Научно-производственное предприятие "Джерело"
Оборудование, упаковка, фасовка
|
Научно-производственное предприятие "Джерело" Оборудование, упаковка, фасовка |
| Карта сайта | |
| На главную | |
|
Контроллер шаговых двигателей STMONOОписание. Практическое применение.1. НАЗНАЧЕНИЕ.
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.2.1. Входное питающее напряжение:2.2. Тип шагового двигателя - биполярный, 2-фазный; 2.3. Диапазон регулировки максимального выходного тока, А - от 3 до 6; 2.4. Режим работы: 2.5. Виды использования конфигураций: 2.6. Диапазон задания частот коммутации обмоток в саморазгонном режиме, Гц – от 1000 до 5000; 2.7. КПД - не менее 82%; 2.8. Габаритные размеры: 2.9. Масса - не более 0,3 кг. 2.10. Время непрерывной работы в сутках - 24 часа. 2.11. Сопротивление изоляции, не менее - 20 МОм. 2.12. Полный срок службы - 15 лет. 3. УСТРОЙСТВО.3.1. Структурная схема драйвера STMONO.Структурная схема драйвера STMONO, приведенная на рис.1, содержит следующие элементы: А1 – процессор, выполняющий обработку цифровых и аналоговых сигналов для управления мостами А3 и А4 и преобразователем напряжения А2; А2 – преобразователь напряжения, формирующий напряжения питания мостов А3 и А4 процессора А1 и внешнего оборудования через разъем Х3 (+12В); А3, А4 – мосты на основе MOSFET транзисторов, обеспечивающие коммутацию обмоток шагового двигателя через разъем Х5; А5 – анализатор фазы вращения ротора шагового двигателя; Х1 – разъем управления драйвером, посредством которого: Х2 – разъем данных, посредством которого задается: Х3 – разъем питания, через который поступает питающее напряжение на драйвер Х4 – разъем для задания частоты вращения в саморазгонном режиме; Х5 – разъем для подключения шагового двигателя; S1, S8 – переключатель, на котором продублированы сигналы задания режима работы MODE, конфигурации устройства CONFIG, задания типа двигателя TIPMOTOR1,2, задания микрошага MIC1,2 и тока обмоток двигателя IMOTOR1,2.
Типовая схема подключения устройства STMONO приведена на рисунке 2. Важными особенностями схемы подключения STMONO являются: 3.2. Управление контроллером STMONO. Управление контроллером STMONO выполняется с помощью 8-разрядного ползункового переключателя (S1-S8), разряды которого продублированы на соответствующих контактах входных разъемов X1, X2, а также сигналами START и REV. Замкнутое положение любого разряда переключателя S1-S8 (ON) соответствует подаче на соответствующий вход, сигнала 0 (0V). Соответственно, разомкнутое состояние (OFF) любого разряда переключателя S1-S8 соответствует подаче на вход сигнала 1 (5V). Отдельные разряды переключателя S1-S8 имеют разное функциональное назначение в зависимости от режима работы драйвера. Режим работы драйвера определяется положением переключателей S5–MODE и S6–CONFIG. Выбор режима работы устройства и назначение отдельных разрядов переключателей S1-S4, S7 и S8 при разных режимах работы устройства STMONO показаны на блок схеме выбора режима работы (рис. 3).  Рис.3 - Блок-схема выбора режима работы контроллера STMONO НАЖМИТЕ ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ
4. ПРИНЦИП РАБОТЫ.При поступлении на Х3 напряжения питания происходит процесс инициализации устройства, который включает в себя следующие этапы:4.1. Работа устройства STMONO в пошаговом режиме драйвера. При установке переключателя S6-CONFIG в положение OFF, а переключателя S5-MODE в положение ON устройство переходит в пошаговый режим работы (Рис. 3) В этом режиме ротор двигателя меняет свое угловое положение на один шаг при поступлении на вход START разъема Х1 перепада напряжения из логической 1 в логический 0. Направление вращения ротора определяет значение сигнала REV на разъеме Х1. Сигнал REV должен быть установлен раньше изменения сигнала START не менее чем за 20 мкс. Скорость выполнения ротором одного шага определяется частотой приемистости, выбранной переключателями S3, S4 для заданного типа двигателя. Значения частот приемистости для выбранного, двигателя при напряжении питания UП = 48 B, приведены в таблице 2.
Движение ротора в пределах одного шага выполняется по синусоидальному закону изменения току в обмотке, что в значительной степени снижает влияние зон электромеханического резонанса на устойчивость отработки шага во всем диапазоне частот вращения ротора. После отработки шага, до поступления сигнала на выполнение следующего шага, ток в обмотке двигателя остается таким же, как в момент завершения отработки шага. Максимальное значение тока в обмотках двигателя задается положением переключателей S7, S8 согласно таблице 3.
В статичном положении двигателя в обмотках протекает ток, заданный согласно таблице 3, обеспечивая номинальный статический момент удержания вала ротора двигателя. В этом состоянии на омическом сопротивлении обмоток двигателя рассеивается мощность согласно таблице 4.
Как следует из таблицы 4, мощности, выделяемые в обмотках двигателя при создании статического момента не значительны относительно габаритов корпуса двигателя, и поэтому не приводят к его перегреву при бесконечно долгом нахождении двигателя в статичном положении. В этом состоит одна из отличительных особенностей построения структуры данного устройства. Обычно, на обмотку двигателя поступает напряжение большой величины с широтно-импульсной модуляцией. Именно широтно-импульсная модуляция и приводит к дополнительному разогреву корпуса двигателя из-за потерь от вихревых токов в сердечнике статора в переменном высокочастотном магнитном поле. Возможно дистанционное задание значений: 4.2. Работа устройства STMONO в cаморазгонном режиме драйвера. При установке переключателя S6-CONFIG в положение OFF, а переключателя S5-MODE в положение OFF устройство переходит в саморазгонный режим работы (рис. 3). В этом режиме ротор двигателя начинает вращение при установке на входе START (X1) уровня сигнала равного 0. Направление вращения определяется установкой уровня сигнала на входе REV (X1) и соответственно меняется на противоположное при смене значения уровня сигнала REV. Положением переключателей S3, S4 (или соответственно значением уровней на входах D2, D3) определяют тип подключенного к драйверу двигателя согласно таблице 2. Положение переключателей S7, S8 определяет значение частоты коммутации обмоток двигателя, а следовательно и частоты вращения вала двигателя согласно таблице 5.
Под саморазгонным режимом работы драйвера понимается такой порядок управления коммутацией обмоток шагового двигателя, при котором следующая комбинация переключения обмоток выполняется автоматически после того, как вал шагового двигателя займет положение, заданное предыдущей коммутацией обмоток шагового двигателя. Контроль положения вала шагового двигателся осуществляется без использования отдельного внешнего датчика. В качестве датчика используется интерфейс обмоток шагового двигателя – это так называемая бездатчиковая технология контроля положения вала шагового двигателя. Такой вид управления шаговым двигателем повышает коэффициент полезного действия (КПД) двигателя, так как не происходит остановка вала ротора шагового двигателя при выполнении каждого шага и ожидания следующего шага как в пошаговом 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. При этом отсутствует нагрев корпуса двигателя даже при работе с максимальным выходным моментом, за счет повышения КПД. При установке сигнала START=1, контроллер STMONO переходит в режим создания статического момента удержания вала ротора двигателя с номинальным моментом. 4.3. Работа устройства STMONO в режиме привода подмотки. Режим работы устройства в качестве привода подмотки позволяет использовать его в качестве функционально законченного блока управления подмоткой пленки в упаковочных автоматах вертикального или горизонтального типа или других аналогичных механизмах. Кинематическая схема узла подмотки обычно имеет вид, показанный на рис. 4.  Рис.4 - Кинематическая схема узла подмотки НАЖМИТЕ ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ В исходном положении рычаг подвижного ролика вызывает срабатывание нижнего датчика 1 (D1=1), шаговый двигатель в этот момент остановлен. При движении пленки подвижный ролик подымается вверх и пока его рычаг не вызывает срабатывания датчика 2 (D2=1), до этого момента двигатель подмотки по-прежнему остановлен. После срабатывания датчика 2 (D2=1) включается двигатель и начинает подматывать бобину так, чтобы рычаг с подвижным роликом опустились до срабатывания датчика (D1=1). При срабатывании датчика 1 (D1=1) двигатель подмотки бобины снова останавливается. Далее цикл подмотки повторяется до тех пор, пока не закончится пленка на бобине. В этом случае рычаг подвижного ролика поднимается до срабатывания датчика 3 (D3=1) и узел подмотки выключается, выставляя признак «авария по окончанию пленки» (OUT=1). После установки новой бобины оператор устанавливает рычаг подвижного ролика так, чтобы сработал датчик 1 и устройство снова готово к работе. Описанный выше алгоритм хорошо иллюстрирует граф состояний автомата подмотки, приведенный на рис. 5.  Рис.5 - Граф состояния автомата подмотки НАЖМИТЕ ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ  Рис.6 - Схема подключения драйвера STMONO в режиме привода подмотки НАЖМИТЕ ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ Выход OUT разъема Х2 используется для вывода состояния устройства: при OUT=0, устройство находится в рабочем состоянии, OUT=1 – соответствует аварийному состоянию устройства (окончанию пленки на бобине). Переключатели S7, S8 задают частоту вращения двигателя подмотки согласно таблице 6.
Тип мотора заданный по умолчанию соответствует FL57STH76-2804B Ток обмоток двигателя – 3 А. 4.4. Работа устройства STMONO в режиме привода механизма сварки упаковочного механизма. Для задания режима работы устройства STMONO в качестве привода устройств сварки необходимо: Переключатели S7, S8 задают частоту коммутации обмоток шагового двигателя (частоту вращения ротора двигателя) устройства STMONO согласно таблице 5. Режим работы устройства в качестве привода сварки позволяет использовать его в качестве функционально законченного блока управления механизма сварки упаковочного автомата или в других аналогичных механизмах, где необходима координация перемещений двух независимых кинематических осей систем штоков или валов, без механической связи между ними. Кинематическая схема одного из вариантов таких узлов приведена на рис. 7.  Рис.7 - Кинематическая схема узла сварки НАЖМИТЕ ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ Для контроля положения сварочных губок используют три датчика положения эксцентриков D1, D2, D3, установленных как показано на рис. 7, которые взаимодействуют с соответствующими секторами Эксцентрики приводятся в движение каждый своим шаговым двигателем. Исходным положением механизма угла сварки (рис. 7) будем считать разжатое положение сварочных губок. В этом положении датчики контроля положения эксцентриков находится в исходном состоянии D1 = D2 = D3 = 0. Каждый двигатель управляется своим устройством STMONO в режиме привода, узла сварки, схема подключения которых приведена на рис. 8  Рис.8 - Схема подключения драйвера STMONO в режиме привода узла сварки НАЖМИТЕ ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ Датчики D1, D2, D3, которые включаются при приближении соответствующих секторов имеют следующее функциональное назначение: D1 – датчик крайних положений внутренней сварочной губки, при D1=0 – губка разжата, при D1=1 –губка находится в крайнем сжатом положении; D2 – датчик крайних положений наружной сварочной губки, при D2=0 – губка разжата, при D2=1 – губка сжата; D3 – датчик касания сварочных губок. Этот датчик устанавливается так, чтобы в момент касания губок внутренняя сварочная губка находилась в крайнем сжатом положении. Это необходимо для корректной сварки пленки (без ее дополнительной деформации). Следует отметить, что скорость движения внутренней губки выбирается большей, чем скорость движения наружной сварочной губки, чтобы их касание всегда выполнялось в крайнем сжатом положении внутренней сварочной губки. При возникновении задержек в перемещении внутренней сварочной губки, нижняя губка также приостанавливается по срабатыванию датчика D3=1, до тех пор пока не сработает датчик D1=1. После чего наружная губка продолжает движение до срабатывания датчика D2=1. Это положение соответствует сжатому положению механизма, т.е. выполнению команды START=0 (формируется OUT=0) После этого механизм останавливается и ожидает команды START=1, чтобы продолжая движение, разжать губки, что соответствует значению датчиков D1=D2=D3=0. Далее цикл повторяется. Таблица истинности 7 отражает возможные комбинации сигналов датчиков D1, D2, D3 и сигнала START и состояние двигателей привода соответствующего эксцентрика.
|
