Sterownik silnika krokowego SSK-B03 (M542) - 4.2A

Sterownik SSK-B03 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. Jego 3-stanowa technika sterowania pozwala na poprawne kontrolowanie prądu cewki przy zachowaniu małych tętnień, co z kolei skutkuje zmniejszeniem się grzania silników. SSK-B03 współpracuje z szeroką gamą silników Nema 17, 23, 34 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.

Szeroki zakres napięć zasilających 20-50 VDC, czyni go uniwersalnym w zastosowaniu i umożliwia adaptację w różny gotowych systemach sterowania. Nasza firma wykonuje na zamówienie uniwersalne sterowniki numeryczne (USN) na bazie SSK-B03 i dowolną ilość osi. Sterowniki są kompletne i gotowe do podłączenia, zamknięte w obudowy posiadają wyłącznik awaryjnego zatrzymania. Każdy sterownik wykonujemy indywidualnie według wymagań klienta. USN-y współpracują z programami generującymi sygnały za pośrednictwem portu LPT np. Mach2/Mach3, KCam, Master5, TurboCNC, Step2CNC i wielu innych. Możemy również wykonać sterowniki komunikujące się z komputerem za pomocą portu USB, Ethernet lub oparte o sterownik PLC.

Zalety sterownika SSK-B03:

• wysoka wydajność,
• niski koszt,
• małe wymiary,
• zasilanie do +50VDC,
• wyjściowy prąd szczytowy do 4,2A, 
• optoizolowane sygnały wejściowe,
• częstotliwość do 300 kHz
• funkcja automatycznej redukcji prądu podczas postoju silnika,
• zaawansowana kontrola prądu dla zmniejszenia nagrzewania się silnika,
• 16 wybieranych rozdzielczości w systemie dziesiętnym i binarnym,
• dopasowany do silników z 4, 6, 8 wyprowadzeniami,
• mikroprzełączniki do ustawiania 8 różnych wartości prądu,
• ochrona przed zbyt wysokim napięciem i zwarciem.

Dane techniczne

Parametry elektryczne

Parametry eksploatacyjne

Parametry mechaniczne

Budowa (opis złącz) sterownika SSK-B03

Opis złącz / pinów

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 sygnału zezwolenia (ENA) i oczekiwanie SSK-B03 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.

Eksploatacja sterownika

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

Podłączenie sygnałów sterujących

W sterowniku SSK-B03, 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:

A, B, C – optoizolatory wbudowane w sterowniku SSK-B03,
DA, DB, DC – diody zabezpieczające wbudowane w sterowniku SSK-B03,
RA, RB, RC – (270Ω) rezystory ograniczające prąd diody wbudowane w sterowniku SSK-B03,
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 1,5 µs; (4) t4 - szerokość niskiego impulsu nie może być mniejsza niż 1,5 µs.

Podłączenie silników

Sterownik SSK-B03 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 20VDC do 50VDC uwzględniając „pływanie napięcia” zasilania i napięcie EMF (generowane przez cewki silnika podczas nawrotów). Sugeruje się użycie źródeł zasilania z napięciem wyjściowym nie większym niż +45V, pozostawiając zapas na skoki zasilania i powrót EMF. Przy niższych napięciach zasilania od 20V 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.

(Ilość silników * prąd znamionowy silnika) * 70% = prąd znamionowy źródła
Dobrze jest dodać jakiś zapas mocy, czyli plus 5 - 10% wartości, która nam wyszła powyżej.

Obliczenie dla przykładu z tekstu powyżej: (2 * 3A) * 70% = 4,2 A 4,2 A * 1,1 = 4,62 A

Aby uniknąć zakłóceń nie należy łączyć szeregowo sterowników do zasilacza. Każdy sterownik powinien być podłączony osobnymi przewodami (równoległe podłączenie)

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.

UWAGA!!!
Nigdy nie należy odwracać polaryzacji zasilania, ponieważ uszkodzi to sterownik!!! 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 mikro włączników 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:

Przełącznik SW4 wykorzystywany jest do ustawiania prądu trzymającego. OFF oznacza, prąd trzymania zostanie ograniczony o połowę wybranej wartości prądu dynamicznego. ON oznacza, że prąd trzymania będzie taki sam jak wybrana wartość prądu dynamicznego.

Sterownik, po upływie 1 sekundy od ostatniego sygnału kroku, automatycznie obniża do 60 % wybranej wartości prądu dynamicznego. W ten sposób zmniejsza się do 36% nagrzewanie silnika.

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