運動控制系統應用指南（簡體書）

本書共6章及附錄，分別介紹了運動控制的基礎理論；西門子運動控制器的功能及其應用，在運動控制中所涉及的低壓電器；變頻控制系統的原理及SINAMICS V20變頻器及SINAMICS G120C變頻器的功能；伺服控制原理及SINAMICS V90伺服控制系統的功能；伺服控制系統的優化原理和方法；伺服電動機的選型原則及基本計算；電氣設計中的直流24V電源、防護、冷卻、接地等設計要求；西門子變頻器、伺服驅動系統及運動控制系統的使用技巧。
本書可供通用機械設備製造相關的設計、調試、維護等技術及管理人員閱讀，也可以作為中、高職學校和大專院校、高校相關專業的教學參考用書。

西門子資深工程師編寫，教你如何用運動控制產品在自動化設備上發揮zui大效能

序
前言
第1章運動控制概論1
1.1運動控制系統的應用背景1
1.2運動控制系統的組成1
1.3運動控制系統的功能2
1.4運動控制器的種類3
1.5運動控制系統的基本原理5

第2章運動控制器及其低壓電器6
2.1運動控制器6
2.1.1PLC的應用場合6
2.1.2PLC的工作原理7
2.1.3PLC的內部結構8
2.2西門子PLC的運動控制功能11
2.2.1SIMATIC S7-200 SMART PLC11
2.2.2SIMATIC S7-200 SMART PLC運動控制嚮導13
2.2.3SIMATIC S7-200 SMART PLC運動控制指令25
2.2.4SIMATIC S7-1200/1500 PLC28
2.2.5SIMATIC S7-1200 PLC控制脈衝型伺服運動控制嚮導29
2.2.6SIMATIC S7-1500 PLC控制總線型伺服運動控制嚮導37
2.2.7SIMATIC S7-1200/1500 PLC運動控制指令49
2.3低壓電器52
2.3.1指示燈53
2.3.2開關53
2.3.3低壓斷路器54
2.3.4熔斷器56
2.3.5接觸器58
2.3.6控制繼電器59
2.3.7熱繼電器61
2.3.8傳感器62
2.4人機界面64

第3章變頻調速系統66
3.1變頻調速的基本原理66
3.2三相異步電動機的基本原理66
3.2.1三相異步電動機的主要用途和分類66
3.2.2三相異步電動機的基本結構66
3.2.3三相異步電動機的等效電路67
3.2.4三相異步電動機的調速70
3.2.5三相異步電動機的制動控制73
3.3變頻器73
3.3.1變頻器的組成74
3.3.2變頻器的工作原理74
3.3.3變頻器的控制方式74
3.4西門子變頻調速系統75
3.4.1SINAMICS V20變頻器75
3.4.2SINAMICS G120C變頻器81
3.4.3SINAMICS V20變頻器和SINAMICSG120C變頻器通信85

第4章伺服控制系統89
4.1伺服驅動器原理概述90
4.1.1伺服電動機矢量控制原理90
4.1.2坐標變換原理92
4.1.3PWM控制方法93
4.2編碼器97
4.3網絡通信98
4.4西門子伺服控制系統99
4.4.1SINAMICS V90 PTI伺服驅動器脈衝型的組成及功能99
4.4.2SINAMICS V90伺服驅動器PROFINET通信總線型的組成及功能108
4.4.3SINAMICS V90伺服驅動器的安全功能114
4.4.4SINAMICS V90伺服驅動器的調試工具115
4.4.5SIMOTICS 1FL6伺服電動機119

第5章伺服控制系統的優化121
5.1伺服控制系統的基本控制理論122
5.1.1信號的描述方法122
5.1.2系統階躍響應特性125
5.1.3系統開環頻域響應特性128
5.1.4系統閉環頻域響應特性129
5.1.5系統頻域響應的測量方法130
5.1.6控制系統的基本模型130
5.2伺服控制系統的基本優化方法140
5.2.1伺服控制系統的基本環路140
5.2.2PID控制器原理142
5.2.3電流環優化143
5.2.4機械傳動系統144
5.2.5速度環優化151
5.2.6位置環優化165
5.3SINAMICS V90伺服驅動器的優化方法175
5.3.1基於頻域響應Bode圖的優化176
5.3.2一鍵自動優化178
5.3.3實時自動優化180
5.3.4自動優化策略181
5.3.5位置指令響應183
5.3.6插補軸優化方法183
5.3.7機械諧振抑制188
5.3.8低頻振動抑制189

第6章運動控制系統的應用194
6.1伺服電動機的選型194
6.2電氣控制櫃的設計196
6.2.1電氣控制櫃的設計原則196
6.2.2直流24V電源的設計要求198
6.2.3防護要求199
6.2.4冷卻設計201
6.3接地設計205
6.3.1接地的分類205
6.3.2低壓系統的接地形式206
6.3.3接地209
6.3.4電磁兼容性的設計212
6.3.5西門子驅動器的接地屏蔽要點213
6.4運動控制系統的設計調試要點217
6.4.1電動機的起停控制217
6.4.2SINAMICS V20變頻器或SINAMICSG120C變頻器與SIMATIC S7-200 SMARTPLC之間的USS通信222
6.4.3SINAMICS V20變頻器或SINAMICSG120C變頻器與SIMATIC S7-200 SMARTPLC之間的Modbus通信227
6.4.4SINAMICS G120C變頻器與SIMATICS7-200 SMART PLC之間的PROFINET通信230
6.4.5SINAMICS V20變頻器或SINAMICS G120C變頻器與SIMATIC S7-1200 PLC之間的USS通信235
6.4.6SINAMICS V20變頻器或SINAMICS G120C變頻器與SIMATIC S7-1200 PLC之間的Modbus通信240
6.4.7SINAMICS G120C變頻器與SIMATIC S7-1200 PLC之間的PROFINET通信244
6.4.8SINAMICS V90 PN伺服驅動器與SIMATIC S7-1500 PLC之間的位置控制（HSP）246
6.4.9SINAMICS V90 PN伺服驅動器與SIMATIC S7-1500 PLC之間的位置控制（GSD）254
6.4.10SINAMICS V90 PN伺服驅動器與SIMATIC S7-1200 PLC之間的PROFINET通信（功能塊）256
6.4.11SINAMICS V90 PN伺服驅動器與SIMATIC S7-200 SMART PLC之間的位置控制263
6.4.12SINAMICS V90 PN伺服驅動器附加報文750的應用269

附錄伺服電動機選型的計算274
附錄A基本運動原理274
附錄B圓盤型負載的伺服電動機選型282
附錄C滾珠絲杠型負載的伺服電動機
選型285
參考文獻288