Silniki krokowe ze zintegrowanym sterownikiem

Transkrypt

1 Silniki krokowe ze zintegrowanym sterownikiem Bezczujnikowa detekcja utraty kroku Programowe tłumienie wibracji Wyjście RUN/STOP DYSTYBUTOR W POLSCE: P.P.U.H. ELDAR ul. Morcinka 51, Opole Tel , Fax eldar@eldar.biz

2 Przed pierwszym użyciem o Dziękujemy za wybór produktu Ezi-STEP. Jest to urządzenie kompaktowe. Ezi-STEP jako wysoce precyzyjny sterownik silnika krokowego o dużej prędkości obrotowej jest unikalnym napędem o nowatorskim algorytmie sterowania, którego realizacja dokonywana jest z udziałem 32 bitowego procesora sygnałowego. o Niniejsza instrukcja opisuje obsługę, konserwację, naprawę, diagnostykę oraz rozwiązywanie problemów napędu Ezi-STEP. o Przed użyciem napędu Ezi-STEP proszę zapoznać się dokładnie z niniejszą instrukcją NAJWAŻNIEJSZE CECHY NAPĘDÓW EZI-STEP 1.1. Wykrywanie zagubienia kroku (zgłoszone do opatentowania). Sterownik Ezi-STEP jest w stanie wykryć utratę synchronizacji napędzanego silnika krokowego bez stosowania dodatkowego czujnika zewnętrznego. Poprzez monitorowanie napięcia, prądu oraz wstecznej siły elektromotorycznej (back-emf) silnika procesor sygnałowy sterownika określa bieżące położenie wirnika, a tym samym jest w stanie wykryć utratę synchronizacji przez napęd (zadanie niemożliwe do zrealizowania w konwencjonalnych sterownikach silników krokowych). Opisana funkcja realizowana jest przez napęd w zakresie dużych prędkości obrotowych silnika ( powyżej 300 obr/min) Praca mikrokrokowa i filtracja (zgłoszone do opatentowania). Wydajny procesor sygnałowy realizuje algorytm pracy silnika z krokiem od 1,8 do 0,0072 (1/250 kroku). W przeciwieństwie do tradycyjnych sterowników krokowych Ezi-STEP co 25 mikrosekund monitoruje przebieg sygnału PWM co pozwala na dokładną kontrolę prądu i realizację bardzo precyzyjnej pracy mikrokrokowej Programowe tłumienie wibracji (zgłoszone do opatentowania). Idealny przebieg prądu przepływającego przez uzwojenia silnika krokowego to przebieg sinusoidalny. W praktyce jest on jednak mocno zniekształcony przez nieliniowość obwodu magnetycznego. Na odkształcenie prądu i napięcia ma także wpływ indukowana w silniku siła elektromotoryczna (back- EMF) zwiększająca się wraz ze wzrostem prędkości obrotowej. W typowym silniku krokowym przytoczone zjawiska wywołują efekt wibracji. Procesor sygnałowy napędu Ezi-STEP wykrywa

3 powstałe nieliniowości i dokonuje ciągłej korekcji fazy prądu w odniesieniu do pozycji biegunów wirnika, tłumiąc skutecznie wibracje silnika. Uzyskany efekt programowego wygaszenia drgań daje możliwość pracy silnika w wyższych zakresach prędkości obrotowych Wyjściowe sygnały monitorujące pracę napędu. Obok alarmu zgłaszającego utratę synchronizacji, Ezi-STEP wykrywa i sygnalizuje inne ostrzeżenia o nieprawidłowej pracy napędu. Dodatkowo sygnał wyjściowy RUN/STOP (rzeczywista PRACA/POSTÓJ silnika) pozwala na pełniejszą wymianę informacji z nadrzędnym systemem sterowania. Rodzaj alarmu zgłaszanego na wyjściu sterownika identyfikowany jest za pomocą wskaźnika LED Wyższe prędkości obrotowe Podczas wzrostu prędkości obrotowej silnika krokowego zachodzą zjawiska (głównie wsteczna siła elektromotoryczna) obniżające efektywne napięcie faz. Przeciwdziałając zmniejszającemu się momentowi Ezi-STEP automatycznie zwiększa napięcie zasilające silnik. Dodatkowo algorytm tłumienia drgań realizowany przez procesor sygnałowy minimalizuje wibracje i zapobiega utracie synchronizacji podczas pracy silnika w zakresie dużych prędkości obrotowych. 2. OZNACZENIE KATALOGOWE

4 3. SPECYFIKACJA 3.1. Specyfikacja sterownika Model sterownika Ezi-STEP-BT-42-S/M/L/XL Ezi-STEP-BT-56- Ezi-STEP-BT-86- S/M/L/XL M/L/XL Napięcie zasilania 24VDC +/- 10% VDC Metoda regulacji Bipolarna modulacja szerokością impulsów (PWM) z 32 bitowym cyfrowym procesorem sygnałowym Pobór prądu maks. 500 ma (bez uwzględnienia prądu silnika) Temperatura otoczenia pracy: od 0 do 50 C składowania: od -20 do 70 C Wilgotność praca: od 35 do 85%RH (bez kondensacji) składowanie: od 10 do 90%RH (bez kondensacji) Odporność na wibracje 0,5G 500, 1000, 1600, 2000, 3200, 3600, 4000, 5000, 6400, 8000, 10000, Rozdzielczość [imp./obr.] 20000, 25000, 36000, 40000, (ustawiana przez łącze RS232), (domyślnie 10000) Maksymalna częstotliwość 500 khz (współczynnik wypełnienia 50%) sygnału sterującego utrata kroku, przekroczenie prądu, przekroczenie temperatury, Funkcje zabezpieczające przekroczenie napięcia, niewłaściwe zasilanie, przerwa w obwodzie silnika Funkcje wskaźnika LED zielony status zasilania, czerwony rodzaj alarmu od 10% do 100% (ustawiany przez łącze RS232). Prąd spoczynkowy Wartość prądu wymuszana po 0,1 sekundy od zatrzymania silnika. (domyślnie 50%) 1 wejście taktujące (1-pulse)/ 2 wejścia taktujące (2-pulse) (wybór przez łacze RS232) Sposób sterowania 1-pulse: impulsy + kierunek; impulsowego 2-pulse: impulsy w prawo (CW) + impulsy w lewo (CCW). (domyślnie: 2-pulse) Kierunek obrotów CW/CCW (wybór przez łacze RS232) (domyślnie CW) Zadawanie ciągiem impulsów prostokątnych (wejście optoizolowane) prędkości / pozycji Dodatkowe sygnały wejściowe sterownika optoizolowane: uwolnienie silnika (Motor Free), kasowanie alarmu (Alarm Reset) Dodatkowe sygnały optoizolowane: Alarm, RUN/STOP wyjściowe sterownika 4

5 Specyfikacja silnika.. 42 MODEL EzM-42S EzM-42M EzM-42L EzM-42XL Rodzaj silnika - Bipolarny Bipolarny Bipolarny Bipolarny Liczba faz Napięcie VDC 3,36 4,32 4,56 7,2 Prąd fazy A 1,2 1,2 1,2 1,2 Rezystancja fazy Ohm 2,8 3,6 3,8 6 Indukcyjność fazy mh 2,5 7,2 8,0 15,6 Moment trzymający mn*m Inercja wirnika g*cm² Ciężar g Długość (L) mm Osiowe obciążenie wału silnika N Mniej niż waga silnika Rezystancja izolacji MOhm 100 min. (przy próbie 500VDC) Klasa temperaturowa - B (130ºC) Zakres temperatury pracy ºC od 0 do 55 5 WYMIARY SILNIKA W [mm] i CHARAKTERYSTYKI MOMENTU SILNIKÓW...42

6 Specyfikacja silnika MODEL EzM-56S EzM-56M EzM-56L EzM-56XL Rodzaj silnika - Bipolarny Bipolarny Bipolarny Bipolarny Liczba faz Napięcie VDC 1,56 2,1 2,7 3,57 Prąd fazy A 3,0 3,0 3,0 3,0 Rezystancja fazy Ohm 0,52 0,7 0,9 1,19 Indukcyjność fazy mh 1,0 2,0 3,8 7,97 Moment trzymający N*m 0,64 1,0 1,5 3,5 Inercja wirnika g*cm² Ciężar g Długość (L) mm ,5 Osiowe obciążenie wału silnika N Mniej niż waga silnika Rezystancja izolacji MOhm 100 min. (przy próbie 500VDC) Klasa temperaturowa - B (130ºC) Zakres temperatury pracy ºC od 0 do 55 WYMIARY SILNIKA W [mm] i CHARAKTERYSTYKI MOMENTU SILNIKÓW

7 Specyfikacja Silnika 86 MODEL EzM-86M EzM-86L EzM-86XL Rodzaj silnika - Bipolarny Bipolarny Bipolarny Liczba faz Napięcie VDC 2,4 3,6 4,38 Prąd fazy A 6,0 6,0 6,0 Rezystancja fazy Ohm 0,4 0,6 0,73 Indukcyjność fazy mh 3,5 6,5 8,68 Moment trzymający mn*m 4,5 8,5 12,0 Inercja wirnika g*cm² Ciężar kg 2,4 3,9 5,4 Długość (L) mm Osiowe obciążenie wału silnika N Mniej niż waga silnika Rezystancja izolacji MOhm 100 min. (przy próbie 500VDC) Klasa temperaturowa - B (130ºC) Zakres temperatury pracy ºC od 0 do 55 WYMIARY SILNIKA W [mm] i CHARAKTERYSTYKI MOMENTU SILNIKÓW

8 4. INSTALACJA I OKABLOWANIE 4.1. Zasady instalacji 1. Ezi-STEP został zaprojektowany do pracy wewnątrz pomieszczeń. 2. Temperatura otoczenia powinna mieścić się w zakresie od 0 do 50 C. 3. Jeśli temperatura obudowy przekracza 50 C należy zastosować radiator obniżający tę temperaturę. 4. Nie należy instalować Ezi-STEP w strefie bezpośredniego działania urządzeń generujących promieniowanie magnetyczne lub radioaktywne Układ połączeń dla napędu serii 86

9 Układ połączeń 9

10 5. PARAMETRYZACJA I DZIAŁANIE Ezi-Step - Napędy krokowe Wskaźnik LED Funkcje i wskazania LED Wskaźnik LED Kolor Funkcja Znaczenie POWER zielony Wskaźnik zasilania LED świeci gdy podłączono zasilanie ALARM czerwony Wystąpienie alarmu LED pulsuje gdy wykryto alarm (rodzaj alarmu rozpoznawany jest po ilości rozbłysków świetlnych)

11 Identyfikacja alarmu sygnalizowanego przez wskaźnik LED Ilość Rozbłysków Zabezpieczenie Przyczyny 1 Przekroczenie prądu Prąd płynący przez obwód prądowy sterownika przekracza wartość ograniczenia. 2 Przekroczenie prędkości Przekroczenie prędkości silnika powyżej 3000 obr./min. 3 Utrata synchronizacji Silnik nie nadąża za sygnałem taktującym 5 Przegrzanie Wewnętrzna temperatura sterownika przekracza 55ºC 6 Przekroczenie napięcia Siła elektromotoryczna wsteczna powoduje wstecznego wzrost napięcia powyżej 70V. 7 Odłączenie silnika Przerwa w obwodzie silnika (przy zasilonym sterowniku) 9 Niskie napięcie Napięcie zasilania sterownika jest poniżej 20 V 11 Błąd systemu Błąd systemowy sterownika 12 Błąd pamięci ROM Błąd zapisu parametrów do pamięci ROM sterownika 14 Zbyt wysokie napięcie Zbyt wysokie napięcie zasilające Parametryzacja Poprzez łącze szeregowe RS232 komputera dokonywany jest przesył danych do sterownika silnika. Parametryzacji dokonuje się z poziomu programu dołączanego bezpłatnie w formie CD do każdego zakupionego zestawu. Należy stworzyć kopię oprogramowania w komputerze, a następnie uruchomić program o nazwie EzStep Setup.exe. Proszę wybrać odpowiedni numer portu, do którego podłączony jest sterownik, a następnie nacisnąć przycisk Connect. Na ekranie pojawi się lista parametrów poprzednio zapisana w pamięci sterownika. Przycisk Upload : powoduje wyświetlenie parametrów zapisanych w pamięci sterownika. Przycisk Save : powoduje zapis do pamięci sterownika parametrów widocznych na ekranie.

12 7.2.1 Rozdzielczość Ilość impulsów przypadająca na jeden obrót wirnika. Możliwe do wyboru wartości: 500, 1000, 1600, 2000, 3200, 3600, 4000, 5000, 6400, 8000, 10000, 20000, 25000, 36000, 40000, Naciśnięcie przycisku Save powoduj bezpośredni zapis danej do sterownika. Wartość ustawiona fabrycznie: imp/obr Prąd spoczynkowy Wartość prądu przepływająca przez uzwojenie automatycznie wymuszana po 0,1 sekundy od zatrzymania silnika. Ograniczenie prądu ma zapobiegać nadmiernemu wzrostowi temperatury silnika w stanie jego postoju. Naciśnięcie przycisku Save powoduj bezpośredni zapis danej do sterownika. Wartość ustawiona fabrycznie: 50% Sposób sterowania impulsowego Możliwy jest wybór jednego z dwóch trybów sterowania: - jedno-pulsowy (1-pulse) gdzie jedno wejście służy do zadawania impulsów, drugie do wyboru kierunku wirowania, - dwu-pulsowy (2-pulse) gdzie każde z wejść służy do zadawania impulsów w przeciwnych kierunkach (CW/CCW). Naciśnięcie przycisku Save powoduj bezpośredni zapis danej do sterownika. Wartość ustawiona fabrycznie: tryb dwu-pulsowy (CW/CCW) Kierunek obrotów Ustalenie głównego kierunku obrotów jako: zgodnego z ruchem wskazówek zegara (CW) lub przeciwnego do ruchu wskazówek zegara (CCW). Naciśnięcie przycisku Save powoduj bezpośredni zapis danej do sterownika. Wartość ustawiona fabrycznie: zgodnie z ruchem wskazówek zegara (CW) Polaryzacja sygnału RUN/Stop Ustalenie polaryzacji sygnału wyjściowego określającego stan w jakim znajduje się silnik: - normalna podczas pozostawania wału w pozycji wyjście jest załączone, - odwrócona podczas pozostawania wału w pozycji wyjście jest wyłączone. Naciśnięcie przycisku Save powoduj bezpośredni zapis danej do sterownika. Wartość ustawiona fabrycznie: normalna (Normal) Polaryzacja sygnału alarmu Ustalenie polaryzacji sygnału wyjściowego określającego stan alarmowy napędu: - normalna stan alarmowy skutkuje załączeniem wyjścia, - odwrócona stan alarmowy skutkuje wyłączeniem wyjścia. Naciśnięcie przycisku Save powoduj bezpośredni zapis danej do sterownika. Wartość ustawiona fabrycznie: normalna (Normal) Polaryzacja sygnału kasowania alarmu i uwolnienia silnika Ustalenie polaryzacji sygnału wejściowego służącego kasowaniu alarmu (Alarm Reset) lub uwolnieniu silnika (Motor Free): - normalna, - odwrócona. Naciśnięcie przycisku Save powoduj bezpośredni zapis danej do sterownika. Wartość ustawiona fabrycznie: normalna (Normal).

13 UWAGA dotyczy ustawienia parametru polaryzacji na odwróconą (Inverse): jeśli podczas załączenia napięcia zasilającego wejście Motor Free pozostaje nie podłączone wtedy silnik przechodzi w tryb uwolnienia silnika (sterownik nie podaje napięcia na silnik), o czym sygnalizuje migający zielony wskaźnik zasilania LED. 6. WTYCZKI Zasilanie (CN1) Numer Funkcja 1 Zasilanie: 24Vdc 2 Zasilanie: GND 3 Uziemienie 4 Nie połączone 13 Sygnały sterujące (CN2) Numer Funkcja Wejście/wyjście 1 CW+(PULSE+) Wejście 2 CW-(PULSE-) Wejście 3 CCW+(DIR+) Wejście 4 CCW-(DIR-) Wejście 5 ALARM Wyjście 6 GND Wejście 7 +24VDC Wejście 8 ALARM RESET Wejście 9 RUN / STOP Wyjście 10 Uziemienie RS232 (CN3) Numer Funkcja 1 Tx 2 Rx 3 GND

14 7. POŁĄCZENIA ZEWNĘTRZNE 14 Typ Przewód zasilający Przewód sterujący Standardowa długość 30cm 30cm Maksymalna długość 2m 20m Nr. Rodzaj przewodu Kod zamówieniowy Długość (m) Max. Długość przewodu (1) Przewód zasilający CBTS-P-xxxF xxx 2m (1) Przewód zasilający (dla napędów CBTL-P-xxxF xxx 2m serii 86) (2) Przewód sterujący CBTS-S-xxxF xxx 20m (3) Przewód do parametryzacji CBTS-C-xxxF xxx 15m

15 8. Opis sygnałów wejść/wyjść 8.1. Wejścia Ezi-Step - Napędy krokowe Wszystkie wejścia sterownika posiadają optyczną izolację. Stan wejść cyfrowych oznaczono jako: ON przewodzenie, OFF brak przewodzenia. 15 Wejścia CW, CCW Wejścia te służą do zadawania impulsów taktujących (pozycjonujących) dostarczanych przez nadrzędny sterownik. Przełącznikiem SW1 (pin#1) dokonuje się wyboru jednego z dwóch trybów sterowania: 1-pulse (1 sygnał taktujący) lub 2-pulse (2 sygnały taktujące). Obwody wejściowe CW i CCW zaprojektowane zostały dla napięć 5VDC (TTL). Dlatego stosując sygnał sterujący na tym poziomie nie ma potrzeby użycia zewnętrznego rezystora ograniczającego. Jednakże w przypadku sterowania sygnałem o napięciu wyższym niż 5VDC konieczne jest zastosowanie zewnętrznego rezystora oznaczonego na schemacie symbolem Rx. Jego brak lub niewłaściwy dobór może spowodować nieodwracalne uszkodzenie obwodów wejściowych sterownika. Korzystanie z sygnału sterującego o napięciu 12VDC wymaga zastosowania rezystora szeregowego Rx= 2,2 kω, zaś o napięciu 24VDC rezystora Rx=4,7 kω. Poziom napięcia sterującego 5 VDC 12 VDC 24VDC Wartość rezystancji Rx - 2,2 kω 4,7 kω Wejście uwolnienia silnika (Motor Free) Poprzez załączenie [ON] wejścia sterownik odłącza zasilanie od silnika, co pozwala na zmianę położenia wału silnika przez mechaniczne wymuszenie od strony obciążenia. Ponowny powrót do stanu wyłączenia [OFF] wejścia powoduje zasilenie silnika i wytworzenie na wale momentu trzymającego. Jeśli sterownik ma wprawić silnik w ruch obrotowy to wejście musi być wyłączone [OFF]. Przy wyborze (w sposób programowy) trybu odwróconej polaryzacji wejścia obowiązuje logika przeciwna niż opisana powyżej. Wejście kasowania alarmu (Alarm Reset) W przypadku zadziałania wewnętrznego zabezpieczenia sterownika wejście pozwala na skasowanie wyjściowego sygnału alarmowego. Załączenie wejścia [ON] kasuje wyjście alarmowe, przed tą operacją należy jednak usunąć przyczynę alarmu. UWAGA: Sygnał kasowania alarmu pozostający w stanie załączenia [ON] powoduje przejście sterownika w tryb uwolnienia silnika. Przy wyborze (w sposób programowy) trybu odwróconej polaryzacji wejścia obowiązuje logika przeciwna niż opisana powyżej.

16 8.2. Wyjścia Wszystkie obwody wyjściowe zabezpieczone są optoizolatorami. W przypadku wyjść optoizolowanych ich status oznaczono jako: ON przewodzenie, OFF brak przewodzenia. 16 Wyjście alarmowe (Alarm) Wyjście alarmowe pozostaje w stanie wyłączenia [OFF] podczas bezawaryjnej pracy. W przypadku gdy zadziałała funkcja zabezpieczająca wyjście zostaje załączone [ON]. W tym przypadku sterowanie nadrzędne powinno zareagować wstrzymaniem komend sterujących. W momencie wykrycia zdarzenia awaryjnego (np.: przekroczenie prądu, przeciążenie momentem, itp.) sterownik wystawia sygnał alarmowy [ON], generuje impulsy świetlne (wskaźnik LED) i odcina napięcie zasilające silnik zatrzymując go jednocześnie. Przy wyborze (w sposób programowy) trybu odwróconej polaryzacji wyjścia obowiązuje logika przeciwna niż opisana powyżej. Wyjście Run/Stop Wyjście zostaje załączone [ON] w sytuacji gdy silnik osiąga zadaną pozycję. Przy wyborze (w sposób programowy) trybu odwróconej polaryzacji wyjścia obowiązuje logika przeciwna niż opisana powyżej. DODATEK Przewód RS232 pomiędzy PC, a napędem Ezi-STEP. Wtyczka do napędu Numery Przewody Wygląd wtyczki pinów Wtyczka do PC Numery Wygląd wtyczki pinów