

五相步进电机：10个主极‧；5相2极线圈

分解能：

二相步进电机：1.8°/0.9°（200、400分割/圈）

五相步进电机：0.72°/0.36°（500、1000分割/圈），较二相步进电机高出2.5倍

振动性：

二相步进电机：100-200pps之间为低速共振领域，振动较大，无显著共振点

五相步进电机：低振动，速度—转矩特性，于速度上不及五相步进电机，高速度、高转矩

步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。

现就二者的使用性能作一比较。

一、控制精度不同

两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（bergerlahr）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。

交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

二、低频特性不同

步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。

交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（fft），可出机械的共振点，便于系统调整。

三、矩频特性不同

步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其*高工作转速一般在300～600rpm。

交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000rpm或3000rpm）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

四、过载能力不同

步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其*大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。

五、运行性能不同

步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

六、速度响应性能不同

步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下msma400w交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000rpm仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。

您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机分三种：永磁式（pm），反应式（vr）和混合式（hb）

永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；

反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；

混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用*为广泛。