K 454a

Wieloosiowy sterownik silników krokowych do MACH2

Nowy Elektronik454 -K

Układ umożliwia sterowanie bipolarnymi silnikami krokowymi. Można podłączyć do niego maksymalnie cztery silniki. Napięcie zasilania silników jest do 46V, a prąd cewek do 2A. Można obsługiwać go ręcznie lub automatycznie z dowolnego procesora lub komputera. Przeznaczony jest do sterowania cyfrowego maszyn napędzanych silnikami krokowymi.

Elektronika w połączeniu z mechaniką daje ogromne możliwości. Na świecie od dawna stosowane są maszyny sterowane elektronicznie. Podstawą sterowania maszynami są siłowniki i silniki. Do takich celów najwygodniejszym silnikiem jest silnik krokowy. W odróżnieniu od silników liniowych, które do pracy wymagają przyłożenia odpowiedniego napięcia. sterowanie silnikiem krokowym jest bardziej skomplikowane. Jego charakterystyczną cechą jest możliwość ustalania położenia wirnika w wyznaczonym i wcześniej określonym położeniu. Silnik taki nie obraca się bez przerwy. Jego budowa różni się od silników liniowych, ale zasada wykorzystania pola elektromagnetycznego jest taka sama. Czysta ciekawość działania silników krokowych w praktyce spowodowała zainteresowanie się budową urządzenia sterującego nimi. W ten sposób powstał nasz projekt.

Budowa i działanie

Przeglądając strony internetowe napotkaliśmy dużo ciekawych i praktycznych informacji na temat sterowania silnikami krokowymi. Są firmy produkujące specjalistyczne elementy elektroniczne przystosowane już do tego celu. Przeglądając firmowe dokumentacje techniczne wybraliśmy najprostsze i najpopularniejsze z nich i zastosowaliśmy w naszym sterowniku. Jest to typowa aplikacja zalecana przez pfoducenta z małymi modyfikacjami. Elementy te to układy scalone L297{U1) - układ logiki i L298(U2) - driver. Układ logiki posiada wyprowadzenia wejściowych sygnałów sterujących odpowiadających za wyzwalanie ruchu, zmianę kierunku ruchu, włączanie zasilania i zmianę gęstości kroków oraz synchronizację pracy, a także wyjściowych sygnałów sterujących driver*em i zwrotną kontrolę prądu cewek silnika. Driver to układ elementów przełączających kierunek i wartość prądu w cewkach silnika. Istnieje wiele typów silników krokowych. Różnią się one ilością cewek, ilością przypadających kroków na pełny obrót, kształtem, mocą, a także napięciem zasilania. Generalnie dzielą się one na silniki bipolarne najczęściej z dwoma cewkami i unipolarne z czterema. W zależności od tego stosuje się odpowiedni driver. W naszym przypadku zastosowaliśmy silnik bipolarny przystosowany do pracy z tym driver'em. Układ L298 to podwójny peł-nomostkowy sterownik bipolarnych silników krokowych. Jego napięcie zasilania to max. 46V dla cewek oraz prąd pracy dla pojedynczej sekcji ok. 2A i max. 7V - zasilanie części cyfrowej. Moc tracona wynosi 25W. Wyprowadzenia układu to: wejściowe sygnały sterujące IN 1, IN2 - włączenie/wy-łączenie napięcia na poszczególnych gałęziach mostka, ENA

-    włączenie/wyłączenie zasilania całej sekcji, wyjściowe sygnały sterujące OUT 1 {Al). OUT2(A2) - gałęzie mostka, SEN A

-    kontrola wartości prądu cewek, jako odwzorowanie napięcia na dodatkowych rezystorach zewnętrznych R7 i R8.

Dla drugiej sekcji funkcje wyprowadzeń są analogiczne. Rezystory mają wartość 1 ohm/1W i są połączone równolegle, aby uzyskać wartość 0,5 ohm/2W. W ten sposób zmniejszone zostały rozmiary płytki przy zachowaniu parametrów rezystorów. Do każdej gałęzi mostka podłączone są dwie diody przełączające. Jedna względem dodatniego bieguna zasilania, a druga względem masy. Zabezpieczają one układ przed wysokim napięciem samoindukcji cewek silnika, a także poprawiają sprawność działania. Widać to szczególnie podczas rozpoczynania i kończenia ruchu, który jest bardziej dynamiczny, a drgania wirnika są bardziej wytłumione. Kondensatory C3 i C4 tworzą filtr i akumulator energii niezbędny