Instrukcja obsługi SIB195 Sterownik silnika BLDC 5 A / 12..36 VDC ze sterowaniem 0-10V / RS485 MODBUS-RTU PPH WObit E.J.K. SC 61-474 Poznań, ul. Gruszkowa 4 tel.(061) 835 06 20, fax.(061) 835 07 04 e-mail: wobit@wobit.com.pl www.wobit.com.pl SIB195 sterownik BLDC - instrukcja obsługi 10-09-2013 1
Spis treści 1. Zasady bezpieczeństwa i montażu... 3 1.1 Zasady bezpieczeństwa... 3 1.2 Zalecenia montażowe... 3 2. Opis urządzenia... 4 2.1 Przeznaczenie... 4 2.2 Właściwości... 4 2.3 Montaż... 4 2.4 Opis złącz i kontrolek sygnalizacyjnych... 5 2.5 Zasilanie... 5 2.6 Sygnały sterujące ENABLE/DIR/0-10V... 6 2.7 Ustawienie prądu maksymalnego... 6 2.8 Sygnalizacja błędów... 6 2.9 Przykładowe podłączenie sterownika... 7 3. Sterowanie silnikiem... 7 3.1 Sterowanie za pomocą wejść zewnętrznych... 7 3.2 Sterowanie za pomocą MODBUS... 8 4. Opis protokołu MODBUS-RTU... 8 5. Przykładowe silniki współpracujące... 10 6. Parametry techniczne... 11 Dziękujemy za wybór naszego produktu! Niniejsza instrukcja ułatwi Państwu prawidłowa obsługę i poprawna eksploatacje opisywanego urządzenia. Informacje zawarte w niniejszej instrukcji przygotowane zostały z najwyższa uwaga przez naszych specjalistów i służą jako opis produktu bez ponoszenia jakiejkolwiek odpowiedzialności w rozumieniu prawa handlowego. Na podstawie przedstawionych informacji nie należy wnioskować o określonych cechach lub przydatności produktu do konkretnego zastosowania. Informacje te nie zwalniają użytkownika z obowiązku poddania produktu własnej ocenie i sprawdzenia jego właściwości. Zastrzegamy sobie możliwość zmiany parametrów produktów bez powiadomienia. Prosimy o uważne przeczytanie instrukcji i stosowanie się do zawartych w niej zaleceń. Prosimy o zwrócenie szczególnej uwagi na następujące znaki: UWAGA! Niedostosowanie się do instrukcji może spowodować uszkodzenie urządzenia albo utrudnić posługiwanie się sprzętem lub oprogramowaniem. SIB195 sterownik BLDC - instrukcja obsługi 10-09-2013 2
1. Zasady bezpieczeństwa i montażu 1.1 Zasady bezpieczeństwa Przed pierwszym uruchomieniem urządzenia należy zapoznać się z niniejszą instrukcją obsługi; Przed pierwszym uruchomieniem urządzenia należy upewnić się, że wszystkie przewody zostały podłączone prawidłowo; Należy zapewnić właściwe warunki pracy, zgodne ze specyfikacją urządzenia (np.: napięcie zasilania, temperatura, maksymalny pobór prądu); Przed dokonaniem jakichkolwiek modyfikacji przyłączeń przewodów, należy wyłączyć napięcie zasilania. Nie należy samodzielnie rozmontowywać i dokonywać przeróbek urządzenia. W razie potrzeby prosimy o kontakt. Nieautoryzowane dokonywanie zmian może grozić porażeniem lub spowodować pożar. Powoduje też utratę gwarancji. 1.2 Zalecenia montażowe Poniżej zawarte zostały zalecenia, do których należy się stosować, by zapewnić poprawną pracę sterownika. 1. W celu minimalizacji zakłóceń przewód łączący sterownik z wyjściami hallotronowymi silnika powinien być ekranowany. 2. Przewody silnikowe nie powinny być prowadzone w pobliżu pozostałych przewodów dochodzących do sterownika. 3. Nie należy montować sterownika w pobliżu urządzeń generujących ciepło. 4. Nie należy zasilać urządzenia z tych samych linii, co urządzenia dużej mocy bez odpowiednich filtrów sieciowych. 5. Należy unikać bliskości urządzeń generujących duży poziom zakłóceń elektromagnetycznych i/lub impulsowych (obciążeń wysokiej mocy, obciążeń z fazową lub grupową regulacją mocy) 6. Sterownik może osiągać znaczne temperatury przy dłuższej pracy i przy pełnym obciążeniu. W przypadku nadmiernego nagrzewania się sterownika zaleca się zamontowanie dodatkowego radiatora lub wymuszonego obiegu powietrza 7. Przy pracy sterownika z dużymi prądami należy zapewnić jego dobre chłodzenie. W tym celu nie zaleca się montowania sterownika w zamkniętych szafach sterowniczych, bez wymuszonego dodatkowego obiegu powietrza. SIB195 sterownik BLDC - instrukcja obsługi 10-09-2013 3
2. Opis urządzenia 2.1 Przeznaczenie Sterownik SIB195 przeznaczony jest do współpracy z bezszczotkowym silnikiem prądu stałego (BLDC) wyposażonym w czujniki hala o rozłożeniu elektrycznym co 120. Prędkość silnika zadawana jest przy pomocy sygnału analogowego 0..10V natomiast kierunek i zezwolenie na pracę za pomocą wejść cyfrowych DIR i ENABLE. Sterownik posiada także regulację maksymalnego prądu pracy silnika (ograniczenie momentu). Serownik może być także kontrolowany za pomocą poleceń wysyłanych przez magistralę MODBUS- RTU RS485. Za pomocą mikroprzełączników można zaadresować do 15 sterowników, mogących pracować na jednej magistrali jednocześnie. 2.2 Właściwości Napięcie zasilania sterownika 12 36 VDC. Prąd maksymalny 5A (ograniczony programowo) Regulacja maksymalnego prądu pracy silnika przy pomocy wbudowanego potencjometru Zabezpieczenie termiczne przed przegrzaniem sterownika Możliwość komunikacji przy wykorzystaniu protokołu MODBUS-RTU Diody sygnalizujące zasilanie oraz błąd sterownika Wbudowany regulator prędkości PID pracujący na podstawie sprzężenia zwrotnego od sygnałów hallotronowych. 2.3 Montaż Sterownik zamknięty jest w aluminiowej obudowie o stopniu szczelności IP66 zapewnianym przez uszczelkę pokrywy górnej oraz dławnice przewodów. By otworzyć sterownik w celu dostępu do złącz/nastaw należy zdjąć pokrywę górną sterownika poprzez odkręcenie 4 śrub Φ3mm. Przewody należy doprowadzić poprzez dwie dławnice dokręcane kluczem 14. W celu montażu sterownika do zewnętrznej obudowy należy zdemontować dławnice by uzyskać dostęp do otworów montażowych Φ5,2mm. Rys. 1 Rysunek montażowy SIB195. SIB195 sterownik BLDC - instrukcja obsługi 10-09-2013 4
2.4 Opis złącz i kontrolek sygnalizacyjnych Rys. 2 Wygląd złącz i kontrolek sterownika SIB195. Dioda 2.5 Zasilanie Opis Diody sygnalizacyjne ERR PWR Sygnalizacja zasilania sterownika Sygnalizacja błędu sterownika (sygnałem ciągłym lub przerywanym) Nazwa Opis Złącza hallotronów GND Masa dla zasilania hallotronów +5V Wyjście +5V dla zasilania hallotronów HA Wejście sygnału hallotronu fazy A HB Wejście sygnału hallotronu fazy B HC Wejście sygnału hallotronu fazy C Złącza silnika A Zasilanie fazy A silnika B Zasilanie fazy B silnika C Zasilanie fazy C silnika ERROR Wyjście sygnalizujące błąd sterownika stanem wysokim Wejścia sterujące ENA Wejście zezwalające na pracę silnika ENABLE (zgoda stanem wysokim) DIR Wejście kierunku pracy silnika DIR 0-10V Wejście sygnału analogowego w zakresie 0..10V Złącza magistrali Modbus B Linia B magistrali Modbus A Linia A magistrali Modbus Zasilanie sterownika GND Masa zasilania sterownika V+ Napięcie zasilania sterownika (w zakresie od 12V do 36V) Tab. 1 Opis sygnałów. Do zasilania sterownika zaleca używać się zasilacza niestabilizowanego o napięciu wyjściowym w zakresie +12 +36V. Zasilacz powinien posiadać na wyjściu kondensatory elektrolityczne pozwalające na odbiór energii powracającej od sterownika przy nagłym hamowaniu lub nawrocie silnika. Zaleca się 1000µF pojemności na każdy 1A prądu pobieranego przez silnik. Zasilanie sterownika należy podłączyć do wejść V+ oraz GND. Rys. 3 Złącze zasilania sterownika. SIB195 sterownik BLDC - instrukcja obsługi 10-09-2013 5
UWAGA! Odwrotna polaryzacja lub przekroczenie maksymalnego napięcia zasilania może spowodować uszkodzenie sterownika. Zbyt małe kondensatory wyjściowe zasilacza lub ich brak mogą uszkodzić sterownik lub powodować jego niewłaściwą pracę, podczas pracy sterownika z wysokim napięciem zasilania i dużym silnikiem, który pracuje dynamicznie (gwałtowne zmniejszanie jego prędkości). 2.6 Sygnały sterujące ENABLE/DIR/0-10V Sterownik SIB195 posiada wejście analogowe 0-10V pozwalające na płynne sterowanie prędkością silnika, a także dwa wejścia cyfrowe ENABLE zezwalające na pracę silnika oraz DIR-zmieniające kierunek obrotów silnika. Napięcie podłączane do wejścia analogowego nie powinno przekraczać 10V, natomiast napięcie sterujące ENABLE i DIR może wynosić 5 24V. Do wejścia analogowego można podłączyć także potencjometr zasilany z napięcia 10V. Rys. 4 Złącze zewnętrznych sygnałów sterujących. 2.7 Ustawienie prądu maksymalnego Sterownik SIB195 umożliwia sterowanie prądem do 5A. Maksymalny prąd może być ograniczony za pomocą potencjometru CURRENT. W pozycji MIN prąd jest ograniczony do zerowej wartości, a pozycji MAX do około 5A. Wartość prądu wpływa bezpośrednio na maksymalny moment silnika. Prąd pobierany przez silnik jest w głównej mierze zależny od jego obciążenia. Nieobciążony silnik o prądzie znamionowym np. 3A, może pobierać 0,5A lub mniej. Podczas obciążania silnika (zwiększania momentu) zwiększa się pobierany przez niego prąd. Sterownik SIB195 ogranicza ten prąd do wartości ustawionej potencjometrem. Maksymalny prąd ciągły zależy od warunków otoczenia i chłodzenia sterownika. W warunkach pokojowych (temperatura 20 C) i bez dodatkowego odprowadzania ciepła (sterownik nie zamocowany do dodatkowego radiatora) sterownik może pracować bez przerwy z prądem 2,5A. Przy prądzie 5A sterownik może pracować około kilkunastu sekund, po czym może nastąpić jego wyłączenie i sygnalizacja przeciążenia termicznego (migająca czerwona kontrolka). Ponowna praca sterownika jest możliwa po zdjęciu i ponownym podaniu sygnału ENABLE lub ponownym włączeniu sterownika. 2.8 Sygnalizacja błędów Czerwona dioda ERR sygnalizuje wystąpienie przeciążenia termicznego lub prądowego sterownika. Może sygnalizować także niepoprawne podłączenie silnika (np. błędne podłączenie sygnałów HAL). Wystąpienie błędu powoduje także załączenie wyjścia tranzystorowego ERROR (jego zwarcie do masy). Maksymalny prąd jaki może być pobierany z tego wyjścia to 100 ma. SIB195 sterownik BLDC - instrukcja obsługi 10-09-2013 6
Błąd Stan diody ERR Kasowanie błędu Przeciążenie termiczne Miga Zdjęcie i ponowne podanie sygnału zezwolenia ENA Przeciążenie prądowe, zwarcie Świeci Automatyczne (po zaniknięciu przyczyny wystąpienia błędu) Błąd komutacji (niepoprawne podłączenie sygnałów z czujników HALL) Świeci / miga Tab. 2 Opis błędów. 2.9 Przykładowe podłączenie sterownika Automatyczne (po zaniknięciu przyczyny wystąpienia błędu) Poniżej przedstawiono przykład podłączenia silnika BLDC do sterownika SIB195 oraz zasilania i sygnałów sterujących ENABLE (zezwolenie na pracę) i 0-10V (regulacja prędkości). Sygnały należy doprowadzić do sterownika poprzez dławnice. W przypadku trudności z podłączeniem przewodów sygnałowych do sterownika można wykręcić dławnice z obudowy (kluczem płaskim 14) i przykręcić je po podłączeniu przewodów. Rys. 5 Przykładowe podłączenie sterownika. UWAGA! Błędne podłączenie faz silnika (U/V/W) lub sygnałów HALL (HA/HB/HC) będzie powodowało jego nieprawidłową pracę. Silnik może wówczas pracować głośniej, pobierać więcej prądu, mieć problemy ze startem od prędkości zerowej. Nie zawsze będzie to jednak sygnalizowane przez diodę ERROR. Poprawne podłączenie silnika powinno charakteryzować się jego cicha pracą, bezproblemowym startem od zerowej prędkości i rozpędzaniem do prędkości maksymalnej oraz niskim poborem prądu bez obciążenia. 3. Sterowanie silnikiem Sterowanie silnikiem poprzez sterownik SIB195 może odbywać się z wykorzystaniem wejścia analogowego 0-10V oraz wejść ENABLE i DIR lub poprzez interfejs RS485 z wykorzystaniem protokołu MODBUS. 3.1 Sterowanie za pomocą wejść zewnętrznych Po włączeniu zasilania i poprawnym podłączeniu silnika sterownik jest gotowy do pracy. Włączenie silnika następuje przez podanie napięcia (5..24V) na wejście ENABLE, natomiast zmiana kierunku wirowania silnika poprzez wejście DIR. Prędkość silnika może być regulowana w zakresie 0..100% poprzez podanie napięcia na wejście analogowe 0-10V. Prąd maksymalny regulowany jest potencjometrem CURRENT. Zadawana z wejścia analogowego prędkość może być także regulowana poprzez regulator PID, który można aktywować za pomocą rejestru MCMD_PID MODBUS. SIB195 sterownik BLDC - instrukcja obsługi 10-09-2013 7
Zadanie przez MODBUS komendy sterującej zezwoleniem na pracę (MCMD_ENA) lub zmianą kierunku (MCMD_DIR) powoduje automatyczną dezaktywację wejść ENABLE/DIR i wejścia 0-10V. Kontrolowanie napędu może odbywać się wówczas za pomocą odpowiednich rejestrów Modbus. Ponowne sterowanie za pomocą wejść zewnętrznych ENABLE/DIR i 0-10V możliwe jest po dezaktywacji funkcji sterowania przez Modbus (wyzerowanie rejestru MCMD_CTRL_EN) lub ponownym uruchomieniu sterownika. 3.2 Sterowanie za pomocą MODBUS Sterowanie przez Modbus oprócz funkcji włączenia napędu, zmiany prędkości i kierunku obrotów silnika daje dostęp do dodatkowych funkcji takich jak włączenie regulatora PID prędkości, zmiana parametrów regulatora, ustawienie prądu maks. i odczyt aktualnego prądu, temperatury i aktualnej prędkości silnika. Parametry komunikacji MODBUS-RTU: Prędkość transmisji: 19200 bps (na zamówienie dostępne inne prędkości) Bitów danych: 8 Bit stopu: 1 Bit parzystości: brak Adres: 1-16 (ustawiany mikroprzełącznikiem) Adres Modbus sterownika ustawiany jest binarnie zgodnie ze wzorem: Adres = S1*8 + S2*4 + S3*2 +S4*1 + 1,gdzie SX = 1 dla pozycji ON i SX = 0 dla pozycji OFF. Przykładowo, gdy przełączniki 3 i 4 = ON, adres = 0*8 + 0*4 + 1*2 + 1*1 + 1 = 4 Sterowanie silnikiem: MCMD_ENA włączenie napędu MCMD_DIR zmiana kierunku obrotów silnika Wysłanie powyższych komend powoduje dezaktywację zewnętrznych wejść ENABLE, DIR, 0-10V. By aktywować wejścia ponownie należy wyzerować rejestr MCMD_CTRL_EN. MCMD_PID włączenie regulatora PID MB_SET_PWM zmiana prędkości w pętli otwartej (MCMD_PID skasowany), wartość 0 250. MB_SET_SPEED zmiana prędkości w pętli zamkniętej (MCMD_PID ustawiony), wartość prędkości w obr./sek. 4. Opis protokołu MODBUS-RTU Zaimplementowane funkcje Modbus: 0x01 odczyt stanu wyjść, 0x02 odczyt stanu wejść, 0x03 odczyt N rejestrów, 0x05 zapis pojedynczego bitu, 0x06 zapis pojedynczego rejestru, 0x10 zapis N rejestrów (UWAGA! Funkcja obsługuje tylko jeden rejestr!) SIB195 sterownik BLDC - instrukcja obsługi 10-09-2013 8
Typy zmiennych: BYTE liczba 8 bitowa bez znaku WORD liczba 16 bitowa bez znaku Dostępne rejestry (wersja oprogramowania sterownika: v12): Rejestry dla funkcji 0x01 - odczyt stanu wyjść (bitów) Nazwa Adres Tryb Typ zmiennej Opis MCMD_CONTROL 3000 R BYTE Bit0: Stan bitu ENABLE Bit1: Stan bitu DIR Bit2: Stan bitu PID Bit2: Stan bitu CTRL_EN MB_OUTPUT 4000 R BYTE Bit0: stan wyjścia ERROR (0 wyjście nieaktywne, 1 wyjście aktywne) Rejestry dla funkcji 0x02 - odczyt stanu wejść Nazwa Adres Tryb Typ zmiennej Opis MB_INPUT 5000 R BYTE Bit0: stan zewnętrznego wejścia ENABLE Bit1: stan zewnętrznego wejścia DIR (0 wejście nieaktywne, 1 wejście aktywne) Rejestry dla funkcji 0x05 - zapis pojedynczego bitu. Wysłanie 0xFF00 ustawienie bitu, 0x0000 skasowanie bitu. Nazwa Adres Tryb Typ zmiennej Opis MCMD_ENA 3000 W WORD Włączenie napędu MCMD_DIR 3001 W WORD Zmiana kierunku obrotów silnika MCMD_PID 3002 W WORD Włączenie lub wyłączenie regulatora PID MCMD_CTRL_EN 3003 W WORD Włączenie kontroli silnika (prędkość, kierunek, zezwolenie) przez komendy MODBUS Rejestry dla funkcji 0x03 (odczyt N rejestrów), 0x06 (zapis 1 rejestru) oraz 0x10 (zapis N rejestrów) Nazwa Adres Tryb Typ zmiennej Opis MB_SET_CURRENT 0 R/W WORD Zgrubna wartość prąd silnika w ma (0..5000). Wpisanie wartości 0 powoduje regulację prądu z wbudowanego potencjometru CURRENT MB_SET_SPEED 1 R/W WORD Prędkość zadana dla silnika w obr./sek. dla włączonego PID (0 100) MB_KP 2 R/W WORD Nastawa członu P regulatora PID (domyślnie 5) MB_KI 3 R/W WORD Nastawa członu I regulatora PID (domyślnie 3) MB_KD 4 R/W WORD Nastawa członu D regulatora PID (domyślnie 0) MB_SET_PWM 5 R/W WORD Wartość prędkości (wypełnienia PWM) dla pracy w pętli otwartej (0 do 250) MB_HALL_IMPULS 6 R/W WORD Liczba impulsów z 1 hala na 1 obrót silnika (domyślnie 4). MB_ACT_SPEED 7 R WORD Aktualna prędkość obrotowa silnika (obr./sek.) MB_ACT_E 8 R WORD Uchyb regulacji prędkości (obr./sek.) MB_ACT_TEMP 9 R WORD Temperatura sterownika (w C) MB_MOTOR_CURR ENT 10 R WORD Aktualny prąd silnika (zgrubna wartość w ma) MB_ANALOG_IN 11 R WORD Wartość cyfrowa wejścia analogowego (w zakresie od 0 do ~1024) MB_FIRMWARE 12 R WORD Wersja oprogramowania sterownik Parametry i wartości sterujące nie są zapamiętywane w sterowniku i przyjmują wartości domyślne po jego ponownym uruchomieniu. SIB195 sterownik BLDC - instrukcja obsługi 10-09-2013 9
5. Przykładowe silniki współpracujące Sterownik SIB195 może przykładowo współpracować z następującymi silnikami BLDC z oferty firmy WOBIT: Buehler Motor 1.25.058.203 (24V/8Ncm) http://silniki.com/index.php?site=products&type=1123&details=9460 Buehler Motor 1.25.058.403 (24V/20Ncm) http://silniki.com/index.php?site=products&type=1123&details=8961 Poprawny sposób podłączenia silnika Buehler serii 1.25.058.203/1.25.058.403 do sterownika SIB195: Silnik Bulehler (kolor przewodu) SIB195 (nazwa sygnału) Brązowy GND Żółty +5V Niebieski HA Zielony HB Szary HC Biały A Czarny B Czerwony C Sterownik może współpracować także z innymi silnikami BLDC o mocach do około 150W, wyposażonymi w czujniki HALL rozłożone elektrycznie co 120. W przypadku sterowania z wykorzystaniem regulatora PID należy wprowadzić w rejestrze MB_HALL_IMPULS właściwą dla zastosowanego silnika ilość impulsów generowaną przez jeden czujnik hall na pełen obrót. Domyślnie jest to 4. Błędna wartość będzie powodowała niepoprawny odczyt/zadawanie prędkości w obr./sek. SIB195 sterownik BLDC - instrukcja obsługi 10-09-2013 10
6. Parametry techniczne Opis Parametr Zasilanie 12.. 36 VDC, Maksymalny prąd 5A* Maksymalny prąd ciągły 2,5A** Częstotliwość PWM 20 khz Sygnały sterujące EN, DIR Stan niski: <3V, Stan wysoki 5..24V Wejście analogowe 0-10V Rezystancja wejścia 47 kω Typy obsługiwanych silników Trójfazowe, bezszczotkowe silniki prądu stałego (BLDC) z sygnałami HALL rozłożonymi elektrycznie co 120. Wejście czujników hala Zasilanie czujników: 5V, maks. 200mA Wejścia HA,HB,HC: 0-5V Zakres pracy temperatury otoczenia 0 C.. +40 C Obudowa Wymiary (z dławnicami): 135 x 35 x 33 [mm] Stopień ochrony: IP66 Mocowanie: dwa otwory 5,2mm pod śruby montażowe po bokach urządzenia *maksymalny prąd pracy silnika ograniczany potencjometrem ** maksymalny prąd ciągły, bez dodatkowego chłodzenia sterownika Rys. 6 Rysunek wymiarowy. SIB195 sterownik BLDC - instrukcja obsługi 10-09-2013 11