Микрошаговый контроллер шаговых двигатей STMONO
Научно-производственное предприятие "Джерело"

Оборудование, упаковка, фасовка
Карта сайта
На главную Оборудование Пакеты Пакеты Дой-Пак Вакуумная упаковка Фасовка стик-пакет Партнеры О предприятии Контакты

Микрошаговый контроллер шаговых двигателей STMONO

В настоящее время шаговые двигатели (ШД) получают все более широкое распространение в современном технологическом оборудовании. Ведущие мировые производители упаковочного, фасовочного и различного технологического оборудования используемого в пищевой промышленности в своих новых разработках используют иновационные технологии и переходят на использование шаговых двигателей. В настоящее время шаговые двигатели широко используются в качестве привода заслонок комбинационных дозатовов (комбинационный весовой дозатор Джерело-10К), в качестве приводов механизмов сварки и протяжки упаковочных автоматов (вертикальный упаковочный автомат РИФ), в качестве приводов всех механизмов в системах динамического взвешивания и разбраковки (конвейерные весы ГЕРБЕРА), в качестве приводов в координатных станках с ЧПУ, в качестве приводов в бытовой технике и автомобилях. Такое широкое распространение шаговых двигателей предъявляет особые требования к контроллерам (драйверам) управления шаговым приводом.

Наиболее важные требования предъявляемые к контроллерам шаговых двигателей:

  • возможность управления шаговым двигателем выходным током от 1,5 А до 8 А;
  • напряжением на обмотке от 12 В до 60 В;
  • отсутствием нагрева корпуса шагового двигателя;
  • создание 100 % статического момента удержания вала шагового двигателя в исходном состоянии;
  • возможность устанавливать режим микрошага от полного до 1/8 шага;
  • обеспечение защиты выходных цепей от перегрузок и защиты драйвера от перегрева;
  • особым требованием является увеличение коэффициента полезного действия шагового двигателя.
Всем вышеперечисленным требованиям в полной мере удовлетворяет контроллер шаговых двигателей модели STMONO, разработанный компанией НПП Джерело. Основным назначением контроллера шаговых двигетелей является использование в качестве управляющих контроллеров шагового привода применяемого компанией НПП Джерело в фасовочном и упаковочном оборудовании, а также в системах динамического взвешивания (конвейерных весах) серии ГЕРБЕРА.		 Рис.1 - Микрошаговый контроллер шаговых двигателей STMONO

Технические характеристики контроллера шаговых двигателей STMONO.

  • Входное питающее напряжение:
    - переменного тока – от 24 В до 60 В;
    - постоянного тока – от 24 В до 80 В;
  • Тип шагового двигателя – биполярный, 2-х фазный;
  • Максимальный выходной ток драйвера в фазе – ± 8 А;
  • Диапазон регулировки максимального выходного тока –- от 1,5 А до 8 А;
  • Режим работы:
    - саморазгонный
    - пошаговый
  • Диапазон задания коэффициента деления шага – от 1 до 1/8;
  • Максимальная частота коммутации обмоток шагового двигателя при минимальном (1/8) значении микрошага – 8000 Гц;
  • Диапазон задания частот коммутации обмоток в саморазгонном режиме, Гц – от 1000 до 10000;
  • Точность стабилизации частоты коммутации обмоток при саморазгонном режиме – ±5%;
  • Время стабилизации частоты коммутации обмоток шагового двигателя при саморазгонном режиме – 0,15 с;
  • Температурный диапазон срабатывания защиты от перегрузок от температуры, – от 60 0С до 100 0С;
  • Контроллер снабжен следующими видами защиты от перегрузок выходных цепей:
    - защита от короткого замыкания на корпус;
    - защита от замыкания выходных цепей между собой;
    - защита от замыкания на источник питания положительной полярности;
  • Диапазон регулировки выходного тока драйвера для создания статического момента при остановке шагового двигателя – от 1,5 А до 8 А;
  • Диапазон рабочих температур – от 5 0С до 50 0С.

Микрошаговый контроллер шаговых двигателей STMONO, функциональное описание.

Существует несколько основных подходов построения контроллеров ШД:
- управление при помощи схем на жесткой логике;
- использование специализированных микросхем, например, типа А3977 фирмы Allego;
- программная реализация на сигнальном микропроцессоре.

Структурная схема контроллера шаговых двигателей STMONO

При разработке контроллера STMONO выполнена программная реализация системы управления контроллером на сигнальном процессоре.
Блок-схема драйвера (контроллера), показанная на рис.1., содержит следующие элементы:
Х1 – входной разъем, через который осуществляется управление драйвером, согласно сигналам СТАРТ и РЕВЕРС;
Х2 – разъем для подачи на контроллер питающего напряжения;
Х3 – выходной разъем для подключения обмоток шагового двигателя;
Х4 – разъем для внешнего управления режимом работы контроллера (драйвера);
S1, S2, S3 – переключатели, задающие в режиме микрошаг – значение микрошага (микро – 0-2) ( от 1 до 1/8) в режиме саморазгона – значение частоты коммутации обмотки шагового двигателся от 1000 Гц до 10000 Гц;
S4 – переключатель режима работы драйвера (микрошаговый или саморазгонный);
S5, S6, S7 – переключатели для задания значения максимального тока в микрошаговом режиме;
V1 – выпрямитель входного переменного напряжения (по желанию заказчика может не устанавливаться, тогда драйвер должен быть запитан источником постоянного тока);
А1 – преобразователь напряжения питания, обеспечивающий питающимися напряжениями узлы драйвера;
А2 – узел защиты выходных цепей от перегрузок по току;
А3 – сигнальный процессор;
А4, А5 – мосты на MOFSET транзисторах, обеспечивающие коммутацию тока в обмотках шагового двигателя;
А6 – узел измерения температуры силовых элементов драйвера.

Принцип контроллера (драйвера) STMONO

Микрошаговый режим работы контролллера

После подачи питающего напряжения сигнальный процессор А3 считывает состояние переключателей S4 РЕЖИМ. Замыкание S4 переводит драйвер в микрошаговый режим управления. Размыкание задает саморазгонный режим управления. В этом режиме происходит считывание сигнальным процессором А3 значение максимального тока в обмотках шагового двигателя, заданного комбинацией переключателей S5 - S7 согласно таблице 1.
Таблица 1. Таблица задания выходного тока в каждой фазе контроллера.
Кроме того, сигнальный процессор А3, в этом режиме считывает значение заданное переключателями S1 - S3 значение микрошага, согласно таблице 2.
Таблица 2. Значение микрошага, заданное переключателями S1 - S3.
После определения параметров микрошагового режима, заданных переключателями, сигнальный процессор начинает анализировать состояние входа СТАРТ.
Если значение сигнала на входе СТАРТ равно «1», то драйвер формирует в обмотках ШД ток момента удержания ШД в статическом положении. Значение выходного тока при включении питания соответствует положению вала ротора - 450 при фазе коммутации 1010 (или 0,407 мах). При последующих остановках шагового двигателя выходной ток, создаваемый в обмотках двигателя, соответствует текущему состоянию.

Коммутация обмоток шагового двигателя в микрошаговом режиме работы микроконтроллера

При поступлении на вход СТАРТ сигнала «0» драйвер выполняет один микрошаг, после чего будет ожидать значение «1» на входе СТАРТ, при поступлении которого драйвер возвращается в исходное состояние.
Таким образом, при каждом переходе сигнала на входе СТАРТ из состояния «1» в состояние «0» будет происходить один микрошаг двигателя. Направление вращения вала шагового двигателя соответствует значению сигнала на входе РЕВЕРС. При значении сигнала на входе РЕВЕРС равного «1», вращение вала двигателя происходит по ходу часовой стрелки. При значении сигнала РЕВЕРС равного «0» вал шагового двигателя вращается в обратную сторону.
Существует модификация драйвера STMONO, которая поставляется под заказ, где изменено функциональное назначение выводов СТАРТ и РЕВЕРС. В этой модификации драйвер STMONO управляется сигналами СТАРТ+1 и СТАРТ-1. В таблице 3 , приведены состояния драйвера для различных комбинаций сигналов СТАРТ+1 и СТАРТ-1.
Таблица 3

Саморазгонный режим работы контроллера

Под саморазгонным режимом котроллера понимается такой порядок управления коммутации обмоток шагового двигателя, когда следующая комбинация переключения обмоток выполняется после того, как вал шагового двигателя повернется в положение, заданное предыдущей коммутацией обмоток шагового двигателя. Контроль положения вала шагового двигателя осуществляется без использования отдельного внешнего датчика. В качестве датчика используются сами обмотки шагового двигателя – это так называемая технология контроля положения вала двигателя.
Такой вид управления шаговым двигателем повышает коэффициент полезного действия двигателя, т.к. не происходит остановка вала ротора шагового двигателя при выполнении шага для ожидания следующего шага как в микрошаговом режиме. В саморазгонном режиме при достижении валом двигателя положения, соответствующего текущей коммутации обмоток, сразу же выполняется следующая коммутация обмоток, и вал продолжает движения дальше. В этом случае нет потерь на остановку и разгон ротора шагового двигателя, как в микрошаговом режиме, что и дает повышение коэффициента полезного действия шагового двигателя. При этом отсутствует нагрев корпуса двигателя даже при работе с максимальным выходным моментом. Данный режим работы контроллра STMONO особенно важен при силовом использовании шагового двигателя, например, в приводах упаковочного автомата РИФ или конвейерных весов ГЕРБЕРА.
Вторым важным свойством драйвера шаговых двигатлей STMONO, работающего в саморазгонном режиме, является высокая максимальная скорость коммутации обмоток шагового двигателя достигающая до 10000 ГЦ, вместо 900 ГЦ при микрошаговом режиме работы драйвера. При этом исключается явление электромеханического резонанса и связанного с ним явления пропадания шага. Моментная характеристика шагового двигателя, работающего в саморазгонном режиме, соответствует моментной характеристике двигателя постоянного тока.
Третьим важным свойством драйвера STMONO является создание возможности работы ШД в режиме асинхронного двигателя переменного тока, при этом частота коммутации обмоток ШД задается переключателями согласно S1 - S3 таблицы 4.
Таблица 4. Значение частот коммутации обмоток ШД от состояния переключателей обмоток.
Режим работы контроллера шаговых двигателей STMONO с заданной скоростью коммутации, в частности, используется в конвейерных весах ГЕРБЕРА, узле протяжки вертикального упаковочного автомата РИФ. Управление драйвером STMONO в саморазгонном режиме также происходит с помощью сигналов СТАРТ и РЕВЕРС. При подаче на вход СТАРТ «1», двигатель остановлен и находится в состоянии торможения статическим моментом, как и в микрошаговом режиме.
При подаче на вход СТАРТ сигнала «0» начинается процесс автоматической коммутации тока в обмотках шагового двигателя. Вал двигателя начинает вращаться со скоростью, заданной переключателями S1 - S3 , согласно таблице 4. При изменении сигнала на входе РЕВЕРС изменяется порядок коммутации обмоток двигателя и вал шагового двигателя начинает вращаться в обратную сторону. Останавливается двигатель при установке сигнала СТАРТ в состояние «1».

Практическое применение контроллера STMONO описано в статье "Контроллер шаговых двигателей STMONO. Описание. Практическое применение" автор Гончар А. М., Днепропетровск, 2010