力士樂Rexroth控制模塊R911306578 HNL01.1E-0100-N0202-A-480-NNNN
一、工控軟件的結(jié)構(gòu)特點及干擾途徑
在不同的工業(yè)控制系統(tǒng)中，工控軟件雖然完成的功能不同，但就其結(jié)構(gòu)來說，一般具有如下特點：
?。?實時性：工業(yè)控制系統(tǒng)中有些事件的發(fā)生具有隨機性，要求工控軟件能夠及時地處理隨機事件。
?。?周期性：工控軟件在完成系統(tǒng)的初始化工作后，隨之進(jìn)入主程序循環(huán)。在執(zhí)行主程序過程中，如有中斷申請，則在執(zhí)行完相應(yīng)的中斷服務(wù)程序后，繼續(xù)主程序循環(huán)。
?。?相關(guān)性：工控軟件由多個任務(wù)模塊組成，各模塊配合工作，相互關(guān)聯(lián)，相互依存。
?。?人為性：工控軟件允許操作人員干預(yù)系統(tǒng)的運行，調(diào)整系統(tǒng)的工作參數(shù)。在理想情況下，工控軟件可以正常執(zhí)行。但在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的干擾下，工控軟件的周期性、相關(guān)性及實時性受到破壞，程序無法正常執(zhí)行，導(dǎo)致工業(yè)控制系統(tǒng)的失控，其表現(xiàn)是：
?。?程序計數(shù)器PC值發(fā)生變化，破壞了程序的正常運行。PC值被干擾后的數(shù)據(jù)是隨機的，因此引起程序執(zhí)行混亂，在PC值的錯誤引導(dǎo)下，程序執(zhí)行一系列毫無意義的指令，后常常進(jìn)入一個毫無意義的“死循環(huán)"中，使系統(tǒng)失去控制。
＊ 輸入/輸出接口狀態(tài)受到干擾，破壞了工控軟件的相關(guān)性和周期性，造成系統(tǒng)資源被某個任務(wù)模塊獨占，使系統(tǒng)發(fā)生“死鎖"。
?。?數(shù)據(jù)采集誤差加大。干擾侵入系統(tǒng)的前向通道，疊加在信號上，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集誤差加大。特別是當(dāng)前向通道的傳感器接口是小電壓信號輸入時，此現(xiàn)象更加嚴(yán)重。
?。?RAM數(shù)據(jù)區(qū)受到干擾發(fā)生變化。根據(jù)干擾竄入渠道、受干擾數(shù)據(jù)性質(zhì)的不同，系統(tǒng)受損壞的狀況不同，有的造成數(shù)值誤差，有的使控制失靈，有的改變程序狀態(tài)，有的改變某些部件（如定時器／計數(shù)器、串行口等）的工作狀態(tài)等。筆者在研制電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)時就曾遇到因現(xiàn)場強電磁干擾而造成RAM數(shù)據(jù)經(jīng)常性被破壞的情況。
?。?控制狀態(tài)失靈。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，控制狀態(tài)的輸出常常是依據(jù)某些條件狀態(tài)的輸入和條件狀態(tài)的邏輯處理結(jié)果而定。在這些環(huán)節(jié)中，由于干擾的侵入，會造成條件狀態(tài)錯誤，致使輸出控制誤差加大，甚至控制失常。
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伺服驅(qū)動器（servo drives）又稱為“伺服控制器"、“伺服放大器"，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進(jìn)行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，目前是傳動技術(shù)產(chǎn)品。
目前主流的伺服驅(qū)動器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計的驅(qū)動電路，IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護(hù)電路，在主回路中還加入軟啟動電路，以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。
功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅(qū)動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰?/span>
隨著伺服系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用，伺服驅(qū)動器使用、伺服驅(qū)動器調(diào)試、伺服驅(qū)動器維修都是伺服驅(qū)動器在當(dāng)今比較重要的技術(shù)課題，越來越多工控技術(shù)服務(wù)商對伺服驅(qū)動器進(jìn)行了技術(shù)深層次研究。
伺服驅(qū)動器是現(xiàn)代運動控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人及數(shù)控加工中心等自動化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機的伺服驅(qū)動器已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動器設(shè)計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計合理與否，對于整個伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用。
一般伺服都有三種控制方式：位置控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式、速度控制方式。
1、位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進(jìn)行賦值，由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。
2、轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。
應(yīng)用主要在對材質(zhì)的手里有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。
3、速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機的位置信號或直接負(fù)載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的終負(fù)載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。
如果對電機的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個恒轉(zhuǎn)矩，當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模式。
如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實時轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。
如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會好一點，如果本身要求不是很高，或者基本沒有實時性的要求，采用位置控制方式。
伺服驅(qū)動器對電機的主要控制方式
伺服驅(qū)動器對電機的主要控制方式為：位置控制、速度控和轉(zhuǎn)矩控制。
位置控制：是指驅(qū)動器對電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩均于控制，上位機對驅(qū)動器發(fā)脈沖串進(jìn)行轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的控制，輸入的脈沖頻率控制電機的轉(zhuǎn)速，輸入的脈沖個數(shù)控制電機旋轉(zhuǎn)的角度。
速度控制：是指驅(qū)動器僅對電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，電機的轉(zhuǎn)角由CNC取驅(qū)動器反饋的A、B、Z編碼器信號進(jìn)行控制，CNC對驅(qū)動器發(fā)出的是模擬量（電壓）信號，范圍為+10V～-10V，正電壓控制電機正轉(zhuǎn)，負(fù)電壓控制電機反轉(zhuǎn)，電壓值的大小決定電機的轉(zhuǎn)數(shù)。
轉(zhuǎn)矩控制：是指伺服驅(qū)動器僅對電機的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，電機輸出的轉(zhuǎn)矩不在隨負(fù)載變，只聽從于輸入的轉(zhuǎn)矩命令，上位機對驅(qū)動器發(fā)出的是模擬量（電壓）信號，范圍為+10V～-10V，正電壓控制電機正轉(zhuǎn)，負(fù)電壓控制電機反轉(zhuǎn)，電壓值的大小決定電機輸出的轉(zhuǎn)矩。電機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角由上位機控制
