前面一篇我们讲了伺服驱动器的主回路接线,包括电源、电机线、编码器线、制动电阻、抱闸和接地。
主回路接好以后,伺服驱动器能上电,电机和驱动器也能建立连接。
但是到这一步,伺服电机通常还不会自动运行。
因为伺服系统不是普通电机,不是接上电就转。它还需要一系列控制信号告诉驱动器:
可以使能了吗?
有没有报警?
报警是否复位?
正限位有没有动作?
负限位有没有动作?
原点信号在哪里?
PLC 有没有发脉冲?
方向信号是什么状态?
定位完成信号有没有输出?
这些信号就属于伺服控制回路,也可以叫控制信号接线。
现场很多伺服“不转”的问题,主电源、电机线、编码器线都没问题,最后往往卡在控制信号上。
比如:
伺服没有使能
报警没有复位
正负限位信号没接
限位逻辑取反
脉冲线接错
方向信号极性不对
PLC 输出类型和伺服输入类型不匹配
COM 公共端接错
24V 电源没有共地
差分脉冲和集电极开路脉冲搞混
参数里选择的脉冲形式和实际接线不一致
所以这一篇,我们重点讲伺服常见控制信号怎么理解。
伺服驱动器的控制信号,看起来很多,但可以先分成四大类。
第一类是输入信号,也就是外部给驱动器的开关量信号。
比如:
伺服使能
报警复位
正限位
负限位
原点信号
正转禁止
反转禁止
急停相关输入
控制模式选择
内部速度选择
第二类是输出信号,也就是驱动器反馈给 PLC 的状态信号。
比如:
伺服准备好
伺服报警
定位完成
零速信号
抱闸释放信号
运行中信号
到达速度信号
转矩限制中
第三类是指令信号,也就是 PLC 或控制器发给伺服的运动命令。
比如:
脉冲信号
方向信号
CW/CCW 脉冲
AB 相脉冲
模拟量速度指令
模拟量转矩指令
总线通讯指令
第四类是通信信号,比如 RS485、CANopen、EtherCAT、PROFINET、SSCNET、MECHATROLINK 等。
这一篇主要讲最常见的入门接线:
开关量输入输出,加上脉冲方向控制。
也就是很多现场常说的:
PLC 发脉冲控制伺服。
在讲使能、复位、限位之前,必须先讲一个很多人容易忽略的问题:
PLC 输出类型和伺服输入类型是否匹配。
现场常见的数字量信号,大体会遇到两种接法:
PNP,也常说源型输出
NPN,也常说漏型输出
简单理解:
PNP 输出动作时,给外部提供正电压,常见是输出 24V。
NPN 输出动作时,把信号拉到 0V,相当于提供一个到 0V 的通路。
不同品牌 PLC、不同伺服驱动器,对输入公共端 COM 的接法要求不一样。
有些伺服输入端需要外部给它一个 24V 信号才算 ON。
有些伺服输入端需要被拉到 0V 才算 ON。
有些伺服支持源型和漏型切换。
有些需要通过参数选择输入逻辑。
有些端子公共端接法不同,接错以后所有输入都不动作。
所以现场不能只看“SON 接了没有”,还要看:
SON 信号有没有真正进入驱动器
驱动器监控里 SON 状态有没有变化
COM 接的是 24V 还是 0V
PLC 输出是 PNP 还是 NPN
外部 24V 电源和伺服控制端是否共地
输入逻辑是常开有效还是常闭有效
很多时候,线看起来接了,但驱动器没有识别到,这就是输入类型和公共端没有搞清楚。
伺服使能信号,是伺服控制里最重要的信号之一。
很多品牌会把它叫作:
SON
Servo ON
伺服 ON
使能
伺服使能
Enable
这个信号的作用是告诉驱动器:
现在允许你控制电机了。
驱动器上电以后,如果没有使能,电机一般不会进入受控状态。你可能看到驱动器面板亮着,也没有报警,但电机轴没有保持力,PLC 发脉冲也不动作。
只有伺服使能满足以后,驱动器才会给电机建立控制,电机才可能有保持力,也才会响应运动指令。
常见现象有:
驱动器显示正常
没有报警
PLC 发脉冲,但电机不动
电机轴可以用手转动
监控里脉冲计数可能有变化,但电机没有响应
驱动器状态不是 Servo ON
定位程序执行了,但轴没有动作
这时不能马上怀疑脉冲线和电子齿轮比,应该先查使能。
具体接法要看品牌说明书。一般思路是:
PLC 的一个数字量输出点,接到伺服驱动器的 SON 输入端。
伺服驱动器的输入公共端 COM,按源型或漏型要求接到 24V 或 0V。
PLC 输出动作后,驱动器监控里的 SON 状态应该变为 ON。
一定要在驱动器监控画面里确认,不要只用眼睛看线。
因为线接上不代表信号有效。
有些设备会把伺服使能串到安全回路里。
比如急停按下后,所有伺服使能断开。安全门打开后,伺服使能断开。安全继电器动作后,伺服不能上使能。
这类设计是为了安全。
但调试时也容易误判:
PLC 程序给了 SON 输出,但安全继电器没有闭合,实际到驱动器的 SON 没有电。
触摸屏显示伺服已启动,但驱动器输入监控里 SON 仍然是 OFF。
急停回路未复位,伺服无法使能。
所以排查时要看最终进入驱动器的输入状态。
伺服报警复位信号,很多品牌会叫:
RES
ALM-RST
Reset
Alarm Reset
报警复位
这个信号的作用是:当驱动器发生报警后,通过外部信号清除可以复位的报警。
但要注意:
报警复位不是万能的。
如果故障原因没有消除,复位以后还会马上报警。
有些严重报警必须断电重启。
有些报警需要先撤掉使能,再复位。
有些报警需要检查参数、电机、编码器或主回路。
有些报警不允许在电机运行中直接复位。
报警复位只是告诉驱动器:
故障处理完了,请重新尝试恢复正常状态。
但是如果故障还在,驱动器不可能正常运行。
比如:
编码器线没插,复位也没用。
电机线短路,复位也没用。
机械卡死,复位后可能一使能又过载。
主电源欠压,复位后仍然欠压。
制动电阻没接,减速时还会过电压。
所以复位前要先看报警代码。
常见做法是 PLC 一个输出点接到伺服的报警复位输入端。
触摸屏上设置一个“报警复位”按钮,PLC 接收到按钮后,给 RES 输出一个短脉冲。
一般不建议长时间保持复位信号。多数场合给 0.2 秒到 1 秒的复位脉冲就够,具体按说明书要求。
现场程序里不要写成:
只要有报警,就一直复位。
这种写法不安全,也不利于排故。
正确思路应该是:
发生报警后,先停止运动指令。
撤掉伺服使能。
记录或显示报警代码。
人工确认故障原因。
按下复位按钮后,给复位脉冲。
确认报警解除后,再允许重新使能。
这样更安全,也更符合现场维护逻辑。
伺服系统常用于滑台、模组、升降轴、机械手等运动机构。
这些机构都有运动范围。
如果程序错误、方向错误、原点错误、脉冲数错误,伺服可能带着负载一直往前走。为了防止撞机,就需要限位保护。
常见限位信号包括:
正限位
负限位
正向禁止
反向禁止
LSP
LSN
POT
NOT
Forward limit
Reverse limit
不同品牌名称不同,但逻辑类似。
正限位表示:机构已经到达正方向极限,不能再往正方向运动。
负限位表示:机构已经到达负方向极限,不能再往负方向运动。
比如一个水平滑台,中间为正常工作区域。
往右走是正方向,右端限位就是正限位。
往左走是负方向,左端限位就是负限位。
当正限位动作时,伺服应该禁止继续正向运动,但一般允许反向退回。
当负限位动作时,伺服应该禁止继续负向运动,但一般允许正向退回。
现场有两种常见方式。
一种是限位开关接到 PLC,由 PLC 程序判断后停止发脉冲。
另一种是限位信号直接接到伺服驱动器,让驱动器硬件或内部逻辑直接禁止某方向运行。
更安全的做法,通常会把限位既给 PLC,也给伺服,甚至还要有机械硬限位。
因为只靠 PLC 程序保护,有时不够安全。
比如 PLC 程序写错、输出异常、扫描延迟、通信中断,都可能导致保护不及时。
限位开关有常开、常闭两种接法。
安全角度看,很多设备喜欢用常闭限位。
原因是:如果线断了,系统会认为限位异常,从而停机保护。
如果用常开限位,线断了系统可能不知道,等真正撞到限位时也没有信号。
但是用常闭信号时,一定要在伺服参数里设置正确逻辑。
否则会出现:
限位没有碰到,驱动器却认为已经限位。
PLC 发脉冲,伺服不动。
只能向一个方向运动,另一个方向被禁止。
刚上电就报正负限位异常。
所以限位排查时一定要看驱动器输入监控:
正限位当前是 ON 还是 OFF
负限位当前是 ON 还是 OFF
正常状态下驱动器认为限位是否释放
触碰限位时状态是否变化
第一次调伺服时,不要一上来高速运行。
建议先低速点动:
确认正方向是不是设备实际正方向
确认正限位能不能挡住正向运动
确认负限位能不能挡住负向运动
确认限位动作后能不能反向退出
确认 PLC 和驱动器显示状态一致
如果方向反了,正限位和负限位也可能反了。
这类错误非常危险。因为你以为正限位能保护正方向,结果实际运动方向相反,最后可能直接撞机。
伺服能精确走多少距离,但它需要一个坐标基准。
这个基准通常就是原点。
原点信号常见名称包括:
ORG
HOME
DOG
ZRN
原点
近点
零点
原点开关
不同控制方式下,原点信号可能接到 PLC,也可能接到伺服驱动器,还可能通过总线返回。
很多设备上电后,PLC 并不知道滑台现在在哪里。
比如一个丝杆滑台,断电前停在中间。第二天上电,PLC 内部位置数据可能已经清零,但实际滑台还在中间。
如果不建立坐标,就直接让它走 100 毫米,可能会产生错误。
所以很多设备上电后,需要先执行回原点。
回原点的目的就是:
找到一个固定参考位置。
把这个位置定义为机械零点或程序零点。
后面的所有定位都以这个位置为基准。
原点开关用于建立坐标基准。
限位开关用于防止机构超行程。
有些设备会把原点靠近某一端,但原点不等于限位。
正确设计中,通常是:
正常工作区域中有原点或近点信号。
两端有正负限位保护。
限位外侧还可能有机械挡块。
如果把限位开关直接当原点用,也不是绝对不可以,但要看设备结构和控制要求。对精度要求高的场合,原点信号的安装位置、重复精度和触发方式都很重要。
不同 PLC 和伺服系统回零方式不同,但基本过程类似:
先让轴按指定方向低速寻找原点开关。
检测到原点开关后减速。
有些系统会离开原点再重新靠近,提高重复性。
有些系统还会寻找编码器 Z 相信号。
找到精确位置后,把当前位置设为零点。
所以原点回归不是简单地“碰到开关就停”。
精度要求高的设备,往往会结合原点开关和编码器 Z 相,得到更稳定的原点位置。
常见现象包括:
回原点一直找不到开关
还没碰到开关就认为到原点
回零方向反了
碰到限位还不停止
每次回原点位置不一致
回原点完成后坐标不对
回零过程中报警
原点开关有信号,但 PLC 没识别到
排查时要看:
原点开关实际有没有动作
PLC 输入状态有没有变化
伺服驱动器输入状态有没有变化
回零方向是否正确
原点逻辑是常开还是常闭
是否需要 Z 相
回零速度是否过快
机械安装是否松动
如果说使能信号是“允许伺服工作”,那么脉冲方向信号就是“告诉伺服怎么走”。
在普通 PLC 控制伺服位置时,最常见的是脉冲方向控制。
也就是 PLC 发两个信号给伺服驱动器:
一个是脉冲信号。
一个是方向信号。
脉冲数量决定走多远。
脉冲频率决定走多快。
方向信号决定正转还是反转。
常见端子名称包括:
PUL
PULSE
PLS
PP
NP
SIGN
DIR
CW
CCW
A/B
PULSE+
PULSE-
DIR+
DIR-
不同品牌写法差异很大。
假设系统设定为 10000 个脉冲电机转一圈。
如果 PLC 发 10000 个脉冲,电机转一圈。
如果 PLC 发 5000 个脉冲,电机转半圈。
如果 PLC 发 20000 个脉冲,电机转两圈。
如果电机通过丝杆带动滑台,丝杆导程是 10 毫米,那么电机转一圈,滑台走 10 毫米。
这时:
10000 个脉冲对应 10 毫米。
1000 个脉冲对应 1 毫米。
100 个脉冲对应 0.1 毫米。
当然,实际还要看电子齿轮比怎么设置。这个我们后面会专门讲。
PLC 发脉冲越快,伺服电机转得越快。
比如同样是发 10000 个脉冲:
1 秒发完,电机转得快。
10 秒发完,电机转得慢。
所以伺服速度不是只看“发了多少脉冲”,还要看单位时间内发了多少脉冲。
这就是脉冲频率。
方向信号通常是一个高低电平。
比如方向信号 OFF 时,电机正转。
方向信号 ON 时,电机反转。
具体高电平对应正转还是反转,要看驱动器参数和接线定义。
如果电机方向反了,不要急着调换 U、V、W。
应该优先考虑:
修改 PLC 方向逻辑
修改伺服方向参数
调整脉冲方向输入逻辑
修改程序里的正负方向定义
伺服驱动器常见的脉冲输入形式,一般有三种。
这是最常见的入门方式。
一个端子接脉冲。
一个端子接方向。
PLC 每发一个脉冲,伺服按当前方向走一步。
优点是简单直观,PLC 控制方便。
这种方式也叫正反脉冲。
一个端子接正转脉冲 CW。
一个端子接反转脉冲 CCW。
PLC 往 CW 端发脉冲,伺服正向运动。
PLC 往 CCW 端发脉冲,伺服反向运动。
这种方式没有单独方向电平,而是通过脉冲通道区分方向。
AB 相脉冲类似编码器 A、B 相信号,通过相位差判断方向。
这种方式在某些跟随、同步、手轮、编码器输入场合会用到。
对初学者来说,最先掌握脉冲加方向即可。
但要注意:驱动器参数里选择的脉冲形式,必须和实际接线一致。
如果参数设成 CW/CCW,但你实际接的是脉冲加方向,伺服就不会正常动作。
这是现场非常容易出错的地方。
PLC 发给伺服的脉冲信号,有不同输出形式。
常见有:
晶体管集电极开路输出
差分输出
线驱动输出
伺服驱动器的脉冲输入端,也可能支持不同接法。
很多普通 PLC 的高速脉冲输出是晶体管输出。
这种方式常见于中低速、短距离控制。
接线时要注意:
PLC 是 PNP 还是 NPN 输出
伺服脉冲输入公共端怎么接
是否需要外部电阻
电压是否符合要求
最高脉冲频率是否满足
如果公共端接错,伺服可能完全收不到脉冲。
差分脉冲一般有 PULSE+、PULSE-,DIR+、DIR-。
它抗干扰能力更强,适合高速脉冲、较长距离或要求更稳定的场合。
很多运动控制器、定位模块、高端 PLC 支持差分输出。
差分接线时要成对接线,不能只接一个正端,负端悬空。
有些驱动器同一组端子既支持开集电极,也支持差分,但接法不同。
有些驱动器有专门的高速脉冲输入端。
有些需要参数选择脉冲输入方式。
有些对输入电压和电流有限制。
所以不要看到 PUL、DIR 就直接接。
一定要确认:
PLC 脉冲输出类型
伺服脉冲输入类型
脉冲电压等级
公共端接法
最高频率
参数选择的输入形式
除了 PLC 给伺服信号,伺服也要把状态反馈给 PLC。
常见输出信号包括:
报警输出
伺服准备好
定位完成
零速
运行中
抱闸释放
到达速度
转矩限制
这些信号通常是伺服驱动器的数字量输出。
ALM 是最常用的输出信号之一。
当伺服驱动器报警时,把报警状态反馈给 PLC。
PLC 接收到报警后,应该停止运动指令,禁止继续运行,并在触摸屏上显示故障。
注意,有些品牌的报警输出逻辑是:
正常时 ON,报警时 OFF。
也有的是正常时 OFF,报警时 ON。
所以程序里要结合实际逻辑判断。
如果逻辑写反,就会出现:
明明没报警,PLC 显示报警。
已经报警了,PLC 却认为正常。
READY 或 RDY 表示驱动器已经准备好。
一般含义是:
控制电源正常
主回路正常
没有严重报警
驱动器处于可运行状态
但 READY 不一定等于伺服已经使能。
有些驱动器 READY 后,还需要 SON 才能真正 Servo ON。
INP 或 COIN 表示定位完成。
当伺服实际位置进入设定的到位范围,并且位置偏差满足要求时,驱动器输出定位完成信号。
PLC 可以用它判断:
这一步动作是否完成
是否可以执行下一步
气缸是否可以动作
夹爪是否可以夹紧
下一轴是否可以开始运动
但要注意,定位完成不是简单地“脉冲发完”。
PLC 脉冲发完,只表示指令发完。
伺服 INP 输出,表示实际位置基本到达目标范围。
如果设备对节拍要求高,程序里常常既看脉冲输出完成,又看伺服到位信号。
零速信号表示电机速度低于设定阈值,接近停止。
这个信号在抱闸控制、运动互锁、安全逻辑里有时会用到。
比如垂直轴停止后,确认零速,再吸合抱闸。
这是新手最常见错误。
PLC 程序正常发脉冲,伺服也上电了,但没有 SON,使能没上,电机自然不动。
驱动器认为正限位或负限位已经动作,于是禁止运动。
表现为:
只能一个方向动
两个方向都不动
一上电就限位报警
点动时马上停止
输入公共端没接对,所有控制输入都不生效。
这种情况最容易让人误以为驱动器坏了。
PNP/NPN 搞错,导致信号进不去。
实际接的是脉冲方向,参数却设置成 CW/CCW。
实际是差分输入,接线却按开集电极接。
方向信号接了,但驱动器没设置对应模式。
PLC 程序里把常闭报警当常开报警处理,导致设备误报警或不报警。
有些接线方式下,PLC 和伺服控制端需要共同参考电位。
如果 0V 没有正确处理,信号可能不稳定或无法识别。
高速脉冲信号受干扰,可能导致定位不准、偶发偏差、误动作。
现场遇到“伺服不转”,不要一上来就改参数。
可以按下面顺序查。
第一,驱动器有没有报警。
有报警先看报警代码,不要盲目复位。
第二,驱动器是否 READY。
如果没有准备好,查主电源、控制电源、内部状态。
第三,伺服是否使能。
看监控里的 SON 或 Servo ON 状态,不要只看 PLC 输出。
第四,正负限位是否释放。
看 LSP、LSN 或 POT、NOT 状态是否正常。
第五,控制模式是否正确。
PLC 发脉冲,驱动器必须处于位置控制或脉冲位置控制相关模式。
第六,脉冲输入是否有计数。
很多驱动器软件可以看指令脉冲累计值。如果 PLC 发脉冲,但驱动器计数不变,说明脉冲没有进来。
第七,方向信号是否变化。
看方向输入状态是否正常。
第八,电子齿轮比是否合理。
如果电机动得很小或很大,可能不是不动,而是脉冲换算比例不对。
第九,机械是否卡住。
电气信号正常,但电机带不动,也会表现为不运行或报警。
第一次调试伺服控制信号,可以按这个流程来。
第一步,只上控制电源,确认驱动器显示和通信正常。
第二步,上主电源,确认没有主回路报警。
第三步,不接负载或松开联轴器,在安全条件下测试使能。
第四步,在驱动器监控里查看 SON、RES、限位、原点等输入状态。
第五步,手动触发每个输入,确认状态变化正确。
第六步,测试报警输出、准备好输出、定位完成输出是否能被 PLC 识别。
第七步,低速点动伺服,确认方向。
第八步,测试正负限位,确认限位方向正确。
第九步,低速回原点,确认原点开关有效。
第十步,小距离发脉冲,确认电机动作距离和方向。
第十一步,再逐步连接机械负载,调整速度、加减速和参数。
调伺服最怕一上来就高速、大行程、带负载跑。
正确做法是:
先小动作,后大动作。
先低速,后高速。
先空载,后带载。
先点动,后自动。
先确认方向,再确认距离。
假设一台 PLC 用脉冲方向控制伺服滑台。
最基本的信号可以这样设计:
PLC 输出 1 接伺服使能 SON。
PLC 输出 2 接报警复位 RES。
PLC 高速脉冲输出接 PUL。
PLC 方向输出接 DIR。
伺服输出 ALM 接 PLC 输入,作为报警信号。
伺服输出 READY 接 PLC 输入,作为准备好信号。
伺服输出 INP 接 PLC 输入,作为定位完成信号。
正限位、负限位、原点开关接 PLC 输入。
如果安全要求更高,正负限位也可以同时接伺服驱动器限位输入。
程序逻辑可以简单理解为:
没有报警,READY 正常,急停释放,限位正常,才允许伺服使能。
伺服使能后,才允许发脉冲。
发脉冲前,先判断目标方向是否会撞限位。
运动过程中,如果报警或限位动作,立即停止脉冲。
脉冲发送完成后,等待 INP 定位完成。
定位完成后,再执行下一步动作。
这就是最基本的伺服控制逻辑。
亲,伺服控制信号虽然多,但不要被端子名称吓住。
它的核心逻辑其实很清楚:
使能信号告诉伺服:你可以工作了。
报警复位信号告诉伺服:故障处理完了,请恢复。
限位信号告诉伺服:这个方向不能再走了。
原点信号告诉系统:从这里建立坐标。
脉冲信号告诉伺服:走多少、走多快。
方向信号告诉伺服:往哪边走。
报警输出告诉 PLC:我出故障了。
准备好输出告诉 PLC:我可以运行。
定位完成输出告诉 PLC:我已经到位。
只要把这些信号的作用理解清楚,看不同品牌的端子表就不会乱。
伺服主回路接好,只是说明驱动器和电机具备了运行基础。
真正让伺服按照 PLC 指令动作,还必须把控制信号接对、参数设对、逻辑写对。
这一篇重点讲了几个最常见的控制信号:
伺服使能 SON,是让驱动器真正接管电机。
报警复位 RES,只能在故障原因消除后使用。
正负限位,用来防止机构冲出行程。
原点信号,用来建立设备坐标基准。
脉冲方向信号,是 PLC 控制伺服位置的核心。
报警、准备好、定位完成等输出信号,是伺服反馈给 PLC 的状态。
现场排查伺服不转时,不要只看主电源,也不要一上来就改参数。
应该依次确认:
有没有报警
驱动器是否准备好
伺服是否使能
限位是否释放
控制模式是否正确
PLC 脉冲有没有发出
驱动器有没有收到脉冲
方向信号是否正确
电子齿轮比是否合理
机械是否卡住
伺服控制信号接线,本质上就是让 PLC 和伺服驱动器之间建立一套可靠的“对话关系”。
PLC 告诉伺服怎么动。
伺服告诉 PLC 当前状态。
限位和原点告诉系统机械位置。
报警和安全信号保护设备不出事故。
把这些关系理顺,伺服调试就已经走过了一半。
下一篇我们可以继续写:
伺服电机基础教程第五篇:位置控制怎么理解?脉冲、方向、电子齿轮比和定位距离是什么关系