Система керування кроковими двигунами

050714_2112_1-522x340

-> Русская версия <-

Проект «Система керування кроковими двигунами» для вібромашини

1. Короткий опис та призначення пристрою керування кроковими двигунами

Система керування кроковими двигунами (далі система керування КД) призначена для здійснення управління кроковими двигунами (далі КД) в кількості до 3-х одиниць з біполярним типом обмотки. Зовнішній вигляд плати системи керування КД показаний на рисунку 1.

 

Рисунок 1. Зовнішній вигляд плати системи керування кроковими двигунами

 

Дана система дозволяє здійснювати керування окремо кожним з двигунів з завданням режиму комутації обмоток, моменту, згасання струму, швидкості та напрямку обертання. Дані режими задаються драйвером КД, опис якого буде представлений в наступному розділі.

На платі передбачено чотири АЦП входи та чотири цифрових входи / виходи для можливості підключення, наприклад, датчиків зворотного зв’язку або додаткових елементів керування.

Для локального керування роботою системою керування КД передбачено чотири кнопки, кожна з яких виконує наступні функції навігації по меню керування – це переміщення вверх, переміщення вниз, вибір та крок назад або відміна відповідно. При включенні плати в корпус є можливість підключення додаткових зовнішніх кнопок до джамперів розміщених на платі. Для керування системою керування КД від ПК передбачена можливість використання інтерфейсу RS232.

Дана система керування КД може бути використана в різноманітних автоматичних механотронних або лабораторних пристроях або стендах (нескладні станки, системи позиціонування). При використанні певної комп’ютерної програми можна реалізовувати різноманітні автоматичні операції, наприклад гравірування або свердління на трьох координатному станку.

 

2. Опис конструкції та електричної частини плати керування кроковими двигунами

 

В основі електричної схеми системи керування КД покладено контролер ATmega16-16AC від фірми Atmel. Його функціонал, внутрішня будова та об’єм пам’яті дозволяють в повній мірі реалізовувати дану систему. Для його програмування на платі передбачений спеціальний роз’єм.

В якості драйвера КД обрано TB6560AHQ від Toshiba. Даний драйвер представляє собою систему керування КД з біполярною обмоткою з досить широкими можливостями, до яких відносяться:

  • Режим комутації обмоток;
  • Момент;
  • Згасання;
  • Напрямок обертання;
  • Швидкість.

Рижим комутації обмоток передбачає чотири варіанти:

  • 2-phase;
  • 1-2-phase;
  • 4W1-2-phase;
  • 2W1-2-phase.

Перші два – це повно-кроковий або двофазний режим і напівкроковий режим комутації відповідно, останні два представляють собою варіанти мікрокрокового синусоїдального керування.

Момент двигуна задається в відсотковому відношення відносно максимального струму обмеження і передбачає наступні варіанти:

  • 100%;
  • 75%;
  • 50%;
  • 20%.

Згасання струму також задається в відсотковому відношення і передбачає наступні варіанти:

  • 0%;
  • 25%;
  • 50%;
  • 100%.

Напрямок обертання задається відповідним рівнем на піні (виводи) CW / CCW, а швидкість – вхідною частотою на піні CLK.

Даний драйвер передбачає також завдання максимального струму обмеження для двигуна. Піковий струм для даного типу драйвера складає 3.5А, максимальна робоча напруга двигуна – 40В.

На платі система керування КД розміщено три таких драйвера, кожен з яких керується через I2C міст PCF8574AT для економії виводів контролера. Для відображення інтерфейсу користувача передбачено підключення строкового дисплея, в текучій версії це WH1604B-YGH-CT від Winstar, що також керується через I2C міст PCF8574AT.

Також для індикації різноманітних режимів та аварій передбачено чотири світлодіоди.

Сама друкована плата системи керування КД реалізована в двохшаровому виконанні з захисним покриттям (маскою). На верхньому шарі (шар монтажу) розміщено більшість сигнальних з’єднань, інший шар залитий в основному полігонами живлення (рисунок 2).

 

Рисунок 2. Полігонна заливка нижнього шару плати системи керування КД.

 

3. Опис роботи програми керування

 

В поточній версії системи керування КД був реалізований з наступними пунктами меню керування:

  • “НАЛАШТУВАННЯ”;
  • “ТЕСТ ДВИГУНА”;
  • “ЗБЕРЕЖЕННЯ”;
  • “IНФОРМАЦIЯ”;
  • “РЕЖИМИ”;
  • “ЗАПУСК”.

Пункт меню “НАЛАШТУВАННЯ” передбачає завдання для кожного з двигунів параметрів та режимів роботи, що передбачені драйвером КД.

Пункт меню “ТЕСТ ДВИГУНА” дає можливість запустити обраний двигун з попередньо заданими режимом та параметрами, а також змінювати швидкість обертання. Даний пункт передбачений винятково для демонстрації КД в різних режимах роботи.

Пункт меню “ЗБЕРЕЖЕННЯ” дозволяє робити збереження попередньо заданих налаштувань або режимів в енергонезалежну пам’ять або вичитування їх. Пункт передбачений для запам’ятовування заданих налаштувань і їхнього використання при наступних ввімкненнях плати системи керування КД.

Пункт меню “IНФОРМАЦIЯ” передбачає відображення додаткової текстової інформації про сам стенд чи роботу в якій використовується дана система керування КД.

Пункт меню “РЕЖИМИ” передбачає додаткові налаштування, такі як ввімкнення / вимкнення підсвічування дисплея та тестування рівнів на аналогових та цифрових входах плати системи керування КД.

Пункт меню “ЗАПУСК” був передбачений для запуску на виконання характерного алгоритму, що був реалізований для текучої версії плати системи керування КД.

 

4. Застосування розробленої системи керування кроковими двигунами

Запропонована система керування кроковими двигунами є складовою частиною дослідного стенду, що представляє собою спеціалізовану вібромашину, в якій крокові двигуни використовуються для позиціювання вантажів противаги. Даний стенд був розроблений колективом авторів-студентів під час навчання в Хмельницькому Національному Університеті.

 

Автор: Сергій Корсун, ХНУ (2010 р. вип.), місто Хмельницький.