运动控制系统应用指南

序
前言
第1章运动控制概论1
1.1运动控制系统的应用背景1
1.2运动控制系统的组成1
1.3运动控制系统的功能2
1.4运动控制器的种类3
1.5运动控制系统的基本原理5

第2章运动控制器及其低压电器6
2.1运动控制器6
2.1.1PLC的应用场合6
2.1.2PLC的工作原理7
2.1.3PLC的内部结构8
2.2西门子PLC的运动控制功能11
2.2.1SIMATIC S7-200 SMART PLC11
2.2.2SIMATIC S7-200 SMART PLC运动控制向导13
2.2.3SIMATIC S7-200 SMART PLC运动控制指令25
2.2.4SIMATIC S7-1200/1500 PLC28
2.2.5SIMATIC S7-1200 PLC控制脉冲型伺服运动控制向导29
2.2.6SIMATIC S7-1500 PLC控制总线型伺服运动控制向导37
2.2.7SIMATIC S7-1200/1500 PLC运动控制指令49
2.3低压电器52
2.3.1指示灯53
2.3.2开关53
2.3.3低压断路器54
2.3.4熔断器56
2.3.5接触器58
2.3.6控制继电器59
2.3.7热继电器61
2.3.8传感器62
2.4人机界面64

第3章变频调速系统66
3.1变频调速的基本原理66
3.2三相异步电动机的基本原理66
3.2.1三相异步电动机的主要用途和分类66
3.2.2三相异步电动机的基本结构66
3.2.3三相异步电动机的等效电路67
3.2.4三相异步电动机的调速70
3.2.5三相异步电动机的制动控制73
3.3变频器73
3.3.1变频器的组成74
3.3.2变频器的工作原理74
3.3.3变频器的控制方式74
3.4西门子变频调速系统75
3.4.1SINAMICS V20变频器75
3.4.2SINAMICS G120C变频器81
3.4.3SINAMICS V20变频器和SINAMICSG120C变频器通信85

第4章伺服控制系统89
4.1伺服驱动器原理概述90
4.1.1伺服电动机矢量控制原理90
4.1.2坐标变换原理92
4.1.3PWM控制方法93
4.2编码器97
4.3网络通信98
4.4西门子伺服控制系统99
4.4.1SINAMICS V90 PTI伺服驱动器脉冲型的组成及功能99
4.4.2SINAMICS V90伺服驱动器PROFINET通信总线型的组成及功能108
4.4.3SINAMICS V90伺服驱动器的安全功能114
4.4.4SINAMICS V90伺服驱动器的调试工具115
4.4.5SIMOTICS 1FL6伺服电动机119

第5章伺服控制系统的优化121
5.1伺服控制系统的基本控制理论122
5.1.1信号的描述方法122
5.1.2系统阶跃响应特性125
5.1.3系统开环频域响应特性128
5.1.4系统闭环频域响应特性129
5.1.5系统频域响应的测量方法130
5.1.6控制系统的基本模型130
5.2伺服控制系统的基本优化方法140
5.2.1伺服控制系统的基本环路140
5.2.2PID控制器原理142
5.2.3电流环优化143
5.2.4机械传动系统144
5.2.5速度环优化151
5.2.6位置环优化165
5.3SINAMICS V90伺服驱动器的优化方法175
5.3.1基于频域响应Bode图的优化176
5.3.2一键自动优化178
5.3.3实时自动优化180
5.3.4自动优化策略181
5.3.5位置指令响应183
5.3.6插补轴优化方法183
5.3.7机械谐振抑制188
5.3.8低频振动抑制189

第6章运动控制系统的应用194
6.1伺服电动机的选型194
6.2电气控制柜的设计196
6.2.1电气控制柜的设计原则196
6.2.2直流24V电源的设计要求198
6.2.3防护要求199
6.2.4冷却设计201
6.3接地设计205
6.3.1接地的分类205
6.3.2低压系统的接地形式206
6.3.3接地209
6.3.4电磁兼容性的设计212
6.3.5西门子驱动器的接地屏蔽要点213
6.4运动控制系统的设计调试要点217
6.4.1电动机的起停控制217
6.4.2SINAMICS V20变频器或SINAMICSG120C变频器与SIMATIC S7-200 SMARTPLC之间的USS通信222
6.4.3SINAMICS V20变频器或SINAMICSG120C变频器与SIMATIC S7-200 SMARTPLC之间的Modbus通信227
6.4.4SINAMICS G120C变频器与SIMATICS7-200 SMART PLC之间的PROFINET通信230
6.4.5SINAMICS V20变频器或SINAMICS G120C变频器与SIMATIC S7-1200 PLC之间的USS通信235
6.4.6SINAMICS V20变频器或SINAMICS G120C变频器与SIMATIC S7-1200 PLC之间的Modbus通信240
6.4.7SINAMICS G120C变频器与SIMATIC S7-1200 PLC之间的PROFINET通信244
6.4.8SINAMICS V90 PN伺服驱动器与SIMATIC S7-1500 PLC之间的位置控制（HSP）246
6.4.9SINAMICS V90 PN伺服驱动器与SIMATIC S7-1500 PLC之间的位置控制（GSD）254
6.4.10SINAMICS V90 PN伺服驱动器与SIMATIC S7-1200 PLC之间的PROFINET通信（功能块）256
6.4.11SINAMICS V90 PN伺服驱动器与SIMATIC S7-200 SMART PLC之间的位置控制263
6.4.12SINAMICS V90 PN伺服驱动器附加报文750的应用269

附录伺服电动机选型的计算274
附录A基本运动原理274
附录B圆盘型负载的伺服电动机选型282
附录C滚珠丝杠型负载的伺服电动机
选型285
参考文献288