V90伺服驅動器扭矩控制

V90伺服驅動器扭矩控制

經過上文分析可知，當伺服驅動器在位置控制模式和速度控制模式下，扭矩給定值是不能人為設定的，只能做限幅操作。因為此時該設定值的來源都是速度環的控制器輸出，不能人為干預，但可以根據工藝需求進行幅值的限制。而當伺服驅動器工作在扭矩模式時，雖然扭矩設定值和扭矩限幅值可以人為修改，但位置不可知，速度不可控。

3.1 位置控制模式下實現扭矩限幅

V90 伺服驅動器實現位置控制有兩種方式，第一種是利用伺服驅動器的基本定位功能(EPOS)完成，第二種是利用 PLC 組態工藝對象（TO）完成。這兩種位置控制的區別是位置環在伺服驅動器還是在 PLC。實現定位的流程還是基于圖2.1。因此這兩種方式都是可以實現扭矩限幅的。

3.1.1 EPOS 模式下的扭矩限幅

在 EPOS 模式下實現扭矩限幅借助于固定停止點功能實現，該功能可以完成擰緊或夾緊的相關工藝，比如讓電機帶著螺絲旋轉，當扭矩達到限制的緊固扭矩后反饋已到達并且螺絲不再旋轉的標志位。此功能包含在 EPOS 模式的運行程序段中，具體設置方法如下：

1）驅動器配置為 EPOS 模式2）進入參數設值頁面，設置運行Zui大行程，運行速度，運行加速度及減速度3）點擊任務設置，配置任務為“2：固定擋塊”4）當任務選擇為固定擋塊時，參數的含義就是扭矩限制值，單位是 0.01Nm,設置20含義是設置扭矩限制值為 0.2Nm5) 使用 FB284 指令的模式 6 執行運行程序段功能

圖3.1 EPOS模式下的扭矩限幅設置

3.1.2 工藝對象（TO）模式下的扭矩限幅

工藝對象(TO)模式下進行扭矩限幅時需要根據組態時所選擇的報文來確定實現方式。當選擇3號報文組態工藝對象(TO)時，需要增加附加750報文完成扭矩限幅，因為3號報文中沒有扭矩限幅相關的控制字，而當選擇102/105報文組態工藝對象(TO)時，既可以選擇102/105報文自帶的 MOMRED 進行扭矩限幅，也可以選擇附加750報文進行扭矩限幅，具體實現方法如下：

1)驅動器配置為速度模式2)選擇報文3+750或者102/105(+750)3)組態標準工藝對象（TO）4)取消工藝對象跟隨誤差監控功能5)使用750報文或 MOMRED 進行扭矩限幅

注意：S7-1200 系列 PLC 在工藝對象(TO)模式下組態750報文后無專用指令，需要根據下圖提供的對應關系直接操作給750報文分配的Q地址。

圖3.2 750報文扭矩限幅數據對應關系

S7-1500系列PLC使用102/105報文組態工藝對象時可以使用指令MC_TorqueLimiting指令的模式0進行扭矩限幅，如果組態了750報文，也可以使用MC_TorqueRange 指令進行扭矩限幅，需要注意的是這兩個指令不能同時激活，否則會報錯。

圖3.3 MC_TorqueLimiting指令
圖3.4  MC_TorqueRange指令

3.2 速度控制下實現扭矩限幅 

速度控制是在位置控制的基礎上去掉了Zui外層的位置環，結合上文分析可知，當去掉位置環后基本定位器(EPOS)模式將不存在，參考工藝對象(TO)模式時伺服驅動器本身就是工作在速度模式下，因此3.1.2所講解的扭矩限幅方式依然可用，具體實現步驟如下：

1)驅動器配置為速度模式

2)選擇報文：主報文(+750)

3)使用 750 報文或 MOMRED 進行扭矩限幅

注意：在速度模式下不再組態工藝對象(TO)，所以無論是使用750報文還是102/105報文的 MOMRED 進行扭矩限幅，都需要直接操作 Q 地址來實現。750報文的數據對應關系請參考圖 3.2，MOMRED 控制字的對應關系如圖 3.5 所示，計算公式：實際扭矩限值 = P2003(基準扭矩)×（1 – MOMRED/16#4000）。

圖3.5 MOMRED控制字和扭矩限幅對應關系

3.3 扭矩控制模式下的扭矩給定和限幅

V90 伺服驅動器有兩個版本，分別是 PTI 脈沖序列版本和 PN 通信版本。其中PTI 脈沖序列版本可以直接設置扭矩模式(T)，扭矩設定值可以配置為模擬量給定或通信給定。配置實現相對簡單，而PN版本伺服驅動器的扭矩控制模式比較隱蔽，在驅動器控制模式配置時只能看到速度模式(S)和基本定位器模式(EPOS)，想要配置成扭矩控制模式需要報文控制位的參與。

圖3.6 102/105報文第一個控制字

如圖3.6所示，在速度模式下選擇102或105報文后，可以通過這兩種報文的STW1.14 切換伺服驅動器工作在速度模式還是扭矩模式，當切換到扭矩模式后伺服驅動器的運行就符合2.3章節給出的典型扭矩控制原理圖。結合上文分析可知，在這種模式下需要有外部的扭矩設定值輸入，PN版本的伺服驅動器，輸入來源只能是通信，可以使用附加750報文進行扭矩給定。750報文扭矩設定值的對應關系請參考圖3.7，電機的旋轉方向由扭矩設定值的正負決定。需要注意的是，在扭矩控制模式下，沒有速度環參與，速度不可控，所以不能空載運行。

圖3.7 750報文扭矩設定數據對應關系

扭矩模式下，可以利用扭矩限幅功能將扭矩給定值限制在工藝要求的范圍內。使用方法可以參照前文速度控制模式下的限幅方法進行操作。驅動器的輸出會受控于扭矩回路的閉環調節，實際輸出扭矩不會大于給定扭矩。