Sterownik silnika krokowego SSK-B10 (EM806) - 8.2A, 80VDC, krok/kierunek, Leadshine

Sterownik SSK-B10 jest ekonomicznym, wysokowydajnym sterownikiem mikrokrokowym bazującym na najnowszych osiągnięciach technicznych. Jest dostosowany do sterowania 2-fazowymi i 4-fazowymi hybrydowymi silnikami krokowymi.
Używając zaawansowanej techniki bipolarnej stało-prądowej, pozwala uzyskać większą prędkość i moc z tego samego silnika porównując z tradycyjnymi technikami jakich używają np. sterowniki L/R. SSK-B10 współpracuje z szeroką gamą silników od Nema 23 do Nema 42 i może być stosowany w wielu różnych maszynach, takich jak: moduły X-Y, etykieciarki, cięcie laserem, maszyny grawerujące oraz urządzenia typu podnieś - przenieś. Szczególnie użyteczny w aplikacjach z małymi wibracjami oraz tam gdzie wymagane są wysokie prędkości i precyzja.

Zalety sterownika SSK-B10

• możliwość konfiguracji sterownika za pomocą komputera, podłączenie kablem RS232,
• zasilanie do +80VDC,
• wyjściowy prąd szczytowy do 8,2A,
• optoizolowane sygnały wejściowe,
• częstotliwość do 200 kHz
• funkcja automatycznej redukcji prądu podczas postoju silnika,
• zaawansowana kontrola prądu dla zmniejszenia nagrzewania się silnika,
• 8 wybieranych rozdzielczości w systemie binarnym,
• dopasowany do silników z 4, 6, 8 wyprowadzeniami,
• mikroprzełączniki do ustawiania 8 różnych wartości prądu,
• bezczujnikowe wykrywanie utyku silnika,
• możliwość ustawienia hasła, zabezpiecza sterownik przed nieupoważnionym dostępem,
• funkcje anty-rezonansowe pozwalają na zredukowanie wpływu częstotliwości rezonansowych na pracę silnika,
• funkcje Auto-testu i Auto-konfiguracji pozwalają zoptymalizować sterowanie dla każdego silnika,
• ustawienie prądu wyjściowego sterownika i podziału kroków za pomocą przełączników DIP switch lub przy pomocy oprogramowania,
• podział kroków od 1 do 512,
• sterownik zabezpieczony jest przed przekroczeniem prądu, przekroczeniem napięcia zasilania, oraz zwarciem między fazami silnika.

Dane techniczne

Parametry elektryczne

Parametry eksploatacyjne

Parametry mechaniczne

Wymiary z tabeli zaznaczono na rysunku poniżej:

Budowa (opis złącz) sterownika SSK-B10

Piny złącza sygnałów sterujących P1

Kierunek ruchu silnika jest zależny od podłączenia przewodów silnik-sterownik. Odwrotne podłączenie przewodów jednego z uzwojeń silnika odwróci kierunek ruchu.

Piny złącza zasilającego P2

8-bitowy przełącznik DIP

Diody sygnalizacyjne

Diody sygnalizują stan pracy sterownika. Zielona LED oznacza podanie zasilania i oczekiwanie SSK-B10 na sygnały kierunku (DIR) i kroku (PUL). Czerwona LED oznacza wystąpienie błędu (awarii). Spowodowane to może być zadziałaniem, któregoś z zabezpieczeń, zbyt dużym napięciem, zwarciem lub uszkodzeniem układu. Rodzaj błędu odczytujemy z kodu błyskowego poniżej.

Port komunikacyjny

Używany on jest do konfigurowania szczytowej wartości prądu, mikrokroku, aktywnych poziomów sygnałów, aktualnych parametrów pętli i parametrów anty-rezonansowych.

Eksploatacja sterownika

Kompletny system krokowy powinien zawierać silnik, zasilanie i kontroler (generator impulsów, komputer lub sterownik PLC).

Podłączenie sygnałów sterujących

W sterowniku SSK-B10, aby zwiększyć odporność na zakłócenia oraz elastyczność interfejsu, zastosowano wejścia różnicowe. Pojedyncze impulsy z urządzenia sterującego, także są akceptowane. Obwód wejściowy posiada wbudowaną szybką optoizolację podłączoną szeregowo z rezystorem 270Ω ograniczającym prąd diody.
Zalecane jest stosowanie rezystorów podciągających w celu uzyskania większej stromości impulsów sterujących.
Poniższe schematy przedstawiają sposoby podłączenia sygnałów sterujących:

Wspólna anoda



Wspólna katoda



Opis do schematów na poprzedniej stronie

A, B, C – optoizolatory wbudowane w sterowniku SSK-B10,
DA, DB, DC – diody zabezpieczające wbudowane w sterowniku SSK-B10,
RA, RB, RC – (270Ω) rezystory ograniczające prąd diody wbudowane w sterowniku SSK-B10,
RP – rezystory podciągające, zalecane, (dla 5V RP=4,7kΩ, dla 12V RP=10kΩ, dla 24V RP=22kΩ),
T1, T2, T3 – tranzystory w kontrolerze, komputerze,
R01, R02, R03 – dodatkowe rezystory ograniczające prąd diody.

Wartości dodatkowych rezystorów ograniczających prąd diody transoptora w zależności od napięcia VCC (sterującego).

Aby uniknąć błędów przy sterowaniu sygnały krok (PUL), kierunek (DIR) i zezwolenie (ENA) muszą być zgodne z parametrami z diagramu poniżej.



Uwaga:

(1) tl - sygnał zezwolenia (ENA) musi być załączony co najmniej 5µs przed sygnałem kierunek (DIR) , nie podłączony zezwala na pracę sterownika;
(2) t2 - sygnał kierunek (DIR) musi być załączony co najmniej 5µs przed sygnałem krok (PUL), aby zapewnić właściwy kierunek;
(3) t3 - szerokość impulsu nie może być mniejsza niż 10 µs;
(4) t4 - szerokość niskiego impulsu nie może być mniejsza niż 10 µs.

Poniższy schemat przedstawia przykładowy sposób podłączenia sygnału błędu ze sterownika do jednostki sterującej:



RP – rezystor podciągający,
R0 – rezystor ograniczający prąd diody optoizolatora w kontrolerze.

Podłączenie silników

Sterownik SSK-B10 może sterować krokowymi silnikami hybrydowymi z 4, 6 lub 8 wyprowadzeniami. Poniższy diagram pokazuje podłączenia do silników w różnej konfiguracji.



Silniki 4-przewodowe są najmniej elastyczne, ale najprostsze w podłączeniu. Prędkość i moment będą zależały od induktancji zwojów. Przy ustawianiu prądu wyjściowego sterownika należy pomnożyć prąd fazowy przez 1,4 aby wyznaczyć szczytowy prąd wyjściowy.
Silniki 6-przewodowe możemy podłączyć w dwóch konfiguracjach: wysoka prędkość-niższy moment lub wysoki moment-niższa prędkość.

Konfiguracja wyższej prędkości lub pół cewki jest tak nazwana ponieważ używa połowę zwojów silnika. Pozwala to na zmniejszenie indukcyjności przez co obniża się moment silnika. Będzie on bardziej stabilny przy wyższych prędkościach. Przy ustawianiu prądu wyjściowego sterownika należy pomnożyć prąd fazowy (lub unipolarny) przez 1,4 aby wyznaczyć szczytowy prąd wyjściowy.

Konfiguracja wyższego momentu lub pełnej cewki używa całej induktancji zwojów faz. Aplikacja ta powinna być używana tam gdzie wymagany jest wyższy moment przy niskich prędkościach. Przy ustawianiu prądu wyjściowego należy pomnożyć prąd fazowy (lub unipolarny) przez 0,7 i taką wartość szczytową ustawić na sterowniku.
Silniki 8-przewodowe oferują wysoką elastyczność projektantowi systemu, ponieważ mogą być połączone szeregowo lub równolegle, pozwalając na zastosowanie w wielu aplikacjach.

Połączenie szeregowe jest zazwyczaj stosowane tam, gdzie wymagany jest wysoki moment i niska prędkość. Ponieważ przy tej konfiguracji indukcyjność jest najwyższa, wydajność spada przy większych prędkościach. Do określenia szczytowego prądu wyjściowego należy pomnożyć wartość prądu fazowego (lub unipolarnego) przez 0,7.

Równoległe połączenie uzwojeń silnika oferuje bardziej stabilny moment przy wyższych prędkościach. Do określenia szczytowego prądu wyjściowego należy pomnożyć wartość prądu fazowego (lub unipolarnego) przez 1,96 lub prąd bipolarny przez 1,4.

Po wybraniu konfiguracji z jaką ma pracować silnik zbędne (niepodłączone) przewody należy solidnie odizolować od pozostałych. Możemy teraz przystąpić do podłączenia kabli do stopnia mocy. Przy tej operacji należy wykazać się szczególną starannością. Złe kontakty mogą skutkować niepoprawną pracą silników, zakłóceniami lub w gorszym przypadku wystąpieniem zwarcia. W celu zmniejszenia zakłóceń motory z szafą należy łączyć kablami ekranowanymi, które to należy odpowiednio uziemić.



Podłączenie i dobór zasilania

Aby sterownik pracował prawidłowo, z optymalną wydajnością, ważny jest prawidłowy dobór zasilania. Sterownik może pracować w zakresie napięć od 24VDC do 80VDC uwzględniając „pływanie napięcia” zasilania i napięcie EMF (generowane przez cewki silnika podczas nawrotów). Sugeruje się użycie źródeł zasilania z napięciem wyjściowym nie większym niż +72V, pozostawiając zapas na skoki zasilania i powrót EMF. Przy niższych napięciach zasilania od 24V sterownik może działać niepoprawnie. Wyższe napięcie uszkodzi sterownik.
Źródło zasilania może mieć niższy prąd niż znamionowy silnika (zazwyczaj 50% ~ 70% prądu silnika). Wynika to z tego, że sterownik pobiera prąd z kondensatora zasilacza tylko w czasie gdy cykl PWM jest w stanie ON, a nie pobiera, gdy cykl jest w stanie OFF. Tak więc średni pobór prądu ze źródła zasilania jest znacznie niższy niż prąd silnika. Na przykład dwa silniki 3A mogą być bez problemu zasilane ze źródła o prądzie 4,5A.
Zasilanie kilku sterowników z jednego źródła zasilania jest dozwolone pod warunkiem, że źródło to posiada odpowiednią wydajność prądową. Poniżej zamieszczono wzór na obliczenie wydajności prądowej źródła.

Wyższe napięcie zasilania pozwoli na osiągnięcie wyższej prędkości obrotowej kosztem większych zakłóceń i grzania się silnika. Jeżeli nie jest wymagana wysoka prędkość należy użyć niższego napięcia. Pozwoli to na zwiększenie niezawodności i żywotności układu.

Sugerowany układ zasilacza niestabilizowanego do zasilania sterowników silników krokowych.

Ustawienia

Po podłączeniu sterowania, silnika zasilania i przed uruchomieniem całego systemu należy poprawnie skonfigurować stopnie końcowe. Wybór wartości prądu podawanego na motory i podział kroku odbywa się za pomocą 8 mikrowłączników umieszczonych na obudowie modułu.
Pierwsze trzy bity (SW1, 2 i 3) przełącznika DIP używane są do ustawienia prądu pracy silnika (prąd dynamiczny). Należy wybrać ustawienia najbardziej zbliżone do prądu wymaganego przez silnik według tabeli podanej poniżej:

Uwaga: Ze względu na indukcyjności silnika, rzeczywista wartość prądu w cewce może być mniejsza niż ustawiona wartość prądu dynamicznego, szczególnie przy dużych prędkościach.

Przełącznik SW4 wykorzystywany jest do ustawiania prądu trzymającego. OFF oznacza, że prąd postojowy zostanie automatycznie ograniczony. Sterownik, po stwierdzeniu zaniku sygnału kroku automatycznie obniża wartość prądu dynamicznego. W ten sposób zmniejsza się nagrzewanie silnika. ON oznacza, że prąd będzie taki sam jak wybrana wartość prądu dynamicznego.
Automatyczna konfiguracja
Przełącznik SW4 przełączony dwa razy ( OFF-ON-OFF lub ON-OFF-ON) w ciągu jednej sekundy uruchamia automatyczną konfigurację napędu. Podczas autokonfiguracji parametry silnika są identyfikowane i parametry pętli są obliczane automatycznie. W czasie tego procesu (1-3 sekundy) wał silnika będzie wibrował.

Podział kroku ustawiany jest za pomocą przełączników SW 5, 6, 7 i 8 według tabeli:

Przełącznik SW8 używany jest do ustawiania aktywnego zbocza impulsów sterujących:
ON- Aktywne rosnące zbocze impulsu sterującego,
OFF- Aktywne opadające zbocze impulsu sterującego.

Do wyboru parametrów silnika podłączonego do sterownika SSK-B10 służy dodatkowy przełącznik obrotowy o szesnastu pozycjach. 12 początkowych od 0 do B służy do określenia nastaw sterownika do produkowanych przez producenta silników krokowych. Pozostałe 4 od C do F to pozycje, w których nastaw sterownika możemy dokonać manualnie za pomocą przełączników DIP lub z poziomu programu konfigurującego EM.

Program konfiguracyjny

Program Pro Tuner do konfiguracji sterowników SSK-B10 dostępny jest nieodpłatnie. Należy go pobrać stąd i zainstalować na komputerze, z którego zamierzamy dokonywać nastaw.

Schemat kabla do podłączenia z komputerem umieszczono poniżej.

Po podłączeniu kabla do komputera i sterownika, podaniu zasilania na SSK, uruchamiamy program Pro Tuner. Po inicjacji wyświetlana jest prośba o wybranie numeru portu, z którego będziemy korzystać. Zaznaczamy odpowiedni i klikamy klawisz „Connect”.



Po chwili pojawi się okienko nawiązywania połączenia ze sterownikiem.



Kiedy program nie połączy się ze sterownikiem lub zaniknie napięcie zasilania SSK wyświetli komunikat z błędem.



Po połączeniu zakończonym sukcesem możemy zacząć konfigurację SSK.




W menu „Drive” mamy kilka zakładek do wyboru: „Pętla prądowa”, Właściwości”, „Konfiguracja” oraz „Reset” sterownika. W zakładce „Pętla” możemy przetestować i zaobserwować charakterystykę podłączonego silnika.



Kolejnym krokiem jest ustawienie parametrów sygnałów sterujących i sygnału błędu. W zakładce „Sygnały wejściowe” wybieramy typ sterowania STEP/DIR lub CW/CCW, kierunek obrotu i aktywne zbocze sygnału sterującego.



Po dokonaniu ustawień klikamy klawisz „Apply”. Pojawi się okienko potwierdzenia zmian. Klikamy „OK”.



W zakładce „konfiguracji sygnału błędu” możemy wybrać okoliczności, które ma sygnalizować sterownik na wyjściu FLT, czy sterownik ma się resetować po podaniu sygnału ENA, aktywny poziom sygnału ENA.



Po dokonaniu ustawień klikamy klawisz „Apply”. Pojawi się okienko potwierdzenia zmian. Klikamy „OK”.



W zakładce konfiguracja widnieje okno wbudowanego generatora, który to ułatwia dostrojenie silnika. Suwakiem ustawiamy prędkość (podczas ruchu suwaka zmienia się automatycznie wartość w polu tekstowym „Speed”. Dystans, przyspieszenie, czas powtórzeń, opóźnienie wpisujemy ręcznie. Aby poruszyć silnikiem należy wcisnąć przycisk „Start”.



Poniżej okna generatora znajdują się dwie zakładki. Pierwsza z nich to konfiguracja wyjścia sterownika. Ustawiamy w niej prąd dynamiczny (Peak) płynący przez uzwojenia silnika, procentową wartość prądu postojowego w stosunku do wartości szczytowej, wartość mikrokrokową, czas opóźnienia załączania oraz tłumienie. Po dokonaniu korekt należy wcisnąć przycisk „Start” co spowoduje test silnika i jednoczesne zapisanie zmian w sterowniku.



Druga zakładka poniżej okna generatora to regulacja ustawień antyrezonansowych. Korekta pozwala na przesunięcie niepożądanego efektu częstotliwości rezonansowych silnika. Po dokonaniu korekt należy wcisnąć przycisk „Start” co spowoduje test silnika i jednoczesne zapisanie zmian w sterowniku.



W przypadku gdy pogubimy się podczas dokonywania nastaw w programie zawsze możemy powrócić do ustawień początkowych (fabrycznych). Aby dokonać tej operacji należy w menu „Drive” wybrać „Reset Drive”



Po pojawieniu się komunikatu



Wciskamy „Tak”, a na koniec „OK”



Aby zabezpieczyć sterownik przed ingerencją osób trzecich możemy założyć hasło do konfiguracji. W menu „Tools” wybieramy „PIN Management”.



Wpisujemy PIN, potwierdzamy go poniżej, następnie akceptujemy zmiany przyciskiem „OK”.



Pracę sterownika sygnalizują dwie diody LED umieszczone przy złączu sygnałów sterujących (zielona-poprawna praca, czerwona - błąd). Po podaniu napięcia zasilania dioda zielona świeci się ciągle. Aby zwiększyć niezawodność SSK-B08 posiada wbudowane następujące funkcje ochronne:
a) ochrona przed przekroczeniem napięcia
Kiedy napięcie zasilania przekroczy +50VDC, ochrona aktywuje się i dioda czerwona zacznie migać (opis częstotliwości migania podany został w rozdziale 4. Budowa sterownika). Jeżeli napięcie zasilania będzie niższe niż +20VDC, sterownik nie będzie pracował poprawnie.
b) ochrona przed przekroczeniem prądu
Ochrona zostanie aktywowana, gdy zostanie przekroczony prąd który może uszkodzić sterownik. (dioda czerwona - opis częstotliwości migania podany został w rozdziale 4. Budowa sterownika).
Dodatkowo dioda czerwona informuje użytkownika o zerwaniu (utyku) silnika (opis częstotliwości migania podany został w rozdziale 4. Budowa sterownika).

Podłączenie sterownika do płyty głównej SSK-MB2

Sterownik SSK-B08 może być sterowany za pośrednictwem programu Mach 3, bądź innego pracującego na sygnałach kroku i kierunku. Do podłączenia sterownika z komputerem wykorzystuje się płyty główne umożliwiające rozdział sygnałów z portu LPT na poszczególne elementy wykonawcze. Sposób podłączenia sterownika do produkowanej przez naszą firmę płyty SSK-MB2 przedstawiono na poniższym diagramie.

Opis portu LPT

1 – PRZEKAŹNIK PK12 – CLK X
3 – DIR X
4 – CLK Y
5 – DIR Y
6 – CLK Z
7 – DIR Z
8 – CLK A
9 – DIR A
10 – E-STOP
11 – HOME X, Y, Z, A
12 – LIMIT
13 – CZUJNIK DŁUGOŚCI NARZĘDZIA
14 – KANTHALL/SPINDLE CONTROL
15 – DODATKOWY PIN WEJŚCIOWY
16 – PRZEKAŹNIK PK2
17 – ENABLE
18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 – GND

Porady

W przypadku kiedy sterownik SSK-B08 nie pracuje poprawnie, pierwszym krokiem powinno być sprawdzenie czy problem jest natury elektrycznej czy mechanicznej. Ważne jest, aby dokumentować każdy krok przy rozwiązywaniu problemu. Być może będzie konieczność skorzystania z tej dokumentacji w późniejszym okresie, a szczegóły w niej zawarte w wielkim stopniu pomogą pracownikom naszego Wsparcia Technicznego rozwiązać zaistniały problem. Wiele błędów w systemie sterowania ruchem może być związanych zakłóceniami elektrycznymi, błędami oprogramowania urządzenia sterującego lub błędami w podłączeniu przewodów.
Poniżej przedstawiono tabelę z najpopularniejszymi problemami, z którymi zgłaszają się klienci do naszego Wsparcia Technicznego.

Wymagania

Personel zajmujący się instalacją musi posiadać elementarną wiedzę w zakresie obchodzenia się z urządzeniami elektrycznymi. Urządzenie powinno być zamontowane w pomieszczeniach zamkniętych zgodnie z I klasą środowiskową, o normalnej wilgotności powietrza (RH=90% maks. bez kondensacji) i temperaturze z zakresu 0°C do +50°C.