西门子6ES7231-7PF22-0XA0规格说明

西门子6ES7231-7PF22-0XA0规格说明rkd514l-c东方步进驱动器（以下简称rkd514l-c驱动器），可驱动五相步进电动机，电压ac200~230v，输出电流3.5a（可调），输出电压约150v。设备端子及调整部件功能、控制端子、主端子接线等见以下图表。1、rkd514l-c驱动器端子、调整部件功能、端子接线图1 rkd514l-c驱动器接线端子及调整部件图rkd514l-c驱动器接线端子及调整部件功能说明（见表4-1）上述（图1、图2、图3）图表（表4-1），是在检修设备之前，要尽量掌握的相关“知识储备”，如控制端子功能和相关调整部件的作用，则是检修中必须要掌握的，检修内容将与之发生紧密的关联。输出状态取决于部件的设置与调整，有时人为的调错，会使机器产生“故障”，检修人员应该区分故障的真假，可以通过调试手段，将一些“伪故障”排除掉。2、mcu主板电路之一如图4所示电路，包含了mcu基本工作电路、控制端子信号输入/输出电路和功能整定电路。〔mcu基本电路〕+5v电源，接入mcu的相关供电引脚；晶振元件xl101与振荡电路ic106、ic110生成的脉冲信号，做为时钟信号输入mcu的120脚；r184、d103、c136和ic108（hc14）内部两组反相器电路，组成上电复位电路，在cpu上电瞬间提供一个低电平的复位脉冲，输入mcu的122脚，使mcu内部计数器、寄存器清零。以上电路提供mcu正常工作的基本条件。〔控制端子信号输入/输出电路〕外部输入的4路控制信号经cn101插座进入。高速光耦合器件pc101、表4-1 rkd514l-c驱动器接线端子及调整部件功能说明图2 rkd514l-c驱动器电源、步进电动机接线图pc102（tlp750）承担着对转速（脉冲）信号和正/反转控制信号的传输任务，输出信号再经两级反相器电路，输入至mcu的7、8脚。这是两路基本控制信号；另两路控制信号经光耦合器pc103、pc104（p781）进行隔离传输，其中一路控制信号为调机信号on/off指令，确定停车时马达处于直流刹车还是自由停车状态，两路信号输入至mcu的5、6脚。步进电动机驱动器的逆变功率输出电路，设有温度检测电路，其输出的温度检测信号进入mcu，达到热保护电平阈值时，mcu从1脚输出过热故障信号，控制晶体管q101导通，进而驱动光耦器pc107，向外部控制电路送出故障报警信号。mcu的40、42、43等3脚，同时输出电源、过热、激磁中等工作状态信号，驱动指示灯电路，用于工作/故障状态的指示。图3 rkd514l-c驱动器控制端子（经附件端子排）接线图〔功能整定电路〕拨码开关sw103含3只独立开关，调整开关的on/off状态，可进行如上表4-1中的8、9、10项功能整定；sw101、sw102、sw104是3只16档位的4位数字开关，开关为5引脚器件，其中0脚接地，1~4脚分别接有+5v上拉电阻，当1~4中的某一个脚或几个脚与0脚接通（即整定档位不同）时，依次产生0000~1111的4位数字信号，输入至cpu的相关引脚。cpu可根据输入位信号的不同，判断用户整定值的大小，控制步进角和输出电流的大小，其整定内部见上表4-1中的13、14项。mcu主板和电源/驱动板之间，经cn1-2、cn1（印刷）端子排相连接，两端子排的序号不一致，上图中在顶部给出了两端子排的连接图示，经方便检修与测试中的参考。在进行电路原理分析时，请将图4与图5结合起来，请理顺信号流程。逆变功率电路的取用电源，并非直接从ac220v市电整流所得的dc280v电源，而是经功率模块内部斩波电路变换所得的约120v~150v左右的直流电源，因而斩波电路所需的pwm信号的生成和对120v~150v逆变电源是否正常的检测（关系到逆变功率电路能否正常工作），成为mcu主板电路需要完成的重要任务。集成pwm控制器ic113（mb3795）与外围，组成的pwm脉冲形成电路，在mcu控制信号和逆变电源反馈信号作用下，其输出pwm脉冲信号，控制功率模块内部斩波管（图4-26中模块内部的vt）的导通与截止，使逆变功率电源得到一个适宜和稳定的供电电源。mb3795芯片的内部电路结构及原理分析如下：图4 rkd514l-c驱动器mcu主板电路之一3、mcu主板电路之二图5 rkd514l-c驱动器mcu主板电路之二图7 集成pwm控制器mb3795内部功能框图mb3759芯片内部电路主要由高频振荡器、pwm比较器、基准电压源、误差电压放大器、驱动电路和封锁电路等组成。控制芯片内部有2个电压比较器，管脚1、2和15、16是电压比较器正负输入端子，管脚3是电压比较器统一输出端。同时误差放大器的输出也可开放给用户，用户可以根据需要设计成pi控制器。管脚5、6可接振荡和电阻，振荡器的振动频率由外接电阻和电容决定。管脚8为触发脉冲输出口，采用电流图腾柱输出，使得芯片可以直接驱动功率不大的开关管。（原文来自：http://www.diangon.com/）t触发器的作用是将输出进行分频，得到占空比为50％的频率为振荡器频率的l／2的方波，将t触发器输出的这样两路互补的方波同比较器输出pwm信号进行“或非”运算，就可以得到两路互补的占空比为o～50％的pwm信号，考虑死区时间的存在，大占空比通常为45％～47．5％。管脚13为封锁控制，管脚14为参考电压，管脚12为工作电压，管脚4为死区控制端，一旦高电平输入，芯片输出脉冲被封锁，直流电压输出为零。结合图5中ic113的实际电路组成，简述一下pwm脉冲形成电路的工作原理（试分析）。ic113的5、、6脚外接r197、c141为振荡定时元件，与内部电路一起组成频率固定的振荡器；1、2、3脚为内部电压比较器（后文定义后a电压比较器）电路之一，2、3脚外接r、c元件决定电压比较器的放大倍数及频率特性，a电压比较器的同相输入端1脚引入由功率模块内部斩波管vt输出pwm电压经c12、c14、r34分压取得的逆变电源检测信号，2脚输入由mcu的53脚输出的模拟电压控制信号（系由cpu的87脚输入的由r10、r11分压得到的逆变电源电压检测信号，处理后得到的控制信号），经电压跟随器ic114进行电压跟随，由半可调电位器rp102调整后，输入到ic113内部a电压比较器的反相输入端2脚，作为同相输入端的基准比较信号。a电压比较器的输出，成为8脚输出pwm脉冲信号占空比的控制信号之一；ic113内部另一路电压比较器（后文定义为b电压比较器），16、15脚为同相、反相输入端，15脚与3脚之间接有负反馈电阻r210，16脚引入逆变电源电压检测信号，b电压比较器的输出，成为8脚输出pwm脉冲信号占空比的控制信号之二。在a、b两路电压比较器控制信号作用下，输出pwm激励脉冲，驱动功率模块内部vt，使逆变电源电压稳定于一定值内。从mcu的71脚输出的控制信号，经r196、d104进入ic113的4脚，当过热或过流故障发生时，mcu的71变为高电平，输出pwm脉冲被封锁，功率模块内部斩波管vt处于截止状态，逆变功率电路的供电电源被切断，使步进电动机驱动器和步进电动机，处于停机保护状态。4、rkd514l-c驱动器电源/驱动板电路rkd514l-c驱动器，有电源/驱动板、mcu主板和主电路模块三部分组成，实际上，主电路与电源/驱动板密切结合于一体。说明：主电路功率模块内部电路框图，（因一直未能查到相关资料）为本人据测量结果和输入/输出信号判断所得出的“推测性电路结构”，与实际电路可能会有所差异，对图中电路的标注也是本人自行定义的，意在为故障测量和判断提供较为有效的参考依据。〔功率模块ic5的内部、外部电路——上部（10）端子电路〕功率模块ic5内部含输入交流电压的全波整流电路、斩波电路（逆变电源输出）、逆变功率电路、驱动电路和温度检测电路等。模块1、2端子为交流电源输入端，ac220v市电经由l、n端子串接熔断丝和双、向滤波器后，输入模块内部的全波整流电路；3、4端子为整流电压输出端，外接r2为温度保险电阻，起到超温（限流）保护作用，电容c5为滤波电容，c5两端得到约280v的直流电压。r3~r6为整流电压分压电路，取出整流电源电压的检测信号，送入后级电路——ic104的5、6、7端子内部电路和外围元件组成电压比较器电路，反相输入端6脚输入3.8v的信号检测电压，同相输入端引入r1443、r144对+5v的分压2.42v作为基准电压。当电源电压过低、fu1熔断丝熔断或整流电路故障、过流故障发生，引起整流电压消失或严重降低时，反相端输入电压低于2.42v时，电压比较器的7脚变为高电平，将电源欠压（电源异常）故障信号输入cpu的77脚（见图4-24），cpu的71脚输出停机保护信号，功率模块内部vt截止，同时锁定逆变电路驱动脉冲的输出，使电路处于故障停机保护状态。功率模块ic5的4、6脚之间接斩波管vt的漏极和源极，正常工作情况下，由模块19脚进入的pwm脉冲信号（由前级电路ic113的8脚输出）加到vt的门极，使6脚输出约120v~150v左右的直流电压，作为逆变功率电路的电源供应，以适应步进电动机的电源电压范围。如此处理的好处，是不必再经降压变压器取得逆变功率电路的电源，简化了电路结构。斩波降压后的逆变电源从6脚输出，经外部l2、c6滤波，又从模块另一侧端子7进入，引入由10只mos管子组成的逆变功率电路。逆变电源电压，分别经电阻、电容分压，取出逆变电源电压反馈信号、逆变电源检测信号送前级电路处理后，或送入ic113作为电压反馈信号，或送入mcu引脚，经mcu修理，使ic113的2脚电压变化，控制8脚输出pwm脉冲的相应变化或处于脉冲锁定状态。图8 rkd514l-c 电源驱动板（含主电路模块）8、9端子引入由来的15v隔离电源，作为斩波管vt的驱动电路的供电，vt驱动电路为光耦合器电路，输入侧进入由19脚引入的pwm脉冲信号，输出侧则需取用15v隔离电源，以实现主电路和信号电路的隔离。〔功率模块ic5的内部、外部电路——下部（15）端子电路〕5~14共10个端子为逆变电路的10路脉冲信号输入端子，经内部驱动电路，驱动逆变功率电路的10只mos场效应管，以输出5相逆变电压，驱动5相电动机。1、2、3、15端子引入+5v、+12v两路控制电源，供内部10路驱动电路的供电和保护电路的供电。从4端子输出的温度（过流故障）检测信号，直接输入cpu的18脚，用作故障停机保护和相关故障指示。〔功率模块ic5的内部、外部电路——右侧（7）端子电路〕是逆变功率电路的供电电源输入和输出端子。120v~150v直流电源从6、7端子输入，6端子接有限流电阻r8，（试分析）r8也可能承担对逆变功率电路的电流检测任务，r8上的电压降信号经内部电路处理，也由4端子输出至mcu引脚。1~5端子，为输出端，直接与步进电动机相连接。〔开关电源电路〕整机控制电路的用电，由开关电源电路提供。由于采用了专用集成振荡功率芯片ic1（mip0222sy），电路非常简洁。开关电源电路具有输入电源过电压保护功能，当驱动器的电源输入端误接入380v电源或输入电压异常升高时，整流电压的异常升高使稳压zd3击穿，晶体管q2截止，ic1的2脚反馈电压的分压回路r40、r41、q2被切断，ic1因反馈电压信号异常上升，ic1进入停振保护状态或使各路输出电压大幅度降低，以保证控制电路不受危险供电电压的冲击。开关电源输出的15v电源，供功率模块内部斩波管vt的驱动电源；输出12v至电源/驱动板的控制电路，输出+5v至cpu及外围电路。5、rkd514l-c驱动器的故障检修整流电路和逆变功率电路及斩波电路，均集成于功率模块内部，模块内部电路是故障率高发区，如逆变电路的供电异常、输出功率管击穿损坏等故障，是比较常见的。一般以更换ic5功率模块为主要修复手段。随着对该例机型电路的熟悉和维修功夫的深化，模块内部局部电路的损坏，如整流电路、斩波管vt的损坏等，也可以考虑采用低成本的局部修复方案。步进驱动器在应用过程中，需要对步进角、运行电流等控制方式进行整定，当整定失当时，会造成人为的运行失常的故障，这也是需要注意的地方。下面以故障实例，进一步说明步进电动机驱动器的的检修思路的检修方法（以rkd514l-c型驱动器为例）。〔故障实例1〕一台驱动器，测量输出端子的1和7之间电阻值为零，说明内部功率场效应管击穿损坏。逆变功率电路的主电路和驱动电路在功率模块内部，不易维修。只好从网上购得一块拆机品模块，更换后故障排除。〔故障实例2〕一台驱动器，上电后电源指示灯不亮，拆机检查，发现熔继丝fu1熔断，进一步检测未发现损坏元件，换同同规格熔断丝，机器修复。〔故障实例3〕一台驱动器，给入速度信号，电动机转一下即停，然后故障指示灯点亮，因此送修。上电，空载时送入速度信号，测5相输出均正常，判断是机器实施了过流保护。仔细观察电流整流数字开关sw104在3档位上，怀疑运行电流值被人为错误整定，阅读说明书，用小改锥将之调整到f档上，接入负载电动机，运行正常。〔故障实例4〕在为驱动器送入转速信号，测功率模块5个输出端子输出电压值仅为13v，继而检测功率模块的7脚逆变电源供电15v，判断逆变电源电路vt及驱动电路异常。逆变电源控制电路的信号流程如下图所示：图9 rkd514l-c 驱动器逆变电源的信号电路功率模块内部斩波管vt的导通与截止受控于pwm脉冲形成电路ic113及外围电路，ic113脉冲信号的输出，受多个条件的制约：1）ic113振荡芯片及外围电路都正常，开关电源提供的+12v工作电源正常；2）ic113的由1脚和16脚输入的逆变电源反馈电压信号是正常的；3）由mcu的71脚输出的控制信号是正常的，应高l电平。若为高电平（禁止脉冲输出）信号，则说明ic113受控于mcu指令，处于工作停止状态。而mcu的71脚控制信号电平的状态，则有可能受控于以下3路故障报警信号：a、dc280v整流电源检测信号，当ic104的7脚变为高电平时，向mcu的77脚输入“整流电源欠电压”故障报警信号，使mcu的71脚变为高电平，向ic113发出“停止指令”。应检查整流电源电压是否异常引起故障报警，或ic104检测电路本身，是否误报故障；b、dc130v逆变电源检测信号，当ic104的1脚变为高电平，向mcu的76脚输入“逆变电源过电压”故障报警信号，也使mcu的71脚变为高电平，向ic113发出“停止指令”。应将逆变模块的7端子（逆变功率电路的电源引入）脱开，切断逆变功率电路的电源供应后再上电试机，空载测量逆变电源输出电压是否过高，或检查是否为ic104检测电路本身故障，引起误报故障；c、逆变功率模块内部的模块温度（电流）检测电路异常，误报“功率模块温度（故障）信号”，使mcu的71脚变为高电平，向ic113发出“停止指令”。除了上述故障原因之外，逆变功率模块内部的斩波管vt损坏，或vt驱动电路不能正常传输脉冲信号，或驱动电路的15v供电电源丢失，均会造成dc130逆变电源为零或偏低（如本例故障的15v），使驱动器输出端电压异常或无输出。故障检修步骤：图10 逆变功率模块内部vt及驱动电路损坏后的应急修复电路1）测量逆变模块输入脚10脚输入的脉冲信号电压正常，约为4v左右，说明脉冲电压正常，pwm脉冲形成电路ic113及故障检测电路、mcu输出的控制信号都是正常的。脉冲电压用检测为方便，用的直流电压档也能测出，如用交流电压档，所测值较高，如11v。另外，当人为改变ic113的4脚电压的高低（如用1kω分别引入+12v或经电阻将该脚直接接地）时，测ic113的8、11输出脚，应为0v/4v电压的明显变化，说明ic113输出的脉冲电压正常。可以判断逆变电源的不正常，为模块内部斩波管vt或驱动电路和15v驱动电源不良，造成逆变电源的故障。在逆变模块内部整流电源、逆变功率电路都正常的情况下，因vt及驱动电路的损坏，即更换整个价格昂贵的功率模块，实在有些可惜。可试用如图10电路应急修复。将逆变模块的6、8、9、10相关引脚的铜箔条切断，加装如上图点划框内的场效应功率管k1317和tlp250驱动电路，并为电路引入15v电源、pwm脉冲信号，用外接电路取代内部逆变电源电路。检查连接无误后可上电，检测输出逆变电压正常后，将k1317的源极接入逆变功率模块的7脚，修复即告成功。2）测ic113的输出脚无脉冲电压输出，须进一步区分是mcu输出“停止指令”还是ic113芯片本身及外围电路不良，或反馈信号异常造成。a、测ic113的4脚输入控制信号为5v高电平，说明mcu输出故障封锁信号，强制ic113停止工作。检查mcu的76、77、96脚输入的故障报警信号是否存在，进而检查故障信号的发生原因，修复相关故障电路；b、测ic113的4脚为低电平，说明故障在ic113及外围电路，检查相关元件并排除故障。经过以上检查，判断为逆变功率模块内部vt斩波管损坏，加装如图10所示应急修复电路，或直接换用功率模块后，故障排除