Система управления шаговыми двигателями вибромашины

050714_2112_1-522x340

 

-> Украинская версия <-

 Разработка системы управления шаговыми двигателями

1. Краткое описание и назначение устройства управления шаговыми двигателями

Система управления шаговыми двигателями (далее система управления ШД) предназначена для осуществления управления шаговыми двигателями (далее ШД) в количестве до 3-х единиц с биполярным типом обмотки. Внешний вид платы системы управления ШД показан на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Внешний вид платы системы управления ШД

 

Данная система позволяет осуществлять управление отдельно каждым из ШД с задачей режима коммутации обмоток, момента, затухание тока, скорости и направления вращения. Данные режимы задаются драйвером ШД, описание которого будет представлен в следующем разделе.

На плате предусмотрено четыре АЦП входы и четыре цифровых входа / выхода для возможности подключения, например, датчиков обратной связи или дополнительных элементов управления.

Для локального управления работой системы управления ШД предусмотрено четыре кнопки, каждая из которых выполняет следующие функции навигации по меню управления – это перемещение вверх, перемещение вниз, выбор и шаг назад или отмена соответственно. При включении платы в корпус есть возможность подключения дополнительных внешних кнопок к джамперам размещенных на плате. Для управления системой управления ШД от ПК предусмотрена возможность использования интерфейса RS232.

Данная система управления ШД может быть использована в различных автоматических механотронных или лабораторных устройствах или стендах (несложные станки, системы позиционирования). При использовании определенной компьютерной программы можно реализовывать различные автоматические операции, например гравировка или сверления на трех координатном станке.

 

2. Описание конструкции и электрической части платы управления ШД

В основе электрической схемы системы управления ШД положено контроллер ATmega16-16AC от фирмы Atmel. Его функционал, внутреннее строение и объем памяти позволяют в полной мере реализовывать данную систему. Для его программирования на плате предусмотрен специальный разъем.

В качестве драйвера ШД избран TB6560AHQ от Toshiba. Данный драйвер представляет собой систему управления ШД с биполярной обмоткой с достаточно широкими возможностями, к которым относятся:

  • Режим коммутации обмоток;
  • Момент;
  • Затухание;
  • Направление вращения;
  • Скорость.

Режим коммутации обмоток предусматривает четыре варианта:

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

Первые два – это полно-шаговый или двухфазный режим и полу- шаговый режим коммутации соответственно, последние два представляют собой варианты микро- шаговый синусоидального управления.

Момент ШД задается в процентном отношение относительно максимального тока ограничения и предусматривает следующие варианты:

  • 100%;
  • 75%;
  • 50%;
  • 20%.

Затухание тока также задается в процентном соотношении и предусматривает следующие варианты:

  • 0%;
  • 25%;
  • 50%;
  • 100%.

Направление вращения задается уровнем на выводе CW/CCW, а скорость – входной частотой на выводе CLK.

Данный драйвер предусматривает также задача максимального тока ограничения для ШД. Пиковый ток для данного типа драйвера составляет 3.5А, максимальное рабочее напряжение ШД – 40В.

На плате система управления ШД размещены три таких драйвера, каждый из которых управляется через I2C мост PCF8574AT для экономии выводов контроллера. Для отображения интерфейса пользователя предусмотрено подключение срочного дисплея, в текучей версии это WH1604B-YGH-CT от Winstar, также управляется через I2C мост PCF8574AT.

Также для индикации различных режимов и аварий предусмотрено четыре светодиода.

Сама печатная плата системы управления ШД реализована в двухслойном исполнении с защитным покрытием (маской). На верхнем слое (слой монтажа) находится большинство сигнальных соединений, другой слой залит в основном полигонами питания (рисунок 2).

 

Рисунок 2. Полигонная заливка нижнего слоя платы системы управления шаговым двигателем.

 

3. Описание работы программы управления

В текущей версии системы управления ШД был реализован со следующими пунктами меню управления:

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

Пункт меню “НАЛАШТУВАННЯ” предусматривает задания для каждого из двигателей параметров и режимов работы, предусмотренных драйвером ШД.

Пункт меню “ТЕСТ ДВИГУНА” дает возможность запустить выбранный двигатель с предварительно заданными режимом и параметрами, а также изменять скорость вращения. Данный пункт предусмотрен исключительно для демонстрации ШД в различных режимах работы.

Пункт меню “ЗБЕРЕЖЕННЯ” позволяет делать сохранения запрограммированных настроек или режимов в энергонезависимую память или вычитка их. Пункт предусмотрен для запоминания заданных настроек и их использования при следующих включениях платы системы управления ШД.

Пункт меню “IНФОРМАЦIЯ” предусматривает отражение дополнительной текстовой информации о самом стенде или работе, в которой используется данная система управления ШД.

Пункт меню “РЕЖИМИ” предусматривает дополнительные настройки, такие как включение / выключение подсветки дисплея и тестирования уровней на аналоговых и цифровых входах платы системы управления ШД.

Пункт меню “ЗАПУСК” был предусмотрен для запуска на выполнение характерного алгоритма, который был реализован для текучей версии платы системы управления ШД.

 

4. Применение разработанной системы управления двигателями

Предложенная система управления ШД является составной частью исследовательского стенда, представляющего собой специализированный вибростенд, в котором шаговые двигатели используются для позиционирования грузов противовеса. Данный стенд был разработан коллективом студентов во время учебы в Хмельницком Национальном Университете.

Автор: Сергей Корсун, ХНУ (2010 г. вып.), г. Хмельницк.