西门子6ES7212-1BE40-0XB0技术参数
1 项目背景
LED分光机主要用于LED产品光色一致性的检测和分光,配有精密的光谱分析仪，具有高智能性,可自动检测出不合格产品并将之吹入废料盒,系统架构是由圆形振动盘与平行振动轨道负责送料,以吸嘴将LED送至转盘,经由测试站量测光电特性之后,系统会根据量测仪器的测试结果,透过分料机构将LED送至所属之落料盒。
深圳是全国LED的重要生产基地和贸易中心，已有较完整的产业链和配套能力，在激烈的市场竞争中，同行间都在拼价格、拼效率。在这样的背景下，深圳某公司的拳头产品SMD-LED全自动分光机，自然就成为了革新对象，分光机的核心系统－－-伺服系统就成为先要改进的部分。台达凭借在工业自动化领域多年累积的经验和度，A2伺服成功入围并在测试中取得良好成效。
2 项目方案
根据与客户协商的结果，项目分两步实施。
2.1伺服选型及特点讲解
深入了解了客户的工艺要求后，针对转盘比较重、对刚性要求高的特点，台达开创性的选择了750W大惯量马达，针对检测轴要求响应快，并且近静止时不能有丝毫抖动的特点，选用了A2系列。同时绘制了伺服的接线图，罗列了需要应用到的参数。台达伺服编码器串行通信输入输出的方式比传统的配线方式简单，配线少，因为只需单一的位置控制方式，所用到的参数不到10组，丰富的I/0功能、功能强大的调试软件等这些台达伺服所具有的特点都给客户留下了深刻的印象。
2.2效果调试
LED分光机对位置精度及响应时间要求非常苛刻。在整个机台中，关键有两个工位：转盘轴和检测轴。转盘轴要求高刚性、高速度、高响应，别的伺服品牌选送的都是750W轻惯量的马达，刚性提升空间有限，台达选用750W高惯量马达，是轻惯量马达惯量的2.5倍，使得该轴的刚性有了显著的提升，静止时（serve on）用手触摸，没有任何振感，客户对台达这个效果非常满意；检测轴要求位置精度极高，定位不能有任何位置误差，否则将影响检测结果，台达选用的A2系列伺服搭配20Bit（1280000PPR）增量编码器，可以满足设备高精度定位控制和稳低速运转时的应用需求，因为只有固定的两个位置重复运动，台达用到了A2伺服内部PR功能，替客户的PLC节省了一个价值1000多元定位模块。实际调试的结果是转盘轴伺服的整定时间是8ms,位置误差5个pulse,好过客户要求的整定时间10ms,位置误差8个pulse。检测轴伺服的整定时间是3ms,位置误差0个pulse,好过客户要求的整定时间5ms,位置误差1个pulse。
时间就是金钱，这句话在LED行业更能体现效率的重要性。充分利用台达A2伺服优越的响应性能，拉高马达的频宽，搭配三组共振抑制参数有效抑制了高频宽引起的设备振动情况。多种选择组合，使得设备的整体运行达到佳的状态。后设备的工作效率是UPH：24K效果提高了15%。
3 工艺流程
图1 工艺流程图
送料机构把料送到固定位→吸料机构把料送到转盘上的工位1→转盘转动一个角度把料送到工位2→检测机构下来工作采集相关数据→转盘再把检测后的料送到工位3→高压**把料吹入收集箱（收集箱会根据检测的结果，事先确定好收集管的位置）。
图2 设备电控配置示意图
图3 设备示意图
4 项目总结
经过两个多月的测试，设备运行情况良好，产品成品率高,设备的工作效率提高了15%。台达A2伺服以其高精度、高应答、高价值的强大功能，赢得了客户的高度认可。随着LED市场需求的进一步加大，LED制造设备的需求量也会同比增长,台达伺服在分光机上的成功应用，为台达更多产品进入这个行业奠定坚实基础。
直流伺服的结构和一般直流电动机一样，只是为了减小转动惯量而做得细长一些。它的励磁绕组和电枢分别由两个独立供电。也有永磁式的，即磁极是磁铁。通常采用电枢控制，就是励磁电压f一定，建立的磁通量φ也是定值，而将控制电压uc加在电枢上，其接线图如下图所示。
直流伺服电动机，通常用于功率稍大的系统中，其输出功率一般为1w-600w。
直流伺服电动机分为以下几种：
一般直流伺服电动机
无槽电枢直流伺服电动机
空心杯形电枢直流伺服电动机
印刷绕组直流伺服电动机
无刷直流伺服电动机
直流伺服电动机的机构特性（n=f(t)）和直流他励电动机一样，也用下式表示：
n=uc/ke·φ-ra/ke·kt·φ·t
下图是直流伺服电动机在不同控制电压下（uc为额定控制电压）的机械特性曲线。
由图可见：在一定负载转矩下，当磁通不变时，如果升高电枢电压，电机的转速就升高；反之，降低电枢电压，转速就下降；当uc＝0时，电动机立即停转。要电动机反转，可改变电枢电压的极性
1、的基本特点
反应式步进转速只取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，而与电压、负载、温度等因素无关。步进电动机工作时的步数或转速既不受电压波动和负载变化的影响（在允许的负载范围内），也不受环境条件（温度、压力、冲击、和振动等）变化的影响，只与控制脉冲同步，同时，它又能按照控制的要求进行启动、停止、反转或改变速度，这就是它被广泛的应用于各种数字控制系统中的原因。
2、距角特性
距角特性是反映步进电动机电磁转矩t随偏转角 变化的关系。这一特性反映了比较电动机带负载的能力，它是电动机的主要的性能指标之一。
步进电机的运行性能
3、静特性
所谓静态是指步进电动机不改变通电状态，转子不动时的状态。步进电动机的静态特性主要指静态矩角特性和大静转矩特性.。
1.静态矩角特性
描述步进电动机静态时电磁转矩t与失调角之间关系的特性曲线称为矩角特性。
步进电动机矩角特性 步进电动机大静转矩特性
2.大静态转矩
矩角特性上电磁转矩的大值称为大静态转矩。它与通电状态及绕组内电流的值有关。在一定通电状态下，大静转矩与绕组内电流的关系，称为大静转矩特性。当控制电流很小时，大静转矩与电流的平方成正比地增大，当电流稍大时，受磁路饱和的影响，大转矩tmax上升变缓，电流很大时，曲线趋向饱和。
3、动特性
步进电动机运行时总是在和机械过渡过程中进行的，因此对它的动特性有很高的要求，步进电动机的动特性将直接影响到系统的快速响应以及工作的可靠性。它不仅与电动机的性能和负载性质有关，还和的特性及通电的方式有关，其中有些因素还是属于非线性的，
要进行**的分析较为困难，通常只能采用近似的方法来研究。
1.步进运行状态时的动特性
开始时，步进电动机的矩角特性为曲线①所示，若电动机空载，则转子稳定在ol点处。加一个脉冲，通电状态改变，矩角特性曲线变成曲线②，转子将稳定在新的稳定点o2。若电动机带负载，先假设负载转矩为t1，则在初始状态时电动机的稳定位置是曲线①上的01'点。在改变通电状态的瞬间，转子位置还未来得及改变，而其受到的电磁转矩已是矩角特性曲线②上的02'，如果开始负载转矩相当大，如图中t2，则转子起点为曲线①的01''点。当通电状态改变时， 02''为新稳定点运动， tmax为步进电动机的大静转矩。曲线①和曲线②的交点转矩tq是步进电动机能带动的负载转矩极限值，有时称tq为步进电动机的起动转矩。在大静转矩相同的条件下，相数增大时，因曲线的交点tq较高，步进电动机带负载能力也相应增大。
用矩角特性分析单步运动状态
步进电动机转子运动的过渡过程
2.连续运行状态时的动特性
当控制绕组的电脉冲频率增高，相应的时间间隔也减小，以至小于电动机机电过渡过程所需的时间。若电脉冲的间隔小于图中的时间t1，当脉冲由绕组a相切换到b相，再切换到c相，这时转子从定子a极起动，移到定子b极，还来不及回转，c相已经通电，这样转子将继续按原方向转动，形成连续运行状态。实际上，步进电动机大都是在连续运行状态下工作的。在这样运行状态下电动机所产生的转矩称为动态转矩。
(1) 矩频特性
步进电动机的大动态转矩和脉冲频率的关系，即tdm=f(f )，称为矩频特性，如图所示。
步进电动机矩频特性 起动频率与负载的关系
在图中可以看出，步进电动机的大动态转矩将小于大静转矩，并随着脉冲频率的升高而降低．
(2) 高工作频率
步进电动机的高工作频率是指电动机按指令的要求进行正常工作时的大脉冲频率。
所谓正常工作就是说步进电动机不失步地工作，即一个脉冲就移动一个步距角。
步进电动机的工作频率，通常分为启动频率、制动频率及连续工作频率。—般步进电动机的技术参数中只给出起动频率和连续工作频率。
步进电动机的起动频率f0是指它在一定的负载转矩下能够不失步地起动的高频率。起动频率的大小是由许多因素决定的，绕组的时间常数越小，负载转矩和转动惯量越小，步矩角越小，则起动频率越高，如图所示。 步进电动机的连续工作频率，又称运行频率。它是指步进电动机启动后，当控制脉冲连续发出时，能不失步运行的高频率。影响运行频率的因素与影响起动频率的因素基本上相同，但是转动惯量对运行频率的影响不像对起动频率的影响那么明显，它仅影响到频率连续上升的速度。