wersja mobilna
Online: 583 Sobota, 2016.12.03

Technika

Bezszczotkowe silniki ze zintegrowanym sterownikiem

środa, 15 sierpnia 2007 17:35

Rys. 1. Silnik z opisanymi elementami składowymi
Podczas automatyzacji systemów przemysłowych nieraz zachodzi potrzeba użycia napędów umożliwiających częste zmiany parametrów procesowych. W dobie miniaturyzacji urządzeń elektronicznych, także tych wyposażonych w elementy wykonawcze, ważne jest, aby układy te były jak najbardziej kompaktowe. W takich aplikacjach idealnym rozwiązaniem jest umieszczenie całego urządzenia w jednej obudowie i wyprowadzenie na zewnątrz interfejsu komunikacyjnego, który pozwalałby na sterowanie napędem za pomocą komputera.

Napędy, takie jak opisane powyżej, zostaną opisane na przykładzie bezszczotkowych silników prądu stałego BG 65x firmy Alcatel Dunkermotoren. Wszystkie silniki tego typu mają wbudowany interfejs komunikacyjny CAN i mogą być obsługiwane przez odpowiednie oprogramowanie, które pozwala na wprowadzanie danych z komputera osobistego. Możliwe jest dokonywanie zmian parametrów w trzech trybach pracy kontroli pozycji, regulacji prędkości i regulacji prądu. Z kolei sterowanie odbywa się z wykorzystaniem pięciu wejść i dwóch wyjść cyfrowych, które zapewniają istnienie sprzężenia zwrotnego. Dwa z pięciu wejść mogą być również skonfigurowane jako wejścia analogowe 0...10VDC. Umożliwia to podłączenie potencjometru jako układu regulacji prędkości silnika.

W omawianych silnikach zintegrowano także inkrementalne przetworniki obrotowo-impulsowe o rozdzielczości 2000 impulsów na obrót. Pozwala to na uzyskanie dosyć wysokiej precyzji pozycjonowania. Tryb ustawiania pozycji umożliwia wybranie do 6 pozycji do których silnik będzie się kolejno przemieszczał. Możliwe jest także wprowadzanie sekwencji parametrów, takich jak pozycja, prędkość, przyspieszenie lub prąd.

Kwestie implementacji

W niektórych aplikacjach konieczne jest użycie reduktora, którego wyprowadzona oś jest przesuniętą o 90° w stosunku do osi silnika. Rozwiązaniem jest tutaj zastosowanie przekładni ślimakowej. Przekładnie te mają przełożenia od 5:1 do 80:1 i maksymalny moment w zakresie ciągłym do 1500Ncm. Dla uzyskania wysokiej wartości momentu przy redukcji obrotów i zachowaniu kompaktowych wymiarów obudowy produkowane są również przekładnie planetarne. W zakresie przełożeń od 3:1 do 512:1 można osiągnąć na wale wyjściowym moment ciągły do 6000Ncm. Silniki BLDC mogą być wyposażone dodatkowo w hamulec działający przy odcięciu napięcia lub przy jego podaniu.

Omawiany silnik BG 65 PI ma wyprowadzone dwa rodzaje złączy. Pierwsze jest gniazdem12-stykowym do którego podłącza się wtyczki kątowe z kablem o długości od 1,5m do 10m. Kabel jest z jednej strony zakończony wtyczką, natomiast z drugiej ma on dwa przewody zasilające silnik, pięć przewodów dla cyfrowych sygnałów wejściowych, dwa dla cyfrowych sygnałów wyjściowych oraz jeden przewód poprzez który podaje się napięcie zasilające logikę regulatora. Napięcie zasilania wynosi 24VDC.

Rys. 2. Zdjęcie miCan-Stick
Wykorzystanie drugiego gniazda jest konieczne do komunikacji silnika z komputerem osobistym. Jest nim złącze5-stykowe, do którego dostarczany jest przewód z jednej strony zakończony wtyczką prostą typu Binder, a z drugiej strony złączem miCan-Stick z PC. Łączność odbywa się poprzez port USB. Do uruchomienia i sterowania silnikiem konieczne jest odpowiednie oprogramowanie, które producent dołącza do sprzedawanego produktu. Uruchamiany z komputera interfejs graficzny pozwala na parametryzację we wszystkich trybach.

Oprogramowanie sterujące

Po podłączeniu silnika do komputera na ekranie powinny zostać wyświetlone informacje dotyczące aktualnych parametrów używanego sprzętu. Tryby konfigurowanych operacji są zobrazowane w drzewiastej strukturze, w oknie startowym pojawia się również przycisk bezpieczeństwa, którego użycie powoduje natychmiastowe zatrzymanie wirnika. Wyświetlane są również aktualne informacje na temat pracy silnika. Są one odczytywane i wizualizowane na ekranie w czasie rzeczywistym. Można tam znaleźć takie parametry jak aktualna prędkość, temperatura obudowy, czy też napięcie zasilania. Należy pamiętać, że napięcie zasilania silnika nie zostanie załączone przed nawiązaniem połączenia z komputerem.

Tryby pracy

Po uruchomieniu oprogramowania do dyspozycji jest siedem trybów pracy. Zostały one podzielone na trzy grupy, w których odpowiednio można dokonywać regulacji pozycji, prędkości lub wartości prądu. Poniżej przedstawiono krótki opis charakteryzujący wszystkie z nich.

Standardowy moduł pozycjonowania umożliwia wybór kierunku i prędkości obrotów silnika. Użytkownik musi również zdecydować, czy serwomotor po zatrzymaniu się i w trakcie rozruchu ma być zasilany. Osoba używająca oprogramowania definiuje wartości prądu w trakcie pracy ciągłej oraz wartość prądu szczytowego. Program umożliwia także zaprogramowanie czasu przyspieszania oraz zwalniania rotora (wartości podaje się w ms*min./obr.). Jedną z ważniejszych zalet tego trybu jest zdefiniowanie sześciu pozycji silnika, które po wczytaniu programu będą wybierane przez odpowiednią kombinację wejść cyfrowych.

W krokowym trybie pozycjonowania napęd zachowuje się jak silnik krokowy. Pozycja osi zmienia się wykonując za każdym razem skok o tę samą wartość kąta w jednym lub drugim kierunku. Pozycję definiuje się zatem wprowadzając liczbę skoków, które mają być wykonane.

W trybie pozycjonowania lewo-prawo definiuje się dwa położenia wału silnika, które po przesłaniu programu do regulatora wykonywane są po ustawieniu odpowiednich kombinacji wejść cyfrowych.

W trybie pozycjonowania Modulo istnieje sposobność określenia czternastu pozycji rotora, które wybierane są za pomocą odpowiednich wejść cyfrowych. Silnik ma możliwość pracy w dwóch kierunkach. Dotarcie z jednej pozycji do drugiej odbywa się zawsze po najkrótszej drodze. Regulator wybiera kierunek obrotu tak, aby dotrzeć do punktu docelowego w jak najkrótszym czasie. W powyższych modułach zmienia się tylko sposób pozycjonowania osi wyjściowej. Pozostałe parametry definiuje się w każdym z przypadków tak samo, jak zostało to przedstawione na początku.

W trybie standardowym prędkości najpierw należy zdecydować czy chce się regulować prędkość za pomocą wejścia analogowego czy wejść cyfrowych. Przy użyciu wejść binarnych należy ustalić 3 prędkości, które będą następnie obieralne przez odpowiedni kod. Należy w tym module określić wartości definiujące rampę oraz prądy silnika.

W trybie Multi prędkości definiuje się osiem różnych prędkości, które dalej są wybierane poprzez podanie zer lub jedynek logicznych na wejścia. Pozostałe parametry ustawia się tak samo jak w przypadku standardowej regulacji prędkości. Istnieją jeszcze dwa tryby kontroli prądu i momentu w silniku. Ich działanie jest analogiczne do trybów prędkościowych. Zmienia się jedynie parametr z prędkości na prąd. Do dyspozycji mamy również tryb standardowy oraz Multi.

W przypadku wszystkich opisanych modułów konfigurowalnych na ich wyjściach cyfrowych podawane są informacje na temat ruchu silnika oraz sygnał wystąpienia ewentualnego błędu elektroniki sterującej.

{mospagebreak}

Parametry silników kompaktowych

Silniki serii BG 65 PI wykonywane są w trzech wariantach mocy znamionowej: 50W, 100W, 150W, przy których osiągają odpowiednio momenty znamionowe: 17Ncm, 26Ncm, 40Ncm. Każdy napęd z tej serii zaopatrzony jest standardowo w enkoder o rozdzielczości 2000 impulsów na obrót, który jest zintegrowany w jednej obudowie wraz z regulatorem. Znamionowe napięcia zasilania dla serwomotorów o mocach 50W i 100W wynosi standardowo 24VDC, natomiast dla silnika o mocy 150W konieczne jest wyższe napięcie zasilania o wartości 42VDC. Istnieje możliwość wykonania niestandardowego urządzenia np. o innym napięciu zasilającym, wymiarach osi, wyższym stopniu ochrony, itp. Stopień ochrony BG 65 PI to IP50 i może być podwyższony do IP65. Zalecany zakres temperatury pracy to od 0 do 50˚C. Pozostałe parametry podano w tabeli.

TABELA 1. Przykładowe silniki kompaktowe Alcatel Dunkermotoren
 BG 65x25 PIBG 65x50PIBG 65x75PI
Moc znamionowa50W100W150W
Napięcie znamionowe24VDC24VDC42VDC
Moment znamionowy17Ncm26Ncm40Ncm
Zalecany zakres prędkości1…5000obr./min.1...5000obr./min.1...5000obr./min.
Enkoder2000imp./obr.2000imp./obr.2000imp./obr.
Prąd znamionowy4A5,6A3,5A
Wymiary (bez złącz)65mm x 65mm
L = 160mm
65mm x 65mm
L = 185mm
65mm x 65mm
L = 210mm
Zakres temperatur silnika
(temperatura obudowy)
-20°C do +100°C-20°C do +100° C-20°C do +100° C
Temperatura pracy
(powietrze otoczenia)
0°C do 50°C0°C do 50°C0°C do 50°C
Stopień ochronyIP50IP50IP50
Waga1050g1400g1900g
Podsumowanie

Niewielkie napędy ze zintegrowanymi funkcjami sterującymi zapewniają wysoki komfort pracy i upraszczają instalację. Umożliwiają one również rezygnację z przyłączania zewnętrznych regulatorów, a modularna konstrukcja przyczyna się do tym większej redukcji kosztów ich wykorzystania.

Piotr Augustynek

 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Przywieszki do kabli do zastosowań w trudnych warunkach środowiskowych

2016-12-02   |
Przywieszki do kabli do zastosowań w trudnych warunkach środowiskowych

Nowe poliestrowe przywieszki do kabli B-7598 firmy Brady zaprojektowano do zastosowań w trudnych warunkach środowiskowych. Po zadruku taśmą barwiącą R-6000 zapewniają one odporność na promieniowanie UV, ekstremalnie wysokie i niskie temperatury, pył, deszcz i środki chemiczne.
czytaj więcej

Komputer na zakres temperatur pracy -40...+75°C z mikroprocesorem Core i7 i dwoma slotami PCI

2016-12-02   |
Komputer na zakres temperatur pracy -40...+75°C z mikroprocesorem Core i7 i dwoma slotami PCI

Schweitzer Engineering Laboratories (SEL) powiększa ofertę komputerów przemysłowych rodziny SEL-3360 o nowy model z sufiksem "E" różniący się od wcześniejszych modeli dwoma wbudowanymi slotami dla kart PCI. Jest to komputer bezwentylatorowy o szerokim dopuszczalnym zakresie temperatur pracy od -40 do +75°C, odporny na wyładowania ESD do 15 kV i udary mechaniczne do 15 g.
czytaj więcej

Nowy numer APA