引言:伺服电机为什么要“回家”?
各位工控老铁,不知道你们有没有遇到过这种情况——设备一上电,伺服电机一脸茫然地杵在那儿,不知道自己身在何方。这时候你就得让它“回个家”,也就是我们工控圈常说的“回原点”或“回零”。
为啥要回原点?打个比方你就懂了。假设你在这条街上要找一家咖啡馆。如果只知道“往前走 10 米”,这就是增量式定位——你得先知道自己现在在哪儿才能往前走。但如果告诉你“咖啡馆在街的 100 米处”,这就是绝对式定位——你得先知道这条街的 0 米在哪儿。伺服电机也是一样,要做绝对定位,就必须先建立一个基准位置,这个基准就是原点。
那么问题来了:回原点的方式有多少种?说出来你可能不信——37 种!没错,就一台伺服电机回个家,花样比你去餐厅点菜还多。今天咱们就来聊聊这些“回家”的姿势,看看你家伺服适合哪一种。
1
回原点的“三大派系”
江湖上混,总得有个门派。伺服回原点这事儿,大致可以分为三大派系:
1.1
佛系回原点——数据设定型
这一派的核心思想是:“我说这里是原点,这里就是原点。”
操作起来极其简单——不管伺服电机现在停在哪里,你只要执行数据设定型原点回归,当前位置立刻就被设定为原点。电机?动都不带动一下的。
这就像你早上起床,不管睡在床的哪个位置,只要宣布“这里就是床的起点”,那它就是。是不是很佛系?
适用场景:速度控制、转矩控制,或者只需要增量式定位的场合。精度要求不高、怎么都行的项目,用这招最省事。
注意事项:伺服出厂默认上电后需要检测电机 Z 相信号才能设定原点。如果要用数据设定型,要么改参数关掉这个要求,要么先手动点动(JOG)让电机转一圈以上再说。
1.2
豪放派——直接找 Z 相信号
这一派不走寻常路,直接寻找编码器的Z 相信号(也叫零脉冲信号)。当检测到 Z 相脉冲时,立马减速停止,以此为原点。
Z 相信号是啥?简单说,编码器每转一圈就会发出一个 Z 相脉冲,位置是固定的。就好比操场跑道每圈都有一个起点线,你找到那条线就算找到“家”了。
优点:不需要额外传感器,省钱省事。
缺点:回原点速度不能太高,重复精度也不咋地。一般只用在旋转轴上,而且精度要求不高的场合。
1.3
技术流——近点狗(DOG)+ Z 相组合
这一派是江湖上的主流,也是精度最高的玩法。核心思想是:先用“狗”找到大致位置,再用 Z 相精确定位。
“近点狗”(DOG)其实就是个原点开关,也叫“看门狗开关”。它负责告诉伺服:“嘿,快到地方了,减速!”
典型的回零过程是这样的:
-
高速狂奔:电机以高速去找原点开关
-
碰到“狗” :感应到原点开关信号,开始减速到爬行速度
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找 Z 相:以爬行速度寻找编码器的 Z 相信号
-
精准定位:在 Z 相信号处停止,这就是原点
为什么要搞得这么复杂?你想啊,如果直接靠开关信号停止,受温度、电压波动影响,每次信号反应时间都不一样,精度差得感人。但是用 Z 相信号就不一样了——那是编码器硬件产生的脉冲,位置固定、精度高。
这里面又分两种流派:
-
欧系(档块前回原点) :在档块上找到第一个 Z 相信号就停,比较安全
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日系(档块后回原点) :继续往前走,找到脱离档块后的第一个 Z 相信号才停,工作行程会更长
日系的具体操作是:触发近点狗前端时减速到爬行速度,触发近点狗后端时开始对 Z 相脉冲计数,计到设定值(比如一个脉冲)后回原点完成。
2
回原点的“进阶玩法”
如果你以为上面就是全部,那你就太小看工控圈了。除了三大派系,还有一些“进阶玩法”:
2.1
扭矩回原点
没有原点开关怎么办?用扭矩来找原点!
具体来说,就是让伺服往一个方向跑,直到撞到机械限位,检测到扭矩超过设定阈值,就认为到达了原点。标准 EtherCAT 协议里除了 35 种常规回零方式,还额外提供了 2 种扭矩回原方式。
这招在垂直负载比较重的场合要小心使用,不然容易出问题。
2.2
绝对值编码器——一次校准,终身受益
如果你的伺服用的是绝对值编码器,那恭喜你,可以少操很多心。
绝对值编码器断电后能保持位置信息(只要电池有电),只需要做一次绝对值编码器的零点校正即可。以后每次上电都不用再回原点,直接就能干活。
增量式编码器就没这么幸福了,每次上电都得乖乖回原点。
3
37 种方式是怎么来的?
你可能会问:“不是说 37 种吗?怎么上面才说了几种?”
别急,我来给你拆解一下。
标准 EtherCAT 协议定义了35 种回零方式,通过参数HomingMethod(16#6098)来配置。再加上2 种扭矩回零方式,就凑成了传说中的37 种。
这些方式的区别在于:
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原点信号源不同:限位信号、机械原点信号、Z 脉冲
-
回原点方向不同:正向还是反向
-
减速点类型不同
-
是否使用 Z 相、如何使用 Z 相
-
碰到限位怎么办:是报警还是自动反转继续找
以某品牌伺服为例,当回原点方向为正且使用原点开关时,P5-09 参数可以设置成 7、8、9、10、23、24、25、26 等不同模式。每种模式的动作过程都不一样,适用场景也各不相同。
有文章举例说明方式 28 是怎么玩的:
-
轨迹 1:没碰到原点开关?先高速往负向跑,碰到原点开关后慢速停止,再慢速反向离开,离开后再反向碰到原点开关,停止,完事
-
轨迹 2:没碰到原点开关,先高速负向跑,结果碰到了负限位开关?那就停下来,反向高速跑,碰到原点开关后不停,直到离开原点开关,再反向碰到原点开关,停止,完事
-
轨迹 3:一开始就在原点开关上?直接低速正向离开,离开后再反向碰到原点开关,停止,完事
看到没?就一个回原点,要考虑的情况比你想的要多得多!
4
常见问题与避坑指南
干了这么多年工控,回原点这事儿上踩过的坑比吃过的盐还多。给大家总结几个常见问题:
4.1
回原点不准怎么办?
原因分析:
-
寻零速度太快
-
原点开关信号不稳定
-
爬行速度过快,惯性导致停止位置偏移
解决方案:降低速度,检查开关信号质量,选择“外部零开关+编码器零脉冲”的回零方式。
4.2
回原点时碰到限位就报警?
有些伺服支持“碰到硬限位自动反转”功能。开启这个功能后,碰到限位不会报警,而是自动反转继续找原点。具体怎么开?以 V90 为例,在 V-ASSISTANT 软件中勾选“With reversing cam”选项为“Yes”,或者修改参数 P29239=1。
4.3
绝对值编码器掉电后零点丢失?
可能原因:
-
编码器损坏
-
伺服驱动器参数设置问题
-
MC_Home 的 Mode 选择不对(绝对式电机应该选 Mode=7)
4.4
DOG 信号的设计要点
设计近点信号(DOG)时,要保证 DOG 为 ON 的时间足够让电机从高速充分减速到爬行速度。否则高速突然减速,惯性会导致停止位置偏移。
另外,回零时电机必须旋转一圈以上,确保经过一次 Z 相信号点。如果从起点到 DOG 的距离太短,走完 DOG 还没经过 Z 相,系统就无法识别原点位置,会报警。
5
怎么选?给你一张“点菜指南”
说了这么多,到底选哪种方式?给你一个简单的选择指南:
|
场景 |
推荐方式 |
理由 |
|---|---|---|
|
精度要求不高、怎么都行 |
数据设定型 |
最简单,电机都不带动 |
|
旋转轴、精度要求一般 |
直接找 Z 相 |
省钱省事 |
|
直线轴、精度要求高 |
近点狗+Z 相(欧系/日系) |
精度最高,重复性好 |
|
没有原点开关 |
扭矩回原点 |
靠扭矩找限位 |
|
绝对值编码器 |
一次校准 |
一劳永逸,上电就能用 |
精度要求高的场景,比如电子行业的插针或取件,可能需要 1mm 以内的偏差,那就得上近点狗+Z 相的组合。精度要求不高的,用简单方式就行。
结语
回原点这事儿,说简单也简单——不就是让电机找个“家”嘛。说复杂也复杂——37 种方式,各家 PLC 指令还不一样,参数设置五花八门。
但万变不离其宗,核心就三点:
-
为什么要回:为了建立绝对定位的基准
-
用什么回:原点开关、Z 相信号、限位信号、扭矩
-
怎么回:高速找→减速→低速精确定位
理解了这三点,不管遇到哪种伺服、哪种 PLC,你都能游刃有余。
最后送各位工控人一句话:伺服回家路漫漫,选对方式不加班。 下次调试设备的时候,希望你家的伺服能顺顺利利找到回家的路!
2026年9月