Serowanie silnikiem skokowym za pomocą serownika S7-1500 UTOMTYK I MECHTRONIK Serowanie silnikiem skokowym za pomocą serownika S7-1500 (1) Serowniki S7-1500 są przysosowane do bezpośredniego serowania pracą silników skokowych. Silniki akie są szeroko sosowane w rządzeniach, w kórych wymagany jes precyzyjnie konrolowany rch. a) Enable Direcion Clock b) Enable Direcion Clock Serownik (drajwer) do silnika SKOKOWY ZE SPRZÉZENIEM Rys. 1. Schema blokowy serownika silnika skokowego ELEKTRONIK PRKTYCZN 6/2014 Serownik (drajwer) do silnika COM SILNIK SILNIK Enkoder Położenie kąowe jes sawiane w napędach z ymi silnikami w kładzie owarym bez sprzężenia zwronego (rysnek 1). Tylko w sysemach, od kórych wymaga się dżej niezawodności i wysępje dża zmienność obciążenia i prędkości sosje się reglację z sygnałem w sprzężeni zwronym od enkodera, kóry generje implsy. Każdy yp silnika może być serowany na co najmniej czery sposoby, od kórych m.in. zależy rozdzielczość rch, czyli warość najmniejszego przemieszczenia kąowego na jeden skok. Dość częso owarzyszy em zmniejszenie dokładności (rysnek 2): falowy, jednofazowy, T/4 o rozdzielczości częso 1,8 0 /skok, pełnokrokowy, dwfazowy, T/2 o rozdzielczości częso 1,8 0 /skok, półkrokowy, 3T/8 o rozdzielczości częso 0,9 0 /skok, mikrokrokowy, częso 1/3 1/32 krok. Zmniejszenie dokładności na jeden skok (krok) wynika z ego że silniki jednofazowe mają dokładność około 5%, o dwfazowy algorym serowania ma dokładność rzęd 10%, a 32 mikrokrokowy może dać błąd 160%. Podczas pracy silnika w kładzie zamknięym sosje zw. rozdzielczość pozy- 107
Podczas pracy silnika w kładzie zamknięym sosje zw. rozdzielczość pozycjonowania UTOMTYK albo rozdzielczość I MECHTRONIK osi. by ją obliczyć niezbędna jes znajomość sposob zliczania implsów z enkodera. Przykłady obliczania rozdzielczości liniowej osi Rosi z enkoderem: Inkremenalny enkoder ma nasępjące dane: Rodzaje silników skokowych W zależności od rodzaj zwojeń o liczba i sposob skoków na obró Renk= 5000 1 skok=1 skoków, impls (zliczanie kwadrarowe), x=1000 mm, z poencjomer dla jego skrajnych położeń NORM wprowadzamy paramery odczyane połączeń wyróżniamy nasępjące o odległość silniki skokowe: pokonana podczas obro: Unipolarne (rysnek poniżej), o 1skok prąd = płynie 1 impls (zliczanie kwadrarowe), Odległość pokonana podczas obro 1000 mmmmmmmm zawsze w ym samym kiernk ylko RRRR oooooooooooo = = w połowie zwojenia, czyli silnik nie osiąga mmmmmmmm a jego sygnał mmmmmmmm wyjściowy zmieniający się od 1 = 0,05 Liczba skoków na obró 5000 ssssssssssssssssówwww 4 iiiimmmmiiiiiiiiiiiissssiiii do zera odejmjemy, iiiimmmmiiiiiiiiiiiissss od 1,0 aby przywrócić Odległość pokonana podczas obro 1000 mmmmmmmm pełnego momen. RRRR oooooooooooo Silnik = ma 5 wyprowadzeń = albo 4 do biegnów (p1 p4) i jeden Enkoder z mmmmmmmm mmmmmmmm = 0,05 Liczba skoków na obró 5000 ssssssssssssssssówwww 4 iiiimmmmiiiiiiiiiiiissssiiii iiiimmmmiiiiiiiiiiiissss prawoskręny wzros warości z poencjomer. Syki z lierką H na końc słżą do sero- inerfejsem SSI ma nasępjące paramery: wspólny (COM) bądź 6 wyprowadzeń, po rzy dla każdego Enkoder z zwojeń z (począek, inerfejsem środek SSI ma nasępjące Enkoder paramery: i koniec). o liczba z inerfejsem skoków na obró SSI ma Renk= nasępjące oparamery: odległość pokonana podczas obro x= 1000 Wykorzysanie mm, goowego drajwera do 4096 skoków, wania silnikiem z ekran. o liczba skoków na obró Renk= 4096 skoków, oliczba 1skok skoków = 1 impls na obró (zliczanie R jednofazowe), o odległość pokonana + podczas obro x= 1000 mm, enk =4096 skoków, wymagane jes jedynie rzy sygnały ser- silnika skokowego daje prosoe obsłgi j. N o 1skok = 1 impls (zliczanie jednofazowe), Odległość pokonana podczas obro 1000 mmmmmmmm mmmmmmmm COM odległość RRRR oooooooooooo = pokonana podczas obro = jące, ale niesie = 0,2441 za sobą wadę, jaką jes brak Liczba skoków na obró 4096 ssssssssssssssssówwww iiiimmmmiiiiiiiiiiiissss S Odległość pokonana podczas x=1000 obromm, 1000 mmmmmmmm mmmmmmmm wykorzysania w pełni możliwości napęd. RRRR oooooooooooo = = = 0,2441 p Liczba skoków na 4 obró 1 skok=1 impls 4096 ssssssssssssssssówwww (zliczanie jednofazowe)znania algorymów serjących silnikiem. iiiimmmmiiiiiiiiiiiissss Ponado firmowy drajwer nie możliwia po- Silnik skokowy możemy serować wykorzysjąc specjalizowany drajwer (serownik) - Silnik skokowy możemy albo serować bezpośrednio wykorzysjąc ze serownika, do czego niezbędne są sopnie mocy dla każdego z ipolarne (rysnek poniżej), serowanie Odległość pokonana specjalizowany podczas obro drajwer (serownik) Głównym celem poniżej przyoczonego biegnów RRRRw oooooooooooo silnik. = = jes dla nich albo bardziej bezpośrednio rozbdowane, ze prąd serownika, do czego niezbędne Liczba skoków są sopnie na obró mocy dla każdego przykład z dla serownika S7-1500 będzie płynie przez biegnów całe zwojenie w silnik. przy pierwszym 1000 mmmmmmmm mmmmmmmm implsie raz w jednym a przy drgim implsie Serowanie silnikiem skokowym = 0,2441lb serwosilnikiem sprowadza przybliżenie się do podania prosych rzech i skecznych sygnałów: meod serowania silnikiem krokowym (krok, w przeciwnym kiernk, silnik osiąga pełny 4096 ssssssssssssssssówwww iiiimmmmiiiiiiiiiiiissss Enable EN, Direcion DIR i Clock CLK, co można zrealizować rzy sposoby: momen i ma Serowanie 4 wyprowadzenia. silnikiem skokowym lb serwosilnikiem sprowadza się do podania rzech sygnałów: Silnik skokowy możemy serować wykorzysjąc specjalizowany drajwer (serow- serowania mikrokrokowego przedsawione półkrok, mikrokrok). Ponado przy okazji Enable EN, Direcion DIR i Clock CLK, a) co przy można życi zrealizować dodakowo na rzy insrkcji sposoby: normalizacji NORM i skalowania SCLE, + a) przy życi dodakowo insrkcji b) normalizacji wykorzysjąc NORM jedno i skalowania narzędzie SCLE, do konfigracji osi np. TO_xis_PTO z Technology objecs nik) albo bezpośrednio ze serownika, do zosaną meody programowej generacji sygnał podsawowe PWM na insrkcje dowolnym do wyjści serowania cyfrowym b) wykorzysjąc / jedno narzędzie do czego wkonfigracji drzewie niezbędne projek, osi są np. sopnie kóre TO_xis_PTO zawiera mocy w dla z Technology zwarej każde-formigo rchem w z biegnów zwarej Moion formie w Conrol silnik. podsawowe (MC) a nasępnie insrkcje napisanie do serowania program, serownika. objecs N w drzewie projek, kóre zawiera S rchem Moion Conrol (MC) a c) nasępnie wykorzysjąc Serowanie napisanie bezpośrednio program, silnikiem insrkcje skokowym zaware lb w biblioece W Moion celach Conrol. esowych zaprojekowano c) wykorzysjąc / serwosilnikiem sprowadza się do podania i wykonano sopnie mocy dla silnika nipolarnego i bipolarnego mozliwiajace zrealiz- bezpośrednio insrkcje zaware w biblioece Moion Conrol. - rzech sygnałów: Enable EN, Direcion DIR i Clock CLK, co można zrealizować na rzy wac serowanie ze serownika. Na rysnk 3 Uniwersalne, 8-przewodowe. Sopnie sposoby: przedsawiono schema sopnia mocy ylko mocy możliwiające realizację najbardziej zaawansowanych algorymów serowania, a) przy życi dodakowo insrkcji normalizacji do silnika bipolarnego ze względ na jego NORM i skalowania SCLE, większą niwersalność. Wraz z schemaem do kórych konieczne jes podłączenie wszyskich wyprowadzeń są jednak rzadko spoykane. W prakyce łączy się odpowiednio b) wykorzysjąc jedno narzędzie do konfigracji podane zosały kody kolorów zwojeń, ła- osi np. TO_xis_PTO z Techwiajace podłączania serownika do sopnia wyprowadzenia ak, że silnik aki może pracować zarówno w rybie nipolarnym, jak i bipolarnym szeregowym i równoległym. nology objecs w drzewie projek, kóre mocy. Jednakże proszę zwrócić wagę że podane zawiera w zwarej formie podsawowe kody są zw. sandardem de faco, oeż insrkcje do serowania rchem Moion przed podłączeniem waro sprawdzić omomierzem cjonowania albo rozdzielczość osi. by ją Conrol (MC) a nasępnie napisanie program, zwojenia silnika. obliczyć niezbędna jes znajomość sposob Omawiany sopień mocy zosał wypo- zliczania implsów z enkodera. Przykłady c) wykorzysjąc bezpośrednio insrkcje sażony również w obwód pomiar prąd, obliczania rozdzielczości liniowej osi R osi zaware w biblioece Moion Conrol. kóry można podłączyć wpros do wejścia z enkoderem: Najprosszy algorym serowania obroami analogowego (0 10 V) serownika. Jednakże Inkremenalny enkoder ma nasępjące silnika skokowego przedsawiono ze względ na niską olerancję wysokowao- dane: na lising 1. Trzy sygnały w drajwerze są wych rezysorów nie należy na ym pomiarze liczba skoków na obró R enk =5000 skokówcią niezbędne do serowania ręcznego waroś- polegać. Prakyczne wykorzysanie ego z poencjomer, kórym sawia się wyjścia ogranicza się do wykrywania prze- odległość pokonana podczas obro: częsoliwość implsowania wejścia zegarowego ciążeń np. spalenia zwojeń silnika w cel x=1000 mm, CLK. Do insrkcji normalizacji jego awaryjnego wyłączenia. a) 1 2 3 4 b) 1 2 3 4 c) 1 2 3 4 5 6 7 8 nipolarny bipolarny T T T / / / / / / T T T Rysnek Rys. 2. 2. Sposoby zasilania zwojeń w kolejnych krokach w nipolarnym i i bipolarnym silnik silnik skokowym: a) a) falowy, falowy, T/4 T/4, b) b) pełnokrokowy, T/2, c) pólkrokowy, 3T/8 pełnokrokowy, T/2 c) pólkrokowy, 3T/8 108 ELEKTRONIK PRKTYCZN 6/2014 Podczas pracy silnika w kładzie zamknięym sosje zw. rozdzielczość pozycjonowania
Serowanie silnikiem skokowym za pomocą serownika S7-1500 Lising 1. lgorym ręcznego serowania obroami silnika skokowego Rysnek 3. Schema sopnia mocy silnika bipolarnego Tabela 1. Kolejne sany silnika w blok D Kody kroków a) Serowanie falowe, jednofazowe. Jako że serownik, do kórego zosał podłączony sopień mocy będzie miał do wykonania wiele innych zadań, obciążenie insrkcjami odwołjącymi się do przesrzeni WE/ WY powinno być jak najmniejsze. W ym cel w blok D Kody kroków zosała worzona ablica kolejnych sanów silnika (abela 1). Waro jż eraz zwrócić wa- / / gę na zaley ablicowania odwołanie się do kolejnego elemen ablicy prakycznie zawsze będzie szybsze w sosnk do generowania kolejnego krok na podsawie akalnego. Przy ym częso ablicowanie fnkcji maemaycznych nie ma sens, gdyż sraa pamięci w porównani do zysk ze zwiększenia prędkości wykonania algorym jes nieprakycznie dża. Tabela 2. Rozszerzona ablica sanów silnika w blok D Kody kroków ELEKTRONIK PRKTYCZN 6/2014 / / // / / Jak widać, w kolejnych krokach kolejno załączane są zwojenia,, /, / analogicznie jak w przypadk silnika nipolarnego,,,. Usawiona jedynka na kórymkolwiek bicie jes ożsama z załączeniem odpowiadającego jej zwojenia. Program serjący przedsawiono na lising 2. Waro zwrócić wagę na o, że zapis do aga WY_DRIVER ma miejsce nie ylko wedy, kiedy pojawia się dodanie zbocze zegara, a zawsze kiedy wejście ENZ jes w sanie wysokim. Słży o em, aby rzymać momen sayczny po ponownym włączeni sygnał ENZ. b) Serowanie półkrokowe. Każda kolejna próba zmniejszenia kąa o jaki obraca się wał silnika krokowego w pojedyńczym krok sprowadza się do wprowadzenia sanów pośrednich do jż isniejących. W przypadk półkrok, w sanach pośrednich, osiąga się o poprzez załączenie ob zwojeń, oczywiście nie ej 109
UTOMTYK I MECHTRONIK Lising 2. Program serowania falowego samej pary! Tzn. przykładowo, zosają załączone zwojenia / i, naomias nigdy i / jednocześnie. W przypadk silnika nipolarnego aka pomyłka nie prowadzi do szkodzenia drajwea. Syacja a prowadzi do drasycznego spadk momen, gdyż dochodzi do zjawiska równoważenia się pól magneycznych w silnik. Tabela 2 jes rozszerzoną ablicą sanów. Pewnym doskonaleniem w programie serowania półkrokowego jes implemenacja obsłgi przełączników do reglacji prędkości. Jak widać o w linii 10 program (lising 3), na ag PRZE- LCZNIKI reprezenjący baj wejścia cyfrowego najpierw zosaje nałożona maska 16#F0. Wynikiem ej operacji jes snięcie z baj czerech najmłodszych biów. Do czerech najmłodszych serownika). Wedy, w kolejnym cykl, dojdzie do resar zegara i rozpoczęcia odmierzania czas od nowa. Wobec ego ag WYJ_ZEGR będzie miał san niski przez odcinek czas określony agiem CZS i san wysoki przez jeden cykl serownika (ypowo 1 ms). Zaem, zbocze dodanie, na kóre oczekje insrkcja R_TRIG w linii 24 będzie pojawiać się co CZS. Pozosała część program pozosaje bez zmian poza warościami przy warnkach IF, ponieważ w półkrok ablica kolejnych sanów silnika zawiera osiem elemenów. c) Mikrokrok ¼. lgorym dla krok i półkrok wyczerpją możliwości serowania silnikiem krokowym jedynie przy życi sygnałów WŁĄCZ/WYŁĄCZ. Dalsza reglacja położenia wirnika między biegnami będzie wymagać różnicowabiów zosały podłączone przełączniki zadające sygnały CLKZ, DIRZ oraz ENZ, oeż mogły by one wprowadzać zakłócenia do zadawanej warości. Zaraz po ym wykonywana jes konwersja, ponieważ zegary w S7-1200 i S7-1500 wymagają yp danych S7Time. Przykładowo, zapisana w przykładzie konwersja zamienia warości 16...240, na T#16 ms T#240 ms. Nasępnie, zosaje wywołana insancja zegara TON, gdzie jako paramer IN przyjmowane jes wyrażenie ENZ ND (NOT WYJ_ZEGR ). Jak można ławo wnioskować, zegar zadziała w nasępjący sposób po płynięci czas zadanego przez ag CZS, ag WYJ_ZE- GR przyjmie san niski. Spowodje o, że całe wyrażenie paramer IN będzie mieć san niski (na czas jednego cykl 110 ELEKTRONIK PRKTYCZN 6/2014
Serowanie silnikiem skokowym za pomocą serownika S7-1500 Lis. 3. Program serowania półkrokowego W akim generaorze, sawiając minimalną warość, jaką przyjmje yp danych S7Time, j. T#1ms, zyskje się serowanie yp WŁĄCZ/WYŁĄCZ. Wedy implemenacja ego kod nie ma sens, ponieważ nic nie wnosi. Toeż minimalna sensowna podsawa czas o T#2 ms (PWM 500 Hz), gdzie zyskje się nasępjące sany, WYŁĄCZ(0%), 50%, WŁĄCZ(100%). Tomasz Sarak nia naężenia prąd w zwojeniach silnika. Do ego cel wykorzysany zosanie programowo zaimplemenowany generaor PWM (lising 4). ELEKTRONIK PRKTYCZN 6/2014 Opracowano na podsawie maeriałów z książki Język eks srkralnego w serownikach SIMTIC S7-1200 i S7-1500 (aor Jansz Kwaśniewski, planowana do wydania w 2014 rok przez Wydawnicwo TC) oraz maeriałów firmowych firmy Siemens. 111
UTOMTYK I MECHTRONIK Lis. 4. Program generaora PWM REKLM sklep Serowniki SIMTIC S7-1200 w prakyce inżynierskiej Jansz Kwaśniewski Monografia w sposób meodyczny i przyjazny opisje zasosowanie serownika S7-1200 w insalacjach przemysłowych. W pierwszych dwóch rozdziałach przedsawiono bdowę i działanie serownika. W kolejnych dwóch rozdziałach omówiono wszyskie insrkcje podsawowe i rozszerzone. Działanie większości insrkcji zilsrowano na przykładach. Piąy rozdział doyczy bdowy i wykorzysania reglaora PID. W kolejnych dwóch rozdziałach przedsawiono możliwości komnikacyjne serownika. Ósmy rozdział doyczy podsawowej wiedzy o współczesnych napędach, a kolejne czery rozdziały prezenją możliwości wykorzysania serownika S7-1200 do serowania napędami i moniorowania na ekranach ich paramerów pracy. Monografia jes przeznaczona dla wszyskich zaineresowanych projekowaniem sysemów aomayki oraz dla kadry inżynierskiej zajmjącej się wykorzysaniem serowników przemysłowych w prakyce. hp://goo.gl/fnfml sron 421 oprawa warda forma 5 ISN: 978-83-60233-95-5 wydawnicwo TC, Legionowo 2013 Kod handlowy: KS-130700 cena 82,00 zł 112 ELEKTRONIK PRKTYCZN 6/2014