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工控实战:伺服、变频器、PLC、HMI 的选型与调试十步法

一、开工前五项核对(避免后期返工)

1) 电源与环境

  • 电源相数/电压:三相380/400V还是三相220V,是否波动大。
  • 配电余量:主回路/控制回路独立供电,UPS是否覆盖PLC与HMI。
  • 环境:温度/湿度/粉尘/油雾,机柜风道与散热留量。

2) 负载与工艺节拍

  • 运行曲线:最大速度/加减速时间/定位精度/保持扭矩。
  • 惯量估算:J_total = J_load + J_motor(折算),目标J_load/J_motor ≤ 5更易调。

3) 控制方式

  • 伺服:位置/速度/转矩模式?脉冲、模拟量还是总线(EtherCAT/PROFINET/CANopen)。
  • 变频:V/F、无PG矢量、有PG矢量、转矩控制。

4) 安全与制动

  • SIL/PL 等级需求;安全扭矩停机(STO)接线。
  • 制动电阻:按工况核算再选型,避免过热或欠刹。

二、伺服(Servo):选型与调参速成

2.1 选型关键

2.2 参数起步值(通用经验)

参数 起步建议 目的
位置环P 额定推荐的 60% 起步 提升定位响应,避免抖动
速度环P/I P 50% / I 30% 起步 保证速度跟随与抗扰
前馈(VFF/AFF) VFF 10~20%,AFF 5~10% 减小跟随误差、收敛残差
加减速曲线 S型,Tacc = 150~300ms 抑制机械谐振,减小冲击
陷波滤波 按自整定建议的主频添加1~2个 针对性抑制共振峰

2.3 五分钟整定流程

  1. 运行机械自整定(无负载→轻载→工况载),记录建议的共振频率。
  2. 套用起步值,开小速度进行往复;观察跟随误差与振铃。
  3. 小步提升位置/速度环P,若振则回退10~15%,加一点I与VFF。
  4. 在频响曲线处打陷波(Notch),再微调P/I。
  5. 将加减速换成S型;测试全速度与急停,确认不丢步、不超调。
经验:遇到“低速爬行/高频叫”的两难,别一味加P,先加S型曲线和一点VFF,再补Notch。

三、变频器(VFD):控制策略与参数“快准稳”

3.1 什么时候选 V/F、什么时候上矢量?

3.2 必做的三件事

  1. 电机参数辨识(静态/旋转):让驱动掌握Rs、Ld、Lq、磁链等,闭环才“像样”。
  2. 合理加减速:风机泵按工艺设Tacc/Tdec=1~5s;刚性负载用S曲线减少冲击与母线过压。
  3. 制动单元/电阻校核:频繁减速或下放工况必须核算再选,避免DC过压跳机。

3.3 常见报警对策(速查)

报警 现场现象 处理
过流 起动瞬间跳闸/重载低速 延长Tacc;检查机械卡滞;矢量限流;增大电机容量或加减速
过压 减速/抱闸瞬间跳 延长Tdec;加制动电阻/单元;检查惯量设定
欠压 电网波动或上电瞬时 检查电网/接线;必要时DC电抗/交流电抗
接地/漏电 随机报警,伴随干扰 检查电缆屏蔽与接地;电机绝缘;EMC整改

四、PLC:扫描与通讯的稳定性

4.1 扫描周期与任务划分

4.2 通讯健壮性(Modbus/Profinet/EtherCAT)

4.3 I/O“假死”与抖动

五、HMI:把调试变成“看得见的流程”

5.1 五个必做页面

  • 系统总览(状态、模式、急停/门限指示)。
  • 轴/变频器监控(速度、转矩/电流、温度、报警码)。
  • 参数下发(只暴露必要参数,分权限)。
  • 报警与日志(时间排序、三色等级、建议处理)。
  • 通讯诊断(在线/断线、错误计数、最后帧时间)。

5.2 报警分级模板

  • 红色(停机):过流/过压/急停/门禁触发。
  • 黄色(限功率或减速):温升、振动、通讯重试。
  • 蓝色(提示):维护到期、参数未保存、备份提醒。

六、EMC 与接地:90%“鬼问题”都和它有关

七、十分钟快诊断(现场口令)

  1. 看电源:三相电压、PE是否完好、柜内温升。
  2. 看报警:记录编码、发生时机(起动/减速/恒速)。
  3. 看曲线:速度/电流/转矩三曲线是否同步异常。
  4. 看接线:屏蔽、接地、传感器极性与总线端接。
  5. 看参数:是否做过电机辨识、加减速是否过激进、限流是否启用。
  6. 分段替换:用“空载/断开机构/假负载”切段定位机械或电气问题。
提示:先“软”后“硬”(先参数/策略,再怀疑硬件);先“简”后“繁”(先单轴/单段,再整线联动)。

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最后更新:2025-09-08 | 责编:明扬工控

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