用台达 B3 伺服做追剪/飞剪设备，遇到了软件坑。 因为材料规格经常变，需要用 PLC 动态修改伺服内部的电子齿轮比（N/M）。我把电子齿轮比切换引脚（如 GNUM0/GNUM1）接到了 PLC 输出顶热

明扬工控技术客服2026-07-24 00:34:06

亲，这个不是 PLC 脉冲“不平滑”，而是你在运行中改电子齿轮比，相当于在伺服内部把“同一串脉冲的物理意义”突然改了。

先下结论：

电子齿轮比不适合在电机旋转、脉冲连续输入时硬切换。它不是无缝变速箱，而是脉冲到内部位置指令的比例尺。运行中一切换，伺服内部的位置命令速度、命令加速度，甚至命令计数基准都会突变，所以很容易直接 AL009 位置偏差过大。

台达 B3 手册说明，ASDA-B3 的电子齿轮是按 24-bit 分辨率换算的，1 圈对应 16,777,216 个内部计数；电子齿轮比用于把外部控制器脉冲换算成伺服内部位置命令，相关参数包括 P1.044 电子齿轮分子和 P1.045 分母。手册也提醒，较大的电子齿轮比会让运动曲线出现尖角、产生高 jerk，需要用 S 曲线命令滤波或低通滤波来缓和。

一、为什么静止切换没事，运行中切换就炸？

静止时：

Servo ON
无脉冲输入
命令位置不再增加
实际位置也不动
↓
电子齿轮比切换
↓
没有连续运动指令被重新解释
↓
所以看起来正常

运行中就完全不同了。

伺服内部大概是这样算的：

PLC 脉冲输入
↓
乘以电子齿轮比 N/M
↓
变成伺服内部位置命令
↓
位置环追这个命令

也就是：

位置命令增量 = 外部脉冲数 × N / M

当电机正在 500 rpm 跑时，PLC 脉冲虽然连续、平滑，但你突然把 N/M 改掉，伺服看到的不是“平滑脉冲”，而是：

同样的脉冲频率
↓
突然变成另一个命令速度

举个直观例子：

切换前：
1 个 PLC 脉冲 = 1 个内部单位

切换后：
1 个 PLC 脉冲 = 2 个内部单位

PLC 没有加速，脉冲频率没变，但伺服内部等效命令速度已经瞬间翻倍。

这对位置环来说就是：

命令速度阶跃
命令加速度近似无穷大
位置偏差瞬间拉开
↓
AL009
二、AL009 本质就是“命令位置和实际位置差太大”

台达 B3 的 AL009 对应的是 Excessive deviation of Position command，触发条件就是命令位置与反馈/响应之间的偏差超过允许范围，例如由 P2.035 设定的允许偏差。

所以这个报警很合理：

电子齿轮比切换
↓
内部位置命令突然改变斜率
↓
电机实际位置受惯量限制，不能瞬间跟上
↓
Command Counter 和反馈位置差值迅速变大
↓
超过位置偏差阈值
↓
AL009

不是驱动器软件崩了，是位置环在保护自己。

三、还有一个更隐蔽的坑：不是只影响“未来脉冲”

很多人以为：

电子齿轮切换后
只会改变后面新来的脉冲
不会影响已经累计的命令

但伺服内部不一定按你想象的“新旧完全分段”处理。

它可能同时存在几类量：

外部脉冲累计计数
电子齿轮换算后的内部命令计数
位置命令滤波器缓存
位置偏差计数器
插补/平滑队列

运行中一切换，可能出现：

前一部分命令按旧比例
后一部分命令按新比例
滤波器里还有旧比例的命令
当前脉冲边沿又按新比例进入

于是内部 Command Counter 不是平滑延续，而是被重新解释或突然改变增量。

在静止无脉冲时，这些动态缓存基本没有变化，所以你看不出问题；一旦旋转中切换，问题马上暴露。

四、GNUM0/GNUM1 也不是“无缝换挡信号”

GNUM0/GNUM1 这种电子齿轮选择 DI，本质是让驱动器选择不同的电子齿轮组。旧 ASDA-B 系列手册对 GNUM0 的说明里就明确写到，电子齿轮分子可由外部 DI 信号选择，并且电子齿轮设置错误会导致电机运行混乱；电子齿轮比范围也有限制。

它的设计用途更接近：

换规格
换分辨率
换机械单位
换批次产品

而不是：

电机正在跑
追剪正在同步
每隔一段时间在线换比例

如果 GNUM 在脉冲输入过程中切换，还会有时序问题：

某些脉冲按旧齿轮比计算
某些脉冲按新齿轮比计算
切换边沿附近被驱动器采样到不确定状态
位置命令出现一步跳变

所以这不是普通 DI 的问题，而是“比例尺切换”和“脉冲流”没有同步。

五、追剪/飞剪更不应该靠运行中切电子齿轮比

追剪、飞剪的核心是：

主轴材料位置
↓
从轴伺服按同步关系跟随
↓
在切割窗口内完成速度同步和相位同步

如果材料规格经常变，正确做法不是让伺服在运动中换电子齿轮，而是：

PLC 或运动控制器根据规格计算目标脉冲频率/脉冲数
伺服电子齿轮保持固定

也就是说：

规格变化
↓
PLC 改运动曲线
而不是
驱动器运行中改电子齿轮

电子齿轮最好作为“固定单位换算层”，不要作为“在线工艺变量”。

六、现场最快验证

你可以这样验证，基本一试就明白：

1. 记录切换瞬间的偏差计数

用 ASDA-Soft 或监控参数抓：

外部脉冲频率
命令位置
实际位置
位置偏差
实际速度
转矩电流
GNUM0/GNUM1 状态
AL009 发生时刻

如果切换瞬间位置偏差从很小突然跳大，就是电子齿轮切换造成命令阶跃。

2. 先停脉冲再切换

临时改 PLC 逻辑：

停止脉冲输出
等待电机到位 / 速度为 0
等待 INP 稳定
切换 GNUM0/GNUM1
等待 20~100ms
再恢复脉冲

如果这样不报 AL009，说明硬件没问题，根因就是运行中切换电子齿轮。

3. 切换前后保持等效速度不变

如果必须做在线切换，至少要让 PLC 同步改变脉冲频率：

旧齿轮比 K1
新齿轮比 K2

为了内部命令速度不突变：
新脉冲频率 = 旧脉冲频率 × K1 / K2

但这只是减少速度阶跃，仍然不能完全解决内部缓存、采样边沿和偏差计数问题。

七、建议整改方案

我会按安全程度排序：

第一方案：
电子齿轮比固定不变。
材料规格、追剪长度、同步比例全部在 PLC / 运动控制器里算。
伺服只接收连续、平滑的脉冲。

第二方案：
只允许在停止、到位、无脉冲输入时切换 GNUM。
切换后清楚确认当前命令位置、实际位置、偏差状态。

第三方案：
用总线运动控制、电子凸轮、同步轴功能。
让控制器做 cam / gear-in / gear-out，而不是靠伺服 DI 硬切电子齿轮。

第四方案：
如果必须运行中切换，则：
先进入低速窗口
停止脉冲或冻结脉冲
等待位置偏差接近 0
切换 GNUM
等待驱动器采样稳定
按新比例重新规划脉冲频率
再继续运行

不要这样做：

电机正在 500rpm 跑
PLC 脉冲连续输出
GNUM0/GNUM1 硬切
指望驱动器内部无缝接管

这基本就是在给位置环制造阶跃命令。

八、如果非要保留动态切换，要加保护

至少加这些条件：

1. 只在速度低于某阈值时允许切换
2. 只在位置偏差小于某阈值时允许切换
3. 切换前禁止脉冲输入
4. 切换后延时确认 GNUM 状态
5. 切换后重新建立命令基准
6. 必要时扩大 AL009 偏差阈值，但不能靠无限放大阈值掩盖问题
7. 加 S 曲线命令滤波或低通滤波

台达 B3 手册对电子齿轮比造成尖角和高 jerk 的提醒，正好说明这个问题：齿轮比变化会改变命令曲线形状，滤波只能缓和，不能把硬切变成真正无缝。

最可能的真实原因
第一：
运行中切换电子齿轮比，使内部位置命令增量突然变化，Command Counter 斜率突变。

第二：
驱动器内部滤波/命令缓存里残留旧齿轮比数据，新齿轮比一切入，位置命令不连续。

第三：
GNUM0/GNUM1 切换边沿与外部脉冲输入不同步，部分脉冲按旧比例、部分按新比例计算。

第四：
500rpm 下实际不是“低速”，位置环和机械惯量已经无法承受瞬时比例跳变。

第五：
AL009 是位置偏差保护，不是软件 Bug。

一句话：

电子齿轮比是脉冲到内部位置命令的比例尺，不是可以运行中随便切的无级变速器。PLC 脉冲再平滑，N/M 一变，伺服内部命令位置的斜率就会突变，实际位置跟不上，Command Counter 和反馈位置马上脱节，所以 AL009。追剪/飞剪要把电子齿轮固定，把规格变化放到 PLC/运动控制器里算，或者只允许在停止无脉冲时切换 GNUM。