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五、普及型CNC 电路设计案例（7221-5）
安川伺服和变频器是普及型CNC 机床最常用的伺服和主轴驱动器，本案例提供了国产普及型CNC 配套安川伺服和变频器的电路设计实例。

一、伺服驱动电路设计案例
【例1】某设备配套有安川ΣV 系列SGDV-120A01A 驱动器，利用主接触器控制主电源通断的驱动器主回路，及断路器、主接触器的选择方法如下。

根据要求设计的线路如图1所示。

线路中的驱动器控制电源可在断路器合上后直接加入，主接触器需要在驱动器无故障（触点ALM+/ALM-接通）时，通过按钮S-ON 启动。

（a ）驱动器主回路 （b ）主接触器控制
图1 例1的主回路设计
根据驱动器型号，可查得SGDV-120A01A 驱动器的输入容量为2.3kV A ，断路器的额定电流可计算如下：
)(28.13~96.93)
2~5.1(A U S I e
e
e == 根据断路器额定电流系列，可选择10A 标准规格，如DZ47-63/3P-10A 等。

主接触器的额定电流与断路器相同，可选择12A 标准规格，如CJX1-12/22等。

【例2】 某3轴经济型数控铣床使用了2台SGDV-120A01A 、1台SGDV-180A01A 驱动器，当驱动器需要同时通断时，其驱动器主回路设计如下。

根据要求，当多台驱动器的输入电源需要通过同一主接触器控制通断时，必须将各驱动器的故障输出触点串联后控制主接触器，设计的线路如图2所示，主接触器的控制回路同案例1。

AC 输入电源
AC输入电源
图2 例2的主回路设计
图2线路中，第1台驱动器的ALM-端连接继电器控制电源的0V端、ALM+端与第2台驱动器的ALM-端连接；第2台驱动器的ALM+端连接第3台驱动器的ALM-端；第3台驱动器的ALM+端连接故障检测中间继电器的线圈。

线路只有在三台驱动器都无故障（故障触点输出接通）的情况下，KA1才能接通。

【例3】使用外部制动电阻的安川ΣV系列驱动器的主回路。

使用外部制动电阻的安川ΣV系列驱动器如图3所示。

为了能够在制动电阻过热时切断驱动器主电源，制动电阻的过热触点（正常时闭合）作为主接触器接通的条件串联在线路中，过热触点一旦断开便可切断驱动器的主电源。

AC输入电源
图例3的主回路
【例4】ΣV系列驱动器与接近开关连接的输入电路，及接近开关的类型选择与输出驱
动电流的计算。

接近开关有NPN 集电极开路输出与PNP 集电极开路输出两类，ΣV 系列驱动器DI 采用的是汇点输入连接，为了使得接近开关发信时在驱动器得到“1”信号输入，应优先选择NPN 集电极开路输出开关。

根据ΣV 系列驱动器的DI 接口电路原理，可以直接选择NPN 集电极开路输出的接近开关，其连接电路如图4所示，接近开关电源由外部提供。

图4 驱动器与接近开关的连接
NPN 集电极开路输出开关发信时，输出与0V 间的电阻接近为“0”，根据图1的接口电路原理，由于光耦正向导通时的压降为0.5V 左右，接近开关发信时CE 极间的压降为0.3V 左右，故开关发信时的驱动电流为：
)(73
.3)
3.05.0(24mA I ≈+-=
因此，可选择DC24V/20mA （标准规格）、NPN 集电极开路输出接近开关。

二、变频器电路设计案例
图1是工程用数控车床的安川变频器主轴控制电路图。

有关工程图的基本说明、电路识读的基本注意事项、明细表要求及机床主回路、强电控制回路、X/Z 轴驱动回路的说明等均可参照案例7221，电路说明如下。

1. 主回路
① 为了便于阅读，简单机床的工图允许将与主轴变频器相关的主回路与控制回路集中于一页进行表示。

② CIMR-G7变频器的控制电源已在内部与主电源进线连接，变频器不使用制动电阻、制动单元等配套附件，故主电源不需要使用主接触器控制，它可以在机床主电源接通后直接加入。

③ CIMR-G7变频器本身已具有电子过流保护功能，故主轴电机不再需要安装过载保护的断路器。

图1数控车床主轴控制案例
4
2. 控制回路
①图1中，CIMR-G7变频器的正反转与启动/停止使用出厂默认的2线制控制，正反转控制信号来自CNC的输出。

②CIMR-G7的正反转信号串联有机床启动接触器KM10（X/Z轴驱动主回路ON）的常开触点，如果X/Z轴伺服驱动未启动或出现机床超程、急停的故障，可以立即停止主轴。

③变频器的DI信号采用了出厂默认的使用变频器内部电源的汇点输入连接方式，变频器的DI信号选择端CN5应按照要求设定。

④由于本机床的主轴控制无特殊要求，变频器不需要连接其他DI信号，DI功能定义可以直接使用出厂默认设定。

⑤由于变频器电源在机床主电源接通后便可加入，因此，变频器的报警输出DO信号可作为驱动器主电源接通的互锁条件，通过中间继电器KA20的转换，串联到驱动器主接触器控制电路中，主轴变频器故障时禁止驱动器主电源加入。

⑥变频器的频率给定信号（主速输入）来自CNC（KND100T）的主轴模拟量输出，其输出频率直接由CNC加工程序中的S代码指令进行控制。

AI信号同样可以直接使用变频器出厂默认的功能设定。

3. S模拟量输出
①KND100T经济型数控系统的S模拟量输出为DC0~10V，可以直接与CIMR-G5的速度给定A1/AC端连接。

②KND100T的S模拟量输出为单极性信号，连接时必须将DC0~10V输出端（XS55-5）连接至变频器的A1端、参考0V输出端（XS55-2/3/4）连接至变频器的AC端。

③应通过CNC的S模拟量输出参数设定，保证最高主轴转速所对应的S模拟量输出为DC10V。

④应通过变频器的偏移与增益调整，保证在DC10V频率给定输入时的主轴转速与要求一致；在DC0V输入（编程转速S0）时，主轴转速接近0转。

⑤频率给定连接线应使用双绞、屏蔽电缆。

4. 转向信号
①KND100T的主轴转向由程序指令M03、M04或操作面板上的主轴正反转按钮进行控制，其转向统一由CNC的DO信号M03/M04（X57-15/3）输出。

②KND100T的M03/M04输出为保持型电平信号，与CIMR-G5的2线制控制要求一致，故可以直接通过中间继电器KA10、KA11转换为变频器的转向控制信号。

③主轴电机的转向可以直接通过交换电机相序、改变CNC参数等方式调整至要求的方向。

5. 主轴编码器
①为了车削螺纹，数控车床主轴需要按照检测主轴转角的位置编码器，以便车削螺纹时保持Z轴进给与主轴的同步。

②螺纹加工同步控制直接由KND100T实现，故主轴编码器只需要直接连接至CNC上（图中未画出），在变频器上可以不进行闭环控制。

5。