第8章 基于运动控制器的变频器伺服运行技术开发研究
三菱运动控制器一般的控制对象是伺服系统。为了节约成本，在下列情况下也可以使用变频器做伺服系统运行。
1）在多轴控制中，某些轴定位精度要求不高的场合（变频器运行重复定位精度：±1.5°）。
2）在多轴控制中，某些轴定位精度要求不高还要求有插补功能的场合（运动控制器具备4轴插补功能）。
3）要求多轴同步运行的场合。
本章说明了以运动控制器作为主控制器、以变频器作为驱动单元的方法。
8.1 对硬件的要求
1）运动控制器Q172/Q173（具备SSCNETⅢ功能）。
2）三菱A700系列变频器或V500系列变频器；（FR-A700系列变频配用QD系列的运动控制器，FR-V500系列变频器配用QN系列的运动控制器）。
3）FR-A7NS SSCNETⅢ专用通信卡。
4）FR-A7AP定位卡。
5）旋转编码器（1000～4096脉冲/转）。
在以上硬件基础上可以构成以运动控制器作为主控制器、以变频器为驱动单元的运动控制系统，如图8-1所示。
图8-1 变频器驱动系统的构成
8.2 FR-A7NS SSCNETⅢ通信卡的技术规格及使用
SSCNETⅢ是Servo System Controller NETworkⅢ——“伺服系统控制网Ⅲ”的缩写。它采用光纤电缆连接，构成运动控制器与伺服系统的控制网。
8.2.1 FR-A7NS SSCNET通信卡
FR-A7NS SSCNET通信卡是变频器在SSCNETⅢ网络中的通信卡。通过FR-A7NS SSC-NET通信卡，运动控制器的指令传送到变频器，变频器在其控制下可做“速度控制”“位置控制”“转矩控制”。
这样变频器在SSCNETⅢ构成的以运动控制器为主控器的网络中，就完全成为一伺服轴。
8.2.2 FR-A7NS SSCNETⅢ通信卡各接口的说明和连接
FR-A7NS SSCNETⅢ通信卡各接口的说明如图8-2所示。
图8-2 FR-A7NS SSCNETⅢ通信卡各接口的说明
A700变频器内各选件卡的安装如图8-3所示。
1）FR-A7NS SSCNETⅢ通信卡必须安装在变频器上的“第3选件插槽”。
2）FR-A7AP定位卡必须安装在变频器上的“第2选件插槽”。
3）FR-A7NS SSCNETⅢ通信卡必须与FR-A7AP定位卡通过排缆连接，如图8-4所示。
图8-3 A700变频器内 各选件卡的安装
图8-4 FR-A7NS SSCNETⅢ通信卡与 FR-A7AP定位卡通过排缆连接
8.2.3 使用FR-A7NS SSCNETⅢ通信卡的注意事项
1）FR-A7NS SSCNETⅢ通信卡必须与“FR-A7AP/FR-A7AL”同时使用。此时变频器进入矢量控制模式，可以进行SSCNETⅢ通信。
2）如果只安装FR-A7NS SSCNETⅢ通信卡而未安装FR-A7AP定位卡，变频器会出现“选件异常（E.OPT）”报警。
3）如果FR-A7NS SSCNETⅢ通信卡与FR-A7AP定位卡之间未连接专用电缆，变频器会出现“选件异常（E.OPT）”报警。
8.2.4 轴号设定
FR-A7NS SSCNETⅢ通信卡上的轴号设置开关如图8-5所示，用于设置“轴号”，设置方法与伺服驱动器的轴号设置方法相同。如变频电动机是第4轴，旋转开关拨到3处。
图8-5 FR-A7NS SSCNETⅢ通信卡上的轴号设置
这样，在整个运动控制系统中，变频器及FR-A7N5通信卡/FR-A7AP定位卡的连接如图8-6所示。
图8-6 变频器及FR-A7NS通信卡/FR-A7AP定位卡的连接
8.3 变频器相关参数设置
1.Pr.499——SSCNETⅢ动作选择
本参数用于选择SSCNETⅢ通信的有效或无效，选择发生通信切断时的动作及报警解除方法。本参数是重要参数，通常设置Pr.499=0。
2.Pr.379——SSCNETⅢ电动机旋转方向选择
本参数设定时要参考参数Pr.359（PLG旋转方向设定值），其关系见表8-1。通常设置Pr.379=0。
表8-1 电动机旋转方向的设置
3.Pr.800——控制模式选择
本参数用于选择“控制模式”。Pr.800=0为速度控制，Pr.800=1为转矩控制，Pr.800=3为位置控制。
4.Pr.449——SSCNETⅢ输入滤波器时间
通常设置Pr.449=4。
5.Pr.52——PU/DU主面板显示选择
设置Pr.52=39，PU面板显示SSCNETⅢ的通信状态。
6.行程上限、行程下限、DOG开关的设置方法
设置Pr178=60，STF端子=行程上限开关；设置Pr179=61，STR端子=行程下限开关；设置Pr185=76，JOG端子=DOG开关。
8.4 运动控制器系统构成及设置
1）运动控制器系统设置如图8-7所示。
图8-7 运动控制器系统设置
2）SSCNETⅢ结构设置如图8-8所示。
图8-8 SSCNETⅢ结构设置
3）伺服参数设置如图8-9所示。
图8-9 伺服参数设置
注意：第4轴是变频器参数；第1～3轴是伺服轴，编码器分辨率是262144脉冲/转，变频轴分辨率是4096脉冲/转，因此参数设置如图8-9所示。
8.5 运动程序编制
经过以上设置之后，变频器轴就完全成为一伺服轴。运动控制器中所有的特殊继电器和各种专用内部继电器对变频轴同样有效。
通过运动控制器的SFC程序，可以执行包括JOG、定位、回原点、虚模式运行和实模式运行。
图8-10 回原点程序
8.5.1 回原点
如图8-10所示，使用近点DOG1型回原点模式，SFC的编写与伺服轴一样。其中，G15的条件是M2462×M2466，即第4轴的到位信号和通过原点状态信号。
8.5.2 定位
图8-11所示为定位程序。其中，K7为变频轴的定位。定位在实模式下执行，根据图8-11所示的设置，定位行程是2048脉冲，速度是1024脉冲/s。
图8-11 定位程序
8.6 虚模式下的同步运行
图8-12所示是虚模式下4轴同步运行的机械结构图。
图8-12 虚模式下4轴同步运行的机械结构图
虚模式的运行方式为给虚轴发送运动控制指令，同步控制4个轴。如图8-13所示的虚模式运动程序中，“K100”指令是对虚轴发出的速度运行指令。
由于虚轴默认为虚拟编码器分辨率为262144脉冲/转，而变频轴的分辨率是4096脉冲/转，是伺服轴的1/64。即给虚轴发一个2621440脉冲/s速度指令时，在变频器轴上速度指令也是2621440脉冲/s。伺服轴的速度为10r/s，变频器轴的速度则为640r/s。速度相差很大，实际调试运行时必须特别注意。
图8-13 虚模式运动程序
为了在同一指令下获得同样的转速，必须在机械结构图的“齿轮减速比”上做适当的设置，如图8-14所示。
经过图8-14所示的设置后，4轴就以同步速度运行。
图8-14 对变频器轴的齿轮减速比设置
8.7 注意事项
1）在变频器以SSCNETⅢ模式运行时，变频器很多其他参数和端子功能失效。请参看“FR-A7NS使用说明书”。
2）必须特别注意在虚模式下齿轮减速比的设置，避免发生危险。
8.8 关于变频器定位准确度的计算
根据“FR-A7AP使用说明书”，变频器定位运行的重复定位准确度为±1.5°，设减速比为i，螺距为L，则实际机械系统重复定位准确度M为
当减速比i=1、螺距L=10mm时，机械系统的重复定位准确度M=0.04mm。
变频器的定位准确度可供选型时参考。