PLC控制伺服電機(jī)總結(jié)

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0 第1章 PLC基礎(chǔ)知識 1 1 PLC簡介 1 1 1 PLC的定義 PLC Programmable Logic Controller 是一種以計(jì)算機(jī) 微處理器 為核心的通用工業(yè) 控制裝置 專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子學(xué)系統(tǒng) 目前已經(jīng)廣泛 地 應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域 早期的可編程序控制器只能用于開關(guān)量的邏輯控制 被 稱為可編程序邏輯控制器 Programmable Logic Controller 簡稱 PC 現(xiàn)代可編程序控制 器采用微處理 Microprocessor 作為中央處理單元 其功能大大增強(qiáng) 它不僅具有邏輯 控制功能 還具有算術(shù)運(yùn)算 模擬量處理和通信聯(lián)網(wǎng)等功能 PLC 的高可靠性到目前為 止沒有任何一種工業(yè)控制設(shè)備可以達(dá)到 PLC 對環(huán)境的要求較低 與其它裝置的外部連 線和電平轉(zhuǎn)換極少 可直接接各種不同類型的接觸器或電磁閥等 這樣看來 PC這一名稱已經(jīng)不能準(zhǔn)確反映它的特性 于是 人們將其稱為可編程序 控制器 Programmable Controller 簡稱PLC 但是近年來個(gè)人計(jì)算機(jī) Personal Computer 也簡稱PLC 為了避免混淆 可編程序控制器常被稱為PLC 1 1 2 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展 在 PLC 出現(xiàn)之前 機(jī)械控制及工業(yè)生產(chǎn)控制是用工業(yè)繼電器實(shí)現(xiàn)的 在一個(gè)復(fù)雜的 控制系統(tǒng)中 可能要使用成千上百個(gè)各式各樣的繼電器 接線 安裝的工作量很大 如果 控制工藝及要求發(fā)生變化 控制柜內(nèi)的元件和接線也需要作相應(yīng)的改動(dòng) 但是這種改造往 往費(fèi)用高 工期長 在一個(gè)復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)中 如果有一個(gè)繼電器損壞 甚至某一 個(gè)繼電器的某一點(diǎn)接觸點(diǎn)不良 都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)工作不正常 由于元件多 線路復(fù)雜 查找和排除故障往往很困難 繼電器控制的這些固有缺點(diǎn) 各日新月異的工業(yè)生產(chǎn)帶來了 不可逾越的障礙 由此 人們產(chǎn)生了一種尋求新型控制裝置的想法 1968 年 美國最大的汽車制造商通用汽車公司 GM 公司 為了適應(yīng)汽車型號不斷 翻新的要求 提出如下設(shè)想 能否把計(jì)算機(jī)功能完備 靈活 通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制 系統(tǒng)的簡單易懂 操作方便 價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來 做成一種通用控制裝置 并把 計(jì)算機(jī)的編程方法合成程序輸入方式加以簡化 用面向過程 面向問題的 自然語言 編程 使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人也可以方便使用 這樣 使用人員不必在編程上花費(fèi)大量 的精力 而是集中力量去考慮如何發(fā)揮該裝置的功能和作用 這一設(shè)想提出之后 美國 數(shù)字設(shè)備公司 DEC 公司 首先響應(yīng) 于 1969 年研制出了世界上第一臺 PLC 此后 這 項(xiàng)新技術(shù)就迅速發(fā)展起來 PLC 的發(fā)展過程大致如下 第一代 從第一臺可編程序控制器誕生到 70 年代初期 其特點(diǎn)是 CPU 有中小型規(guī) 模集成電路組成 存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器 功能簡單 主要能完成條件 定時(shí) 計(jì)數(shù)控制 機(jī)種單一 沒有形成系列 可靠性略高于繼電接觸器系統(tǒng) 沒有成型的編程語言 1 第二代 70 年代初期到 70 年代末期 其特點(diǎn)是 CPU 采用微處理器 存儲(chǔ)器采用 EPROM 使 PLC 的技術(shù)得到了較大的發(fā)展 PLC 具有了邏輯運(yùn)算 定時(shí) 計(jì)數(shù) 數(shù)值 計(jì)算 數(shù)據(jù)處理 計(jì)算機(jī)接口和模擬量控制等功能 軟件上開發(fā)出自診斷程序 可靠性 進(jìn)一步提高 系統(tǒng)開始向標(biāo)準(zhǔn)化 系統(tǒng)化發(fā)展 結(jié)構(gòu)上開始有整體式和模塊式的區(qū)分 整體功能從專用向通用過渡 第三代 70 年代末期到 80 年代中期 單片計(jì)算機(jī)的出現(xiàn) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)入了工業(yè) 化生產(chǎn)及大規(guī)模集成電路的使用 推進(jìn)了 PLC 的進(jìn)一步發(fā)展 使其演變成專用的工業(yè)化 計(jì)算機(jī) 其特點(diǎn)是 CPU 采用 8 位和 16 位微處理器 使 PLC 的功能和處理速度大大增 強(qiáng) 具有通信功能遠(yuǎn)程 I O 能力 增加了多種特殊功能 自診斷功能及容錯(cuò)技術(shù)發(fā)展迅 速 軟件方面開發(fā)了面向過程的梯形圖語言及其變相的語句表 也稱邏輯符號 PLC 的 體積進(jìn)一步縮小 可靠性大大提高 成本大型化 低成本 第四代 80 年代中期到 90 年代中期 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展 促進(jìn) PLC 完全 計(jì)算機(jī)化 PLC 全面使用 8 位 16 位微處理芯片的位片式芯片 處理速度也達(dá)到 1 微秒 步 功能上具有高速計(jì)數(shù) 中斷 A D D A PID 等 已能滿足過程控制的要求 同時(shí) 加強(qiáng)了聯(lián)網(wǎng)的能力 第五代 90 年代中期至今 RISC 簡稱指令系統(tǒng) CPU 芯片在計(jì)算機(jī)行業(yè)大量使用 表面貼裝技術(shù)和工藝已成熟 使 PLC 整機(jī)的體積大大縮小 PLC 使用 16 位和 32 位的微 處理器芯片 CPU 芯片也向?qū)Ｓ没l(fā)展 具有強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算 函數(shù)運(yùn)算和大批量數(shù)據(jù) 處理能力 已開發(fā)出各種智能化模塊 以 LCD 微現(xiàn)實(shí)的人機(jī)智能接口普遍使用 高級的 已發(fā)展到觸摸式屏幕 除手持式編程器外 大量使用了筆記本電腦和功能強(qiáng)大的編程軟 件 目前 為了適應(yīng)大中型小企業(yè)的不同需要 進(jìn)一步擴(kuò)大 PLC 在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng) 用范圍 PLC 正朝著以下兩個(gè)方向發(fā)展 其一 小型 PLC 向體積縮小 功能增強(qiáng) 速度加快 價(jià)格低廉的方向發(fā)展 使之能 更加廣泛地取代繼電器控制 其二 大中型 PLC 向大容量 高可靠性 高速度 多功能 網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展 使 之能對大規(guī)模 復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制 總的趨勢是 1 中央處理單元處理速度進(jìn)一步加快 2 控制系統(tǒng)將分散化 3 可靠性進(jìn)一步提高 4 控制與管理功能一體化 1 2 PLC的構(gòu)成 PLC 的硬件主要由 CPU 模塊 I O 端口組成 1 中央處理單元 CPU 是 PLC 的核心 它是運(yùn)算 控制中心 將完成以下任務(wù) 1 接受并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù) 2 2 診斷工作狀態(tài) 3 接受輸入信號 送入 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器保存起來 4 讀取用戶程序 進(jìn)行解釋和執(zhí)行 完成用戶程序中規(guī)定的各種操作 2 PLC 中的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器 3 I O 接口模塊的作用是將工業(yè)現(xiàn)場裝置與 CPU 模塊連接起來 包括開關(guān)量 I O 接 口模塊 模擬量 I O 接口模塊 智能 I O 接口模塊以及外設(shè)通訊接口模塊等 圖 1 1 為 PLC 的硬件組成框圖 1 3 PLC 的工作原理 PLC 工作過程一般可分為輸入采樣 程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)主要階段 PLC 按順 序采樣所有輸入信號并讀入到輸入映像寄存器中存儲(chǔ) 在 PLC 執(zhí)行程序時(shí)被使用 通過 對當(dāng)前輸入輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理 再將其結(jié)果寫入輸出映像寄存器中 保存 當(dāng) PLC 刷新輸出鎖存器時(shí)被用作驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備 至此完成一個(gè)掃描周期 PLC 的掃 描周期一般在 100 毫秒以內(nèi) PLC 程序的易修改性 可靠性 通用性 易擴(kuò)展性 易維 護(hù)性可和計(jì)算機(jī)程序相媲美 再加上其體積小 重量輕 安裝調(diào)試方便 使其設(shè)計(jì)加工 周期大為縮短 維修也方便 還可重復(fù)利用 PLC 的循環(huán)掃描工作過程見圖 1 2 編程器 電源主機(jī) CPU 輸 出 單 元 輸 入 單 元 外 設(shè) 接 口 I O 擴(kuò) 展 口 存儲(chǔ)器 EPROM 系統(tǒng)程序 RAM 用戶程序 輸 入 信 號 輸 出 信 號 I O 擴(kuò) 展 單 元 圖 1 1 3 初始化 硬件 內(nèi)存檢查 檢查結(jié)果正常 掃描周期監(jiān)視時(shí)間預(yù)置 執(zhí)行用戶程序 程序結(jié)束 掃描周期固定值 有固定值設(shè)置 等待知道設(shè)定的掃描周期為之止 算出掃描周期 輸入觸點(diǎn) 輸出繼電器 輸出繼電器 輸出觸點(diǎn) 外設(shè)端口服務(wù) NO 無 YES 有 設(shè)置各異常繼電器 異常或警告 正常 異常 異常 警告 圖 1 2 4 第2章 伺服系統(tǒng) 2 1 伺服電機(jī)種類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 伺服 一詞源于希臘語 奴隸 的意思 人們想把 伺服機(jī)構(gòu) 當(dāng)個(gè)得心應(yīng)手的馴服工具 服從控制信號的要求而動(dòng)作 在訊號來到之前 轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng) 訊號來到之后 轉(zhuǎn)子立 即轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng)訊號消失 轉(zhuǎn)子能即時(shí)自行停轉(zhuǎn) 由于它的 伺服 性能 因此而得名伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是使物體的位置 方位 狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)值 或給定值 的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng) 伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求 對功率進(jìn)行放大 變換與調(diào)控等處理 使驅(qū)動(dòng)裝 置輸出的力矩 速度和位置控制得非常靈活方便 通常根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器的種類來分類 有電氣式 油壓式或電氣 油壓式三種 伺服 系統(tǒng)若按功能來分 則有計(jì)量伺服和功率伺服系統(tǒng) 模擬伺服和功率伺服系統(tǒng) 位置伺 服和加速度伺服系統(tǒng)等 電氣式伺服系統(tǒng)根據(jù)電氣信號可分為 DC 直流伺服系統(tǒng)和 AC 交流伺服系統(tǒng)二大類 AC 交流伺服系統(tǒng)又有異步電機(jī)伺服系統(tǒng)和同步電機(jī)伺服系統(tǒng)兩種 電氣伺服技術(shù)應(yīng)用最廣 主要原因是控制方便 靈活 容易獲得驅(qū)動(dòng)能源 沒有公 害污染 維護(hù)也比較容易 特別是隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展 它為電氣伺 服技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的前景 早在 70 年代 小慣量的伺服直流電動(dòng)機(jī)已經(jīng)實(shí)用化了 到了 70 年代末期交流伺服系統(tǒng) 開始發(fā)展 逐步實(shí)用化 AC 伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越來越廣 并且還有取代 DC 伺服系統(tǒng)的趨 勢成為電氣伺服系統(tǒng)的主流 目前交流伺服電動(dòng)機(jī)分為兩種 同步型和感應(yīng)型 同步型 SM 采用永磁結(jié)構(gòu)的同步電動(dòng)機(jī) 又稱為無刷直流伺服電動(dòng)機(jī) 其特點(diǎn) 1 無接觸換向部件 2 需要磁極位置監(jiān)測器 如編碼器 3 具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn) 感應(yīng)型 IM 指籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 其特點(diǎn) 1 對定子電流的激勵(lì)分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制 2 具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn) 伺服系統(tǒng)由位置檢測部分 誤差放大部分 執(zhí)行部分及被控對象組成 采用了全封 閉無刷結(jié)構(gòu) 以適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境不需要定期檢查和維修 其定子省去了鑄件殼體 結(jié) 構(gòu)緊湊 外形小 重量輕 定子鐵心較一般電動(dòng)機(jī)開槽多且深 散熱效果好 因而傳給 機(jī)械部分的熱量小 提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性 轉(zhuǎn)子采用具有精密磁極形狀的永久磁鐵 因而可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩 慣量比 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 運(yùn) 5 行平穩(wěn) 轉(zhuǎn)軸安裝有高精度的脈沖編碼器作檢測元件 因此交流伺服電動(dòng)機(jī)以其高性能 大容量日益受到廣泛的重視和應(yīng)用 2 2 交流伺服電機(jī)的控制方法 這里只介紹一種 IM 型伺服電機(jī)的控制方法 SPWM 脈寬調(diào)制變頻 變頻調(diào)速 這 是最近發(fā)展起來的 其觸發(fā)電路是一系列頻率可調(diào)的脈沖波 脈沖的幅值恒定而寬度可 調(diào) 因而可以根據(jù) U1 f1 比值在變頻的同時(shí)改變電壓 并可按一定規(guī)律調(diào)制脈沖寬度 如 按正弦波規(guī)律調(diào)制 這就是 SPWM 變頻調(diào)速 SPWM 變頻的工作原理可用圖 2 1 加以說明 u 0 u 0 若希望變頻輸出為圖 2 1 所示正弦波電壓 則它可以用一系列幅值不變的矩形脈沖來 等效 只要對應(yīng)時(shí)間間隔內(nèi)的矩形脈沖的面積和正弦波與橫軸包含的面相等即可 單位 周波內(nèi)的脈沖數(shù)越多 等效的精度越高 諧波分量也越小 SPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成和線路比較復(fù)雜 現(xiàn)在已經(jīng)有專用的 SPWM 集成組件供 選擇 如英國的 HEF4752KV 功能齊全 為工程人員提供了方便 x wt x wt 圖 2 1 6 第 3 章 R7D APA3H 伺服驅(qū)動(dòng)器 3 1 R7D APA3H 伺服驅(qū)動(dòng)器外部結(jié)構(gòu)及端子說明 SMARTSTEP A 系列為基于傳統(tǒng)的步進(jìn)馬達(dá)的簡單定位系統(tǒng)用途而開發(fā)出來的脈沖 輸入型位置控制產(chǎn)品 它結(jié)合了步進(jìn)的簡單易用特點(diǎn) 同時(shí)具備步進(jìn)馬達(dá)難以達(dá)到的一 些特征 如 在高速 高矩的情況下段時(shí)間內(nèi)完成定位 在負(fù)荷急劇變化的情況下仍能 保持狀態(tài)穩(wěn)定等 是具有很高可靠性的馬達(dá) 驅(qū)動(dòng)器 圖 3 1 為 R7D APA3H 伺服驅(qū)動(dòng)器外部結(jié)構(gòu) 表 3 1 為端子說明 注 本系列使用電壓 主回路電源 單相 AC200 230V 170 253V 50 60Hz 控制回路電源 單相 AC200 230V 170 253V 50 60Hz L1C L2C L2C B1 B2 U V W 控制輸入輸出信號的連接及外部信號信號處理電路圖見附錄 1 3 2 參數(shù) 監(jiān)控模式 監(jiān)控模式見表 3 2 L1 L2 主電路電源輸入端 1 2 抑制電源諧波用直流電抗器 連接端子 L1C L2C 控制電源輸入端子 B1 B2 外置再生電阻連接端子 U V W 馬達(dá)連接端子 CN1 控制輸入輸出用連接器 CN2 編碼器輸入用連接器 CN3 通信用連接器 CN3 C N 1 C N 2 2 L2 L1 圖 3 1 表 3 1 1 7 監(jiān)控 NO 監(jiān)控項(xiàng)目 說明 Un000 速度反饋 顯示馬達(dá)實(shí)際轉(zhuǎn)量 Un002 轉(zhuǎn)矩指令 顯示至電流回路的指令值 Un003 Z 相的脈沖數(shù) 顯示從 Z 相的轉(zhuǎn)動(dòng)值為脈沖數(shù) Un004 電角度 顯示馬達(dá)的電角度 Un005 輸入信號監(jiān)控 顯示控制輸入信號 CN1 的輸入信號 Un006 輸出信號監(jiān)控 顯示控制輸入信號 CN1 的輸出信號 Un007 指令脈沖的速度表示 顯示將指令脈沖的頻率換算后的值 Un008 位置偏差 將偏差計(jì)數(shù)器內(nèi)積累的脈沖通過指令單位進(jìn)行顯示 Un009 累計(jì)負(fù)荷率 顯示實(shí)效轉(zhuǎn)矩 Un00C 輸入脈沖計(jì)數(shù) 顯示輸入脈沖計(jì)數(shù) Un00D 反饋脈沖計(jì)數(shù) 顯示反饋脈沖計(jì)數(shù) 參數(shù)模式見表 3 3 說明PRM NO 參數(shù)名稱 位 NO 名稱 設(shè)定 說明 0 反轉(zhuǎn)方向 0 指令為 CCW 方向回轉(zhuǎn)Pn000 基本開關(guān) 1 1 控制模式選擇 1 指令為 CW 方向回轉(zhuǎn) 0 用動(dòng)力制動(dòng)器停止馬達(dá) 1 用動(dòng)力制動(dòng)器停止馬達(dá) 停止后解除動(dòng)力制動(dòng)器Pn001 基本開關(guān) 2 0 伺服 OFF 時(shí) 報(bào)警發(fā)生時(shí)選擇停止 2 用自由運(yùn)轉(zhuǎn)停止馬達(dá) Pn100 速度回路增益 調(diào)整速度回路的響應(yīng)性 Pn101 速度回路積分 時(shí)間常數(shù) 速度回路的積分時(shí)間常數(shù) Pn102 位置回路增益 調(diào)整位置回路的響應(yīng)性 0 接通電源后 只進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn) 初期的自動(dòng)調(diào)整 1 保持自動(dòng)調(diào)整Pn110 在線自動(dòng)調(diào)整 設(shè)定 0 在線自動(dòng)調(diào)整選 擇 2 不自動(dòng)調(diào)整 0 指令脈沖方式 1 偏差計(jì)數(shù)器復(fù)位Pn200 位置控制設(shè)定 1 2 伺服 OFF 時(shí) 報(bào)警發(fā)生時(shí)的偏差計(jì)數(shù)器復(fù)位 3 3 基本動(dòng)作操作方法 1 調(diào)整增益用旋轉(zhuǎn)開關(guān) 可以調(diào)整馬達(dá)響應(yīng)性能 選擇 0 時(shí) 按照內(nèi)部設(shè)定的參數(shù)值運(yùn)行 選擇 1 F 時(shí) 按 表 3 2 表 3 3 8 照旋轉(zhuǎn)開關(guān)的數(shù)值運(yùn)行 如果需要降低馬達(dá)響應(yīng)性能 平滑地運(yùn)動(dòng)時(shí) 將開關(guān)設(shè)定在較小值 如果需要提高馬達(dá)響應(yīng)性能 快速地運(yùn)動(dòng)時(shí) 將開關(guān)設(shè)定在較大值 2 開關(guān) 參數(shù)設(shè)定有效切換 設(shè)定驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作是按照功能開關(guān)進(jìn)行或者是按照參數(shù)設(shè)定進(jìn)行 見圖 3 2 說明見 表 3 4 3 脈沖指令的輸入設(shè)定 脈沖指令的輸入方法 按照正轉(zhuǎn)脈沖 反轉(zhuǎn)脈沖輸入和脈沖 方向信號輸入進(jìn)行切換 見圖 3 3 說明見表 3 5 4 在線自動(dòng)調(diào)整 在線自動(dòng)調(diào)整見圖 3 4 開關(guān) 6 開關(guān) 參數(shù)設(shè)定有效切換 OFF 功能設(shè)定開關(guān)有效 ON 參數(shù)設(shè)定有效 開關(guān) 3 脈沖指令的模式 OFF 正轉(zhuǎn)脈沖 反轉(zhuǎn)脈沖 正邏輯 ON 脈沖 方向信號 正邏輯 圖 3 2 ON OFF 圖 3 3 1 2 3 4 5 6 表 3 5 終止在線自動(dòng)調(diào)整 將結(jié)果保存 在參數(shù)的慣性比 Pn103 進(jìn)行 運(yùn)轉(zhuǎn) 實(shí)行在線自動(dòng)調(diào)整 ON OFF 圖 3 4 1 2 3 4 5 6 表 3 4 ON OFF 9 5 動(dòng)態(tài)制動(dòng)的設(shè)定 動(dòng)態(tài)制動(dòng)的設(shè)定見圖 3 5 說明見表 3 6 開關(guān) 2 動(dòng)態(tài)制動(dòng)模式 OFF 動(dòng)態(tài)制動(dòng)無效 ON 動(dòng)態(tài)制動(dòng)有效 1 2 3 4 5 6 ON OFF 圖 3 5 表 3 6 10 第 4 章 CPM2C 系列 PLC 簡介 4 1 什么是 CPM2C 4 1 1 CPM2C 的定義 CPM2C是一種緊湊的 高速可編程序控制器 PLC 是為需要每臺PLC有10 120點(diǎn) I O的系統(tǒng)控制操作而設(shè)計(jì)的 CPM2C在一個(gè)小巧的單元內(nèi)綜合有各種性能 包括同步脈沖控制 中斷輸入 脈沖 輸出 模擬量設(shè)定和時(shí)鐘功能等 CPM2C CPU單元又是一個(gè)獨(dú)立單元 能處理廣泛的機(jī) 械控制應(yīng)用 所以它是在設(shè)備內(nèi)用作內(nèi)裝控制單元的理想產(chǎn)品 完整的通信功能保證了 與個(gè)人計(jì)算機(jī) 其它OMRON PLC和OMRON可編程終端的通信 這些通信能力使用戶能 設(shè)計(jì)一個(gè)經(jīng)濟(jì)的分布生產(chǎn)系統(tǒng) 4 1 2 CPM2C的基本功能和特點(diǎn) 基本功能見表4 1 表4 1 CPU 單元類型 CPM2C 是一臺設(shè)有 20 30 40 或 60 內(nèi)裝 I O 端子的 PLC 有三種輸出可 用 繼電器輸出 漏型晶體管輸出和源型晶體管輸出 和 2 種電源可用 100 240 VAC 或 24VDC 擴(kuò)展 I O 單元 為使PLC的I O容量提高到最大的120點(diǎn)I O 與CPU單元連接的擴(kuò)展單元可多 達(dá)3個(gè) 有三種擴(kuò)展單元可用 20點(diǎn)I O單元 8點(diǎn)輸入單元 和8點(diǎn)輸出單元 將3個(gè)20點(diǎn)I O單元與60內(nèi)裝I O端子的CPU單元連接就得到 120點(diǎn)I O 的最大I O 容量 模擬量 I O 單元 為提供模擬量輸入和輸出可連接多達(dá)3個(gè)模擬量I O單元 每個(gè)單元提供2點(diǎn) 模擬量輸入和1點(diǎn)模擬量輸出 所以連接3個(gè)模擬量I O單元就能得到最大的6 點(diǎn)模擬量輸入和3點(diǎn)模擬量輸出 將模擬量I O點(diǎn)與PID 和PWM 指令 結(jié)合就能完成時(shí)間 比例控制 模擬量輸入范圍可以設(shè)置為0 10VDC 1 5VDC 或4 20mA 分辨率 為1 256 1 5VDC和4 20mA設(shè)定可以使用開路檢測功能 模擬量輸出范圍可以設(shè)置為0 10VDC 10 10VDC 或 4 20mA 分辨 率為1 256 CPM2C的特點(diǎn) 1 豐富的指令系統(tǒng) 基本指令和應(yīng)用指令多達(dá)185條 2 中斷功能完善 高達(dá)20kHz 的高速計(jì)數(shù)器能方便地測量高速運(yùn)動(dòng)的加工件 3 高速脈沖輸出功能更加完善 11 4 具有同步脈沖控制功能 可方便地調(diào)整輸入輸出的脈沖頻率比值 5 內(nèi)置時(shí)鐘功能 6 完善的通信功能 7 可方便地與 OMRON 的可編程序終端 PT 相連接 為機(jī)器操作提供一個(gè)可界面 4 2 CPM2C的操作方式 CPM2C有3種操作方式 PROGRAM MONITOR和RUN 見表4 2 表4 2 PROGRAM方 式 在編程方式下程序不會(huì)執(zhí)行 該方式進(jìn)行以下為程序執(zhí)行作準(zhǔn)備的操作 改寫如PLC設(shè)置內(nèi)的那些初始 操作參數(shù) 寫入 傳送和檢查程序 用I O位強(qiáng)制置位和強(qiáng)制復(fù)位來檢查接線 MONITOR方 式 程序在MONITOR方式下執(zhí)行并通過編程設(shè)備能進(jìn)行以下操作 一般來說 MONITOR方式用于程序調(diào)試 檢測操作和進(jìn)行調(diào)整 在線編輯 監(jiān)視操作期間的I O存儲(chǔ)器 強(qiáng)制置位 強(qiáng)制復(fù)位 改變設(shè)置值 在操作期間改變當(dāng)前值 RUN方式 在RUN方式下程序以正常速度執(zhí)行 如在線編輯 I O 強(qiáng)制置位 強(qiáng)制復(fù)位 改變設(shè)置值 當(dāng)前值等操作不能在 RUN方式下進(jìn)行 但可以進(jìn)行I O位狀態(tài)監(jiān)視 4 3 同步脈沖控制及脈沖輸出功能介紹 4 3 1 同步脈沖控制 CPM2C的晶體管輸出型 它的高速計(jì)數(shù)器功能配合其脈沖輸出功能 可以產(chǎn)生一個(gè) 頻率為輸入脈沖固定倍數(shù)的輸出脈沖 見圖4 1 輸出是輸入頻率固定倍數(shù)的脈沖 圖4 1 4 3 2 CPM2C的高速脈沖輸出功能 CPM2C使用01000 01001 兩個(gè)輸出點(diǎn) 高速脈沖輸出功能更加完善 其脈沖輸出功 能有以下三種情況 1 兩點(diǎn)無加速 減速的單相脈沖輸出 輸出頻率為10Hz 10KHz 占空比50 編碼器 CPM2C 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 M 12 2 兩點(diǎn)不同占空比的脈沖輸出 頻率范圍為0 1Hz 999KHz 占空比0 100 3 帶梯形加速 減速變化的脈沖輸出 分為脈沖 方向輸出和增 減 CW CCW 脈 沖輸出 占空比50 脈沖輸出模式有2種 獨(dú)立模式 在此模式下 輸出預(yù)定數(shù)目的脈沖后輸出停止 連 續(xù)模式 在此模式下輸出由指令來停止 圖4 2是帶梯形加速和減速的脈沖輸出 帶梯形加速和加速的脈沖輸出原理圖見圖 4 3 選擇脈沖輸出的方向控制方式 選擇脈沖輸出端口編號 輸出端接線 PLC 設(shè)置 DM6629 創(chuàng)建一個(gè)梯形圖程序 脈沖 方向輸出或增 減脈沖輸出 脈沖輸出端口編號 0 脈沖輸出端口號 01000 或 01001 脈沖輸出端口編號 0 的當(dāng)前坐標(biāo)值系 統(tǒng)PULS 65 設(shè)置脈沖輸出個(gè)數(shù) ACC 控制帶梯形加速和減速的脈沖輸出 INI 61 停止脈沖輸出和改變脈沖輸出當(dāng)前值 PV PRV 62 讀出脈沖輸出當(dāng)前值 PV 和狀態(tài)圖 4 2 圖 4 3 PULS 65 指定脈沖為相對 或絕對脈沖 設(shè)置輸出的脈沖數(shù) 8 位 BCD 碼 INI 61 停止脈沖輸出 改變脈沖輸出當(dāng)前值 設(shè)置脈沖 個(gè)數(shù)的指令 初始化設(shè)置 ACC 模式指定 啟動(dòng)頻率 0 Hz 10 kHz 預(yù)定頻率 0Hz 10Hz 加 減速的變化率 10ms 頻率增加 降 開始脈沖輸出 AR 11 SR 228 SR 229 脈沖輸出的狀態(tài) 脈沖輸出當(dāng)前值PV PPPFHGHFHPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPpppp ppvPPPPV 加速控 制指令 PRV 62 每次掃 描過程 每次掃 描過程 立即 讀出脈沖輸出當(dāng)前值 PV 讀出脈沖輸出的狀態(tài) 01000 01001 脈沖 CW 方向 CCW 高速計(jì)數(shù) 器當(dāng)前值 讀取指令 13 4 4 脈沖輸出的方向控制方式和端口接線 選擇脈沖輸出的方向控制方式 脈沖輸出方向控制方式的選擇與所使用的信號類型有關(guān) 如圖4 4所示 脈沖 方向輸出 增 減脈沖輸出 輸出端口接線見圖4 5 增減脈沖輸出見圖4 6 01000 01001 01001 01000 圖 4 4 圖 4 5 圖 4 6 14 4 5 編程相關(guān)指令 4 5 1 同步脈沖控制的相關(guān)指令 與同步脈沖控制的相關(guān)指令見表4 3 表4 3 指令 控制 操作 啟動(dòng)同步控制 指定脈沖的頻率比例系數(shù) 輸出端口號和輸出脈沖 SYNC 改變頻率比例系數(shù) 在脈沖輸出過程中改變脈沖 頻率比例系數(shù) INI 61 停止同步控制 停止脈沖輸出 讀脈沖輸入頻率 讀出脈沖輸入頻率 PRV 62 讀同步控制的狀態(tài) 讀出同步控制的狀態(tài) SYNC 指定脈沖的脈沖輸出端口 01000 01001 頻率比例系數(shù)和啟動(dòng)脈沖輸出 注 當(dāng)使用指令SYNC 指定頻率比例系數(shù)時(shí) 一定要將脈沖輸出頻率設(shè)置在10 kHz 以下 INI 61 指令用來停止同步控制 注 通過將PLC機(jī)轉(zhuǎn)換為PROGRAM模式來停止脈沖輸出也是可以的 PRV 62 用來讀出脈沖輸入頻率 SYNC 000 P2 C INI 61 000 005 000 PRV 62 000 000 D 脈沖輸入端口指定 000 高速計(jì)數(shù) 器 脈沖輸出端口指定 000 脈沖輸出端口0 010 脈沖輸出端口 1 頻率比例系數(shù) C 頻率比例系數(shù) 存儲(chǔ)將要設(shè)定的頻率比例系數(shù) 0001 1000 4位BCD碼 表示 1 1000 端口指定 000 高速計(jì)數(shù)器 控制標(biāo)識 005 停止同步控制 固定為000 固定為000 脈沖輸出端口0 控制標(biāo)識 000 讀高速計(jì)數(shù)器的輸入頻率 存儲(chǔ)輸入頻率當(dāng)前值PV的起始字D D 1 最右邊4位數(shù)字 最左邊4位數(shù)字 00000000 00020000 8位BCD碼 15 PRV 62 用來讀出同步控制的狀態(tài) 4 5 2 帶梯形加速和減速的脈沖輸出相關(guān)指令 與帶梯形加速和減速的脈沖輸出 占空比固定 相關(guān)的操作指令見表4 4 表4 4 指令 控制 操作 PULS 65 設(shè)置脈沖個(gè)數(shù) 在獨(dú)立模式下設(shè)置將輸出的脈沖個(gè)數(shù) 設(shè)置脈沖頻率和啟動(dòng)脈沖輸出 在獨(dú)立或連續(xù)模式下 設(shè)置脈沖輸出的預(yù)定頻率 啟動(dòng)頻率和加速 減速變化率 并啟動(dòng)脈沖輸出 改變脈沖頻率 連續(xù)模式下 在脈沖輸出過程中 根據(jù)所指定加 速 減速變化率 執(zhí)行加速 減速操作來改變脈沖 頻率 ACC 停止脈沖輸出 根據(jù)所指定加速 減速變化率 減小脈沖輸出頻率 直到停止 停止脈沖輸出 減速停止 停止脈沖輸出 INI 61 改變脈沖輸出當(dāng)前值PV 改變脈沖輸出當(dāng)前值PV 從表4 5 可以看出哪些操作指令在帶梯形加速和減速的脈沖輸出進(jìn)行時(shí)可以執(zhí)行 表4 5 PULS 65 SPED 64 INI 61 ACC 連續(xù)模式 不能 不能 能 不能 獨(dú)立模式 不能 不能 能 能 PULS 65 指令用來指定在獨(dú)立模式下要輸出的脈沖個(gè)數(shù) 注 000 相對脈沖 001 絕對脈沖 即 絕對坐標(biāo)系統(tǒng)的脈沖輸出當(dāng)前值與移動(dòng)的脈沖數(shù)目之和 當(dāng)脈沖輸出當(dāng)前值的坐標(biāo)系統(tǒng)在PLC設(shè)置中設(shè)置為一絕對坐標(biāo)系統(tǒng)時(shí) 只能通過 PULS 65 指令來指定 PRV 62 000 001 D PULS 65 000 D N 固定為000 脈沖輸出端口 0脈沖輸出的類型 000 相對脈沖 001 絕對脈沖 設(shè)置脈沖個(gè)數(shù)的起始字 N N 1 最右邊 4 位數(shù)字 最左邊 4 位數(shù)字 脈沖個(gè)數(shù) 最右邊 最左邊位數(shù)字 存儲(chǔ)設(shè)置的脈沖個(gè)數(shù)的寄存器 存儲(chǔ)范圍為96 777 215 16 777 215 負(fù)數(shù)可通過置最左邊的負(fù)數(shù)標(biāo)志位為ON來表示 輸出端口指定 000 脈沖輸出端口0 010 脈沖輸出端口1 控制標(biāo)識 001 讀同步控制的狀態(tài) 存儲(chǔ)同步控制狀態(tài)的起始字 16 脈沖輸出的類型為絕對脈沖 ACC 指令用來設(shè)置脈沖的頻率 加速 減速變化率和在離散模式下啟動(dòng)脈沖輸出 注 脈沖的加速 減速變化率就是每 10ms脈沖的頻率增加或減少的數(shù)值 ACC 指令用來設(shè)置脈沖的頻率 加速 減速變化率和在連續(xù)模式下啟動(dòng)脈沖輸出 和改變脈沖頻率 注 脈沖的加速 減速變化率就是每10ms脈沖的頻率增加或減少的數(shù)值 INI 61 指令用來改變脈沖輸出當(dāng)前值PV ACC 000 M T ACC 000 M T 固定為000 脈沖輸出端口0 脈沖輸出模式指定 設(shè)置表的起始字 M 輸出模式 指定脈沖的輸出模式 000 增 減脈沖輸出 獨(dú)立模式 002 脈沖 方向輸出 獨(dú)立模式 T T 1 T 2 加速 減速變化率 0001 1000 BCD碼表示 10 Hz 10 kHz 目標(biāo)頻率 0001 1000 BCD碼表示 10 Hz 10 kHz 開始頻率 0001 1000 BCD碼表示 10 Hz 10 kHz 固定為000 脈沖輸出端口0 脈沖輸出模式標(biāo)識 設(shè)置表的起始字 M 輸出模式 指定脈沖的輸出模式 010 增 減脈沖輸出 CW 連續(xù)模式 011 增 減脈沖輸出 CCW 連續(xù)模式 012 脈沖 方向輸出 CW 連續(xù)模式 013 脈沖 方向輸出 CCW 連續(xù)模式 T 加速 減速變化率 0001 1000 BCD碼表示 10 Hz 10 kHz T 1 T 2 目標(biāo)頻率 0001 1000 BCD碼表示 10 Hz 10 kHz 開始頻率 0001 1000 BCD碼表示 10 Hz 10 kHz 17 INI 61 指令用來停止脈沖輸出 ACC 指令用來減速停止脈沖輸出 INI 61 000 004 C2 INI 61 000 003 000 ACC 000 000 T 固定為000 脈沖輸出端口0 控制標(biāo)識 004 改變脈沖輸出當(dāng)前值PV PV值變化數(shù)據(jù)的起始字 C2 C2 1 最右邊4位數(shù)字 最左邊4位數(shù)字 改變PV值 最右邊位 最左邊位數(shù)字 存放將被改變的PV值 存儲(chǔ)范圍為96 777 215 16 777 215 負(fù)數(shù)可通過置最左邊的負(fù)數(shù)標(biāo)志位為ON狀態(tài)來表示 注 脈沖輸出的當(dāng)前值PV只有當(dāng)脈沖輸出停止時(shí)才可以改變 固定為000 脈沖輸出端口0 控制標(biāo)識 003 停止脈沖輸出 固定為000 固定為000 輸出端口指定 模式標(biāo)識 設(shè)置表的起始字 T T 1 T 2 加速 減速變化率 0001 1000 BCD碼表示 10 Hz 10 kHz 目標(biāo)頻率 0001 1000 BCD碼表示 10 Hz 10 kHz 開始頻率 0001 1000 BCD碼表示 10 Hz 10 kHz 18 第5章 CPM2C控制R7D APA3H伺服驅(qū)動(dòng)器 5 1 編程實(shí)例1 獨(dú)立模式下的梯形加減速 本實(shí)例中要求當(dāng)執(zhí)行條件位 00005 置于ON狀態(tài)時(shí) 有1000個(gè)脈沖從輸出端口 01000 脈沖輸出端口0 輸出 其脈沖頻率變化如圖5 1所示的梯形加 減速變化方式 用 獨(dú)立脈沖方式來實(shí)現(xiàn) 圖5 1 解題思路可見圖5 2 圖5 2 根據(jù)圖5 2 所示流程可編程序如下 CPM2C控制R7D APA3H伺服驅(qū)動(dòng)器接線圖見附錄2 19 5 2 編程實(shí)例2 正反轉(zhuǎn)和加減速的結(jié)合控制 在這個(gè)例子中 要求實(shí)現(xiàn)如圖5 3對正反轉(zhuǎn)和加減速的結(jié)合控制 執(zhí)行條件 00005 方向指定器 00006 題目分析及解答 當(dāng)執(zhí)行條件位 00005 置于ON狀態(tài)時(shí) 頻率為100Hz的沖動(dòng)脈沖從脈沖輸出端口 01000 CW方向 或脈沖輸出端口01001 CCW方向 輸出 當(dāng)執(zhí)行條件位 00005 置于 OFF狀態(tài)時(shí) 脈沖輸出停止 通過改變方向指定位 00006 的方法可以實(shí)現(xiàn)輸出端口 01000 CW方向 與輸出端口01001 CCW方向 之間的切換 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 5 0 0 0 2 0 DIFU 13 20000 PULS 65 000 000 DM0000 00005 20000 ACC 000 000 DM0010 END 01 檢測執(zhí)行條件標(biāo)志位是否處于ON狀態(tài) 設(shè)定脈沖個(gè)數(shù) 脈沖輸出端口0 相對脈沖 脈沖個(gè)數(shù)SV數(shù)據(jù)的起始字 設(shè)置脈沖頻率和啟動(dòng)脈沖輸出 脈沖輸出端口0 獨(dú)立模式 增 減脈沖輸出 設(shè)置表的起始字 DM0000 DM0001 1000 個(gè)脈沖 DM0010 DM0011 DM0012 加 減速變化率 10Hz 10ms 目標(biāo)頻率 500 Hz 開始頻率 200 Hz 圖 5 3 20 CPM2C控制R7D APA3H伺服驅(qū)動(dòng)器接線圖見附錄2 依據(jù)上述 可編程序如下 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 5 0 0 0 2 0 連續(xù)模式 增 減脈沖輸出 CCW 方向 CCW方向輸出 脈沖輸出端口 0 設(shè)置表的起始字 DIFU 13 20000 檢測執(zhí)行條件標(biāo)志位是否處于ON狀態(tài) 00005 執(zhí)行條件 DIFD 14 20001 檢測執(zhí)行條件標(biāo)志位是否處于OFF狀態(tài) ACC 000 010 DM0000 CW方向輸出 連續(xù)模式 增 減脈沖 CW 方向 脈沖輸出端口 0 設(shè)置表的開始字 20000 ACC DM0000 000 011 00006 AR1115 00006 AR1115 方向指示 方向指示 20001 AR1111 20002 20001 AR1111 20003 20003 20003 DIFD 14 20004 DM 0000 DM 0001 DM 0002 加 減速變化率 10 Hz 10ms 目標(biāo)頻率 500 Hz 開始頻率 200 Hz DM0010 DM0011 DM0012 加 減速變化率 10 Hz 10ms 目標(biāo)頻率 0 Hz 21 5 3 編程實(shí)例3 同步脈沖控制的實(shí)現(xiàn) 在這個(gè)例子中 要求當(dāng)執(zhí)行條件位 00005 變?yōu)镺N狀態(tài)時(shí) 同步脈沖控制啟動(dòng)并將與 通過高速計(jì)數(shù)器輸入的脈沖相應(yīng)的輸出脈沖從輸出端01000 脈沖輸出端口0 輸出 此 時(shí) 脈沖的頻率比例系數(shù)可以通過模擬控制量0來改變 當(dāng)執(zhí)行條件位 00005 變?yōu)镺FF狀 態(tài)時(shí) 同步脈沖控制停止 題目分析及解答 編程思路可見圖5 4 根據(jù)4 5 1中講到的同步脈沖的相關(guān)指令 編程如下 CPM2C控 制R7D APA3H伺服驅(qū)動(dòng)器接線圖見附錄2 圖 5 4 END 01 ACC DM0010 000 011 減速停止 脈沖輸出端口 設(shè)置表的起始字 20003 22 DIFU 14 20000 00005 SYNC 000 000 DM0000 INI 000 005 000 END 01 20000 檢測執(zhí)行條件標(biāo)志是否 有從OFF狀態(tài)到ON狀態(tài)的變化 執(zhí)行同步脈沖控制 高速計(jì)數(shù)器 脈沖輸出端口0 存放頻率系數(shù)的起始字 停止同步脈沖控制 DM0000 DM0001 1 0 0 02 0 0 0 23 結(jié) 論 交流伺服系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 實(shí)用性很強(qiáng) 從本設(shè)計(jì)目的出發(fā) 我只 是從實(shí)驗(yàn)的角度完成了一個(gè)基本功能實(shí)現(xiàn)演示系統(tǒng) 即采用 CMP2C 可編程控制器實(shí)現(xiàn)了 對 R7D APA3H 伺服驅(qū)動(dòng)系列基本功能的控制 例如 加減速 正反轉(zhuǎn)和同步脈沖控制 等 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 我收益頗豐 首先對 PLC 和伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及工作原理有了 比較深刻的理解 而且對它們之間的聯(lián)系也做了比較深刻的思索 從接到題目 我就著 手閱讀大量的相關(guān)學(xué)習(xí)資料 充分利用和鞏固了以前所學(xué)和未學(xué)的各種知識和相關(guān)理論 其次通過本設(shè)計(jì) 提高了自己的硬件連接和調(diào)試能力 學(xué)會(huì)了歐姆龍的編程軟件 同時(shí) 也積累了一些經(jīng)驗(yàn) 還有就是在本次設(shè)計(jì)中也發(fā)現(xiàn)了不少問題 在此提出來 對自己來說是個(gè)總結(jié) 也 希望對以后做類似設(shè)計(jì)的同學(xué)能有所幫助 一是 不管是獨(dú)立或連續(xù)模式 INI 65 指令 只能當(dāng)脈沖輸出停止后才能執(zhí)行 在脈沖輸出過程中 脈沖輸出當(dāng)前值不能被改變 如 果要改變當(dāng)前值 首先要停止脈沖輸出 二是 ACC 指令只能用來改變脈沖頻率 和停止脈沖輸出 而且 在加速或減速過程中 指令A(yù)CC 不能被接收 三是在最 后設(shè)計(jì)CMP2C 和R7D APA3H伺服驅(qū)動(dòng)的連接中一定要細(xì)心 布線不能出錯(cuò) 不使用的信 號線不要進(jìn)行布線 任其空置 否則可能導(dǎo)致單元 驅(qū)動(dòng)器破損 再就是指令脈沖要使 用電源 DC24V 作為專用電源 總之 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使自己獲得了很大的鍛煉 感謝學(xué)校給我們這次鍛煉的機(jī)會(huì) 24 謝 辭 首先深深感謝我的指導(dǎo)老師 在本設(shè)計(jì)期間給予我悉心的指導(dǎo)和精心的培養(yǎng) 徐老 師淵博的知識 豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 敬業(yè)的精神令我欽佩不已 老師為我們提供了良好的 實(shí)驗(yàn)條件 使我順利地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì) 從老師這里我不僅學(xué)到了知識 學(xué)會(huì)了研究的 方法 更學(xué)會(huì)了做人的道理 這些都使我受益匪淺 再次深深地感謝徐老師 深深感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo) 正是在他們英明的帶領(lǐng)下 自動(dòng)化學(xué)院才有了飛速發(fā)展 我們 才得以有優(yōu)良的環(huán)境用來做設(shè)計(jì)工作 深深感謝大學(xué)四年教過我的老師們 他們給了我豐富的知識 深深感謝我的輔導(dǎo)員 在這幾年的大學(xué)生活當(dāng)中在生活上給了我無私的關(guān)懷和幫助 同時(shí)他們豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 踏實(shí)的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象 深深感謝學(xué)校信息網(wǎng)絡(luò)中心和圖書館老師 他們提供給了我們很多寶貴的資料 讓 我們在學(xué)習(xí)之余有了更為廣泛的知識來源 深深感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué) 在本設(shè)計(jì)期間他們給了我無私且及時(shí)的幫助 深深感謝含辛茹苦養(yǎng)育我的父親和母親 在我求學(xué)期間 他們給了我最大的支持和 關(guān)愛 25 參 考 文 獻(xiàn) 附錄 1 控制輸入輸出信號的連接及外部信號處理電路圖 26 附錄 2 CPM2C 控制 R7D APA3H 伺服驅(qū)動(dòng)器接線圖 25