Sterowniki Przemysłowe
Laboratorium
Stanowisko  Segregowanie nakrętek
Opis działania oraz zadania do samodzielnego wykonania
WPROWADZENIE
Sterowanie silnika krokowego przez PLC
Silnik krokowy nazywany też skokowym obraca swój wał o kąt zależny od ilości impulsów
podawanych na jego uzwojenia. Dzięki temu, że zależność ta jest wprost proporcjonalna, to prędkość
obrotowa silnika krokowego jest również wprost proporcjonalna do częstotliwości impulsów
podawanych na uzwojenia silnika. Ponieważ położenie wału jest bezpośrednim odzwierciedleniem
stanu napięć na uzwojeniach silnika, to możliwe jest sterowanie silnikiem w torze otwartym. Ponadto
silnik taki może nie poruszać się i mieć zasilone uzwojenia. Podczas takiego stanu silnik pracuje z
pełnym momentem i utrzymuje pozycję zadaną. Dzięki temu nie ma obawy, że obciążenie na wale
obróci wał podczas przerwy w ruchu, jak to się dzieje w przypadku większości innych silników
elektrycznych.
Dzięki swoim specyficznym możliwościom takim jak: dokładne pozycjonowanie, praca z
pełnym momentem przy małych prędkościach, czy praca w torze otwartym silniki krokowe znalazły
wiele zastosowań. Można je często spotkać w zautomatyzowanych maszynach przemysłowych takich
jak obrabiarki CNC, automatycznych liniach produkcyjnych w przemyśle, technice medycznej, czy też
w samochodach. Silniki krokowe stosowane są także powszechnie w sprzęcie komputerowym,
między innymi w dyskach twardych, napędach dyskietek, napędach nośników optycznych CD, DVD,
BD, drukarkach i skanerach. W każdym komputerze można znalez
ć więc co najmniej kilka silników
krokowych.
Zasada działania i rodzaje silników krokowych
Ruch wału w silniku krokowym następuje dzięki przyciąganiu i odpychaniu się biegunów
magnetycznych stojana i rotora. Silniki krokowe można podzielić na grupy ze względu na różnorodne
cechy. Ze względu na różną budowę można wyróżnić silniki krokowe: z magnesem stałym, o zmiennej
reluktancji oraz hybrydowe.
Rys. 1. Silnik z magnesem stałym
Silnik z magnesem stałym
Silnik krokowy z magnesem stałym pokazany na rysunku 1 posiada rotor
Silnik krokowy z magnesem stałym pokazany na rysunku 1 posiada rotor w postaci
walcowego magnesu. Magnes ten zawiera stałe bieguny magnetyczne ułożone w sposób
walcowego magnesu. Magnes ten zawiera stałe bieguny magnetyczne ułożone w sposób
walcowego magnesu. Magnes ten zawiera stałe bieguny magnetyczne ułożone w sposób
naprzemienny wzdłuż jego własnej osi obrotu. Stojan natomiast posiada uzwojenia, które tworzą
zemienny wzdłuż jego własnej osi obrotu. Stojan natomiast posiada uzwojenia, które tworzą
zemienny wzdłuż jego własnej osi obrotu. Stojan natomiast posiada uzwojenia, które tworzą
zmienne bieguny magnetyczne gdy są zasilone. Dzięki wzajemnemu oddziaływaniu (przyciągani i
zmienne bieguny magnetyczne gdy są zasilone. Dzięki wzajemnemu oddziaływaniu (przyciągani i
zmienne bieguny magnetyczne gdy są zasilone. Dzięki wzajemnemu oddziaływaniu (przyciągani i
odpychaniu) stałych i zmiennych biegunów magnetycznych zachodzi ruch.
odpychaniu) stałych i zmiennych biegunów magnetycznych zachodzi ruch.
Rys. 2. Silnik o zmiennej reluktancji
Silnik o zmiennej reluktancji
Silnik krokowy o zmiennej reluktancji pokazany został na rysunku .2. Stojan takiego silnika
Silnik krokowy o zmiennej reluktancji pokazany został na rysunku Stojan takiego silnika
zbudowany jest podobnie do stojana silnika z magnesem stałym. Posiada on uzwojenia, które tworzą
zbudowany jest podobnie do stojana silnika z magnesem stałym. Posiada on uzwojenia, które tworzą
zmienne bieguny magnetyczne gdy są zasilone. Natomiast rotor posiada zęby i wykonany jest z
gdy są zasilone. Natomiast rotor posiada zęby i wykonany jest z
materiału magnetycznie miękkiego. Ruch w tym rodzaju silnika krokowego powstaje
materiału magnetycznie miękkiego. Ruch w tym rodzaju silnika krokowego powstaje
materiału magnetycznie miękkiego. Ruch w tym rodzaju silnika krokowego powstaje w wyniku
ciągłego dążenia zębów rotora do ustawienia się w jednej linii z biegunami magnetycznymi stojana.
ciągłego dążenia zębów rotora do ustawienia z biegunami magnetycznymi stojana.
Rotor poruszają się w celu zmniejszenia oporu magnetycznego (reluktancji) występującego między
Rotor poruszają się w celu zmniejszenia oporu magnetycznego (reluktancji) występującego między
aktualnie zasilonymi uzwojeniami silnika.
aktualnie zasilonymi uzwojeniami silnika.
Rys. 3. Silnik hybrydowy
Silnik krokowy hybrydowy pokazany został na rysunku 3. Jest on połączeniem obydwu
Silnik krokowy hybrydowy pokazany został na rysunku 3. Jest on połączeniem obydwu
wcześniej omówionych rodzajów silników krokowych. Stojan takiego silnika posiada bieguny
wcześniej omówionych rodzajów silników krokowych. Stojan takiego silnika posiada bieguny
wcześniej omówionych rodzajów silników krokowych. Stojan takiego silnika posiada bieguny
wyposażone w zęby. Natomiast rotor jest pojedynczym magnesem stałym i ma tylko
wyposażone w zęby. Natomiast rotor jest pojedynczym magnesem stałym i ma tylko dwa bieguny
wyposażone w zęby. Natomiast rotor jest pojedynczym magnesem stałym i ma tylko
magnetyczne na swych końcach. Rotor wyposażony jest także w zęby, podobne do tych na stojanie.
magnetyczne na swych końcach. Rotor wyposażony jest także w zęby, podobne do tych na stojanie.
magnetyczne na swych końcach. Rotor wyposażony jest także w zęby, podobne do tych na stojanie.
Ruch w tym rodzaju silnika krokowego powstaje w wyniku oddziaływania stałego pola
Ruch w tym rodzaju silnika krokowego powstaje w wyniku oddziaływania stałego pola
Ruch w tym rodzaju silnika krokowego powstaje w wyniku oddziaływania stałego pola
magnetycznego magnesu rotora oraz zmiennego pola magnetycznego uzwojeń stojana, w wyniku
magnetycznego magnesu rotora oraz zmiennego pola magnetycznego uzwojeń stojana, w wyniku
czego powstaje ciągłe dążenie zębów rotora i stojana do ustawienia się w jednej linii. Ponieważ liczba
czego powstaje ciągłe dążenie zębów rotora i stojana do ustawienia się w jednej linii. Ponieważ liczba
czego powstaje ciągłe dążenie zębów rotora i stojana do ustawienia się w jednej linii. Ponieważ liczba
i wzajemne odległości między zębami rotora i stojana są różne, nie istnieje więc położenie w którym
i wzajemne odległości między zębami rotora i stojana są różne, nie istnieje więc położenie w którym
i wzajemne odległości między zębami rotora i stojana są różne, nie istnieje więc położenie w którym
wszystkie zęby rotora i stojana us Pod wpływem kolejnych impulsów rotor
ora i stojana ustawiły by się w jednej linii. Pod wpływem kolejnych impulsów rotor
wykonuje kolejne skoki o bardzo niewielki kÄ…t. Silnik krokowy hybrydowy Å‚Ä…czy zalety silnika
wykonuje kolejne skoki o bardzo niewielki kÄ…t. Silnik krokowy hybrydowy Å‚Ä…czy zalety silnika
wykonuje kolejne skoki o bardzo niewielki kÄ…t. Silnik krokowy hybrydowy Å‚Ä…czy zalety silnika
krokowego z magnesem stałym ncji, ale z racji bardzo
krokowego z magnesem stałym i silnika krokowego o zmiennej reluktancji, ale z racji bardzo
skomplikowanej budowy jest od nich droższy.
skomplikowanej budowy jest od nich droższy.
Silniki krokowe można dzielić także ze względu na rodzaj ruchu. Poza silnikami krokowymi o
Silniki krokowe można dzielić także ze względu na rodzaj ruchu. Poza silnikami krokowymi o
Silniki krokowe można dzielić także ze względu na rodzaj ruchu. Poza silnikami krokowymi o
ruchu obrotowym dostępne na rynku są również silniki krokowe o ruchu liniowym.
ruchu obrotowym dostępne na rynku są również silniki krokowe o ruchu liniowym.
ruchu obrotowym dostępne na rynku są również silniki krokowe o ruchu liniowym. Liniowe silniki
krokowe można zastosować wszędzie tam, gdzie potrzebny jest kontrolowany ruch liniowy. Silniki te
rokowe można zastosować wszędzie tam, gdzie potrzebny jest kontrolowany ruch liniowy. Silniki te
rokowe można zastosować wszędzie tam, gdzie potrzebny jest kontrolowany ruch liniowy. Silniki te
w tym zastosowaniu wykazują lepsze właściwości niż silniki krokowe obrotowe wyposażone w
w tym zastosowaniu wykazują lepsze właściwości niż silniki krokowe obrotowe wyposażone w
w tym zastosowaniu wykazują lepsze właściwości niż silniki krokowe obrotowe wyposażone w
przekładnię zamieniającą ruch obrotowy na liniowy.
przekładnię zamieniającą ruch obrotowy na liniowy.
Najbardziej znaczącym z punktu widzenia użytkownika podziałem silników krokowych jest ich
cym z punktu widzenia użytkownika podziałem silników krokowych jest ich
cym z punktu widzenia użytkownika podziałem silników krokowych jest ich
podział ze względu na budowę uzwojeń. Według tego podziału dzieli się je na bipolarne i unipolarne.
podział ze względu na budowę uzwojeń. Według tego podziału dzieli się je na bipolarne i unipolarne.
podział ze względu na budowę uzwojeń. Według tego podziału dzieli się je na bipolarne i unipolarne.
Silniki krokowe bipolarne posiadają dwa uzwojenia, które są zasilane impulsami z prz
Silniki krokowe bipolarne posiadają dwa uzwojenia, które są zasilane impulsami z prz
Silniki krokowe bipolarne posiadają dwa uzwojenia, które są zasilane impulsami z przemienną
biegunowością. Unipolarne silniki krokowe posiadają cztery uzwojenia, które są zasilane impulsami ze
biegunowością. Unipolarne silniki krokowe posiadają cztery uzwojenia, które są zasilane impulsami ze
biegunowością. Unipolarne silniki krokowe posiadają cztery uzwojenia, które są zasilane impulsami ze
stałą biegunowością. Różnica w sterowaniu uzwojeń tych dwóch rodzajów silników wymaga
stałą biegunowością. Różnica w sterowaniu uzwojeń tych dwóch rodzajów silników wymaga
stałą biegunowością. Różnica w sterowaniu uzwojeń tych dwóch rodzajów silników wymaga
stosowania odrębnych, dedykowanych dla danego rodzaju silnik obwodów mocy (wzmacniaczy).
stosowania odrębnych, dedykowanych dla danego rodzaju silników obwodów mocy (wzmacniaczy).
Sterowanie ruchem silników krokowych
Silniki krokowe sterowne są za pomocą ciągów impulsów podawanych na poszczególne fazy
(uzwojenia). Ciągi impulsów mogą być generowane na różne sposoby. Powszechnie stosowane są
cztery rodzaje sterowania silnikami krokowymi. Są to sterowanie falowe nazywane również
jednofazowym, pełnokrokowe nazywane także dwufazowym, półkrokowe oraz mikrokrokowe.
Rys. 4. Falowe sterowanie silnika krokowego: a) unipolarnego; b) bipolarnego
Sterowanie falowe przedstawione na rysunku 4, które nazywane jest też jednofazowym
cechuje się tym, że zawsze włączone jest tylko jedno uzwojenie (faza) silnika.
Rys. 5. Sekwencja impulsów sterujących podczas falowego sterowania silnika krokowego: a)
unipolarnego; b) bipolarnego
Aby uzyskać takie sterowanie układ sterujący silnikiem musi wygenerować sekwencję
impulsów przedstawioną na rysunku 5. Na rysunku tym widać także pochodzenie nazwy tego
sterowania. Nazywa się je falowym ponieważ impulsy sterujące na wykresie czasowym tworzą jakby
przesuwajÄ…cÄ… siÄ™ falÄ™.
Rys. 6. Pełnokrokowe sterowanie silnika krokowego: a) unipolarnego; b) bipolarnego
Pełnokrokowe sterowanie nazywane jest też dwufazowym, ponieważ podczas pracy silnika
krokowego z takim sterowaniem zawsze zasilone są dwa uzwojenia (fazy) silnika. Długość
pojedynczego kroku jest identyczna jak przy sterowaniu falowym, ale z racji zasilenia dwóch uzwojeń
jednocześnie zamiast jednego, silnik osiąga dwa razy większy moment.
Rys. 7. Sekwencja impulsów sterujących podczas sterowania pełnokrokowego silnika
krokowego: a) unipolarnego; b) bipolarnego
By móc uzyskać takie sterowanie układ sterujący silnikiem musi wygenerować sekwencję
impulsów przedstawioną na rysunku 4.7. Na wykresach widać, że zasilone są zawsze dwie fazy, przez
co impulsy sterujące są dwa razy dłuższe niż przy sterowaniu falowym.
Rys. 8. Półkrokowe sterowanie silnika krokowego: a) unipolarnego; b) bipolarnego: a)
unipolarnego; b) bipolarnego
Sterowanie półkrokowe łączy w sobie sterowanie falowe i pełnokrokowe. Silnik podczas
takiego sterowania osiąga osiem różnych stanów. Są to naprzemiennie występujące stany
występujące we wcześniej omówionych rodzajach sterowania. W wyniku takiego sterowania silnik
wykonuje o połowę krótsze kroki przechodząc kolejno między stanami, gdy ma zasilone dwa albo
jedno uzwojenie. Dzięki o połowę krótszym krokom można uzyskać dwa razy więcej pozycji w których
może zatrzymać się silnik krokowy. Krótsze kroki zwiększają także płynność pracy silnika, a przez to
zmniejszają drgania i hałas towarzyszące pracy silnika.
Rys. 9. Sekwencja impulsów sterujących podczas sterowania półkrokowego silnika
krokowego: a) unipolarnego; b) bipolarnego
Sterowanie takie można uzyskać generując sekwencję impulsów przedstawioną na rysunku 9.
Na wykresach widać, że zasilone są naprzemiennie albo dwie, albo jedna faza, przez co impulsy
sterujące są trzy razy dłuższe niż przy sterowaniu falowym.
Rys.10. Sekwencja impulsów sterujących podczas sterowania mikrokrokowego silnika
krokowego: a) unipolarnego; b) bipolarnego
Sterowanie mikrokrokowe w odróżnieniu od trzech wcześniej omówionych wymaga bardziej
zaawansowanego układu sterowania. Układ ten musi być w stanie wytwarzać na swoich wyjściach
napięcia o różnych poziomach. Sekwencję sterującą pokazaną na rysunku 10 potrzebną do
sterowania mikrokrokowego uzyskuje siÄ™ na podstawie sinusoidy i kosinusoidy dzielÄ…c je co pewien
stały okres czasu na odcinki i przypisując do każdego impulsu poziom napięcia z początku odcinka.
Przykładowe sterowanie (rys. 10) przedstawione zostało dla mikrokoku 1/16. Oznacza to, że zamiast
pojedynczego kroku otrzymuje się 16 mikrokroków. Dzięki sterowaniu mikrokrokowemu uzyskuje się
dużo większą płynność działania silnika oraz mniejszy hałas i drgania towarzyszące jego pracy.
Ponieważ silnik wykonuje mikrokroki uzyskuje się także dodatkowe położenia w których silnik może
się zatrzymać mając zasilone uzwojenia.
Możliwości sterowania silnika krokowego poprzez sterownik PLC
Sterowniki PLC mają duże możliwości generowania impulsów o określonym czasie trwania.
Powoduje to, że świetnie nadają się do sterowania silnikami krokowymi, które wymagają właśnie
takich impulsów sterujących. Ponieważ obciążalność prądowa wyjść sterowników PLC nie jest duża,
nie można bezpośrednio przyłączyć ich do uzwojeń silnika krokowego. Dlatego pomiędzy sterownik i
silnik krokowy należy włączyć układ pośredniczący  wzmacniacz mocy. Wzmacniacz ten musi
posiadać tyle kanałów ile uzwojeń posiada silnik krokowy. Każdy kanał musi być w stanie dostarczyć
do silnika krokowego tyle mocy ile wymaga pojedyncze uzwojenie. Należy uwzględnić także pewną
nadwyżkę mocy stanowiącą zapas bezpieczeństwa. Sterownik, wzmacniacz i silnik krokowy tworzą
otwarty układ sterowania. Rysunek 11 przedstawia przykładowe takie układy. Ponieważ istnieją różne
silniki krokowe oraz różne sposoby sterowania, istnieją także różne rodzaje wzmacniaczy.
Rys. 11. Układ sterowania silnika krokowego poprzez sterownik PLC: a) unipolarnego ze
sterowaniem falowym; b) bipolarnego ze sterowaniem falowym; c) unipolarnego ze sterowaniem
mikrokrokowym; d) bipolarnego ze sterowaniem mikrokrokowym
Układ ze wzmacniaczem dedykowanym do pracy z silnikiem krokowym unipolarnym
sterowanym falowo (a także pełnokrokowo i półkrokowo) przedstawia rysunek 11a. Wzmacniacz taki
jest wzmacniaczem czterokanałowym, a każdy kanał sterowany jest przez jedno wyjście cyfrowe
sterownika PLC. Każdy kanał takiego wzmacniacza zbudowany jest w oparciu o jeden tranzystor mocy
i bierne elementy współpracujące. Tranzystor w tym układzie pełni rolę elektronicznego
przełącznika, czyli pracuje w dwóch skrajnych przypadkach pełnego przewodzenia oraz pełnego
zablokowania. Dzięki temu na wyjściach wzmacniacza pojawiają się napięcia bliskie napięciu zasilania
lub napięcia bliskie zeru. Uzwojenia silnika krokowego w układzie z tym wzmacniaczem wpięte są
między wyjścia kanałów wzmacniacza i masę całego układu, dlatego napięcia na tych uzwojeniach są
zawsze jednokierunkowe (unipolarne). Właśnie od unipolarności napięć zasilających silnik krokowy z
czterema uzwojeniami z jednym wspólnym wyprowadzeniem pochodzi jego nazwa.
Rys. 12. Przykładowa struktura mostka H
Układ ze wzmacniaczem dedykowanym do pracy z silnikiem krokowym bipolarnym
sterowanym falowo (a także pełnokrokowo i półkrokowo) przedstawia rysunek 11b. Wzmacniacz taki
jest wzmacniaczem dwukanałowym, a każdy kanał sterowany jest przez dwa wyjścia cyfrowe
sterownika PLC. Każdy kana takiego wzmacniacza zbudowany jest w oparciu o cztery tranzystor mocy
tworzące tak zwany  mostek H (rys. 12), bierne elementy współpracujące oraz układ logiczny
sterujący tranzystorami. Tranzystory w tym układzie podobnie jak w omówionym powyżej
wzmacniaczu pełnią rolę elektronicznych przełączników. Mostek H na podstawie sygnałów od układu
logicznego może przyjmować trzy stany. W pierwszym stanie przewodzą dwa tranzystory, T1 i T4.
Dzięki temu na wyjściu kanału wzmacniacza pojawiają się napięcie bliskie napięciu zasilania. W
drugim stanie przewodzą tranzystory, T2 i T3. Dzięki temu na wyjściu kanału wzmacniacza pojawiają
się napięcie bliskie napięciu zasilania, ale o przeciwnej biegunowości. W przypadku trzeciego stanu
nie przewodzi żaden tranzystor, a na wyjściu nie ma napięcia. Uzwojenia silnika krokowego w
układzie z tym wzmacniaczem są zasilane napięciem dwukierunkowym (bipolarnym). Od bipolarności
napięć zasilających silnik krokowy z dwoma uzwojeniami pochodzi nazwa tego silnika krokowego.
By móc sterować silnikiem krokowym w sposób mikrokrokowy (rys. 11c i 11d) sterownik PLC
musi posiadać wyjścia analogowe, które dostarczą do wzmacniacza sygnały o różnych poziomach
napięć. Wzmacniacz przeznaczony do pracy mikrokrokowej nie może pełnić roli elektronicznego
przełącznika dwóch lub trzech stanów jak to ma miejsce w przypadku omówionych powyżej
wzmacniaczy. Wzmacniacz taki musi posiadać linową charakterystykę przenoszenia (Uwy = f(Uwe)), by
poprawnie odwzorować sygnały trafiające do niego ze sterownika PLC, na sygnały przeznaczone dla
silnika krokowego. Wzmacniacz przeznaczony do pracy z silnikiem unipolarnym jest wzmacniaczem
czterokanałowym działającym na zasadzie podanej powyżej. Do pracy z silnikiem bipolarnym
przeznaczony jest wzmacniacz dwukanałowy posiadający możliwość wystawienia na swoim wyjściu
napięcia dwukierunkowego, może to być wzmacniacz w układzie mostkowym wzbogacony o
odpowiedni układ logiczny. Wzmacniacz w układzie mostkowym zbudowany jest w rzeczywistości z
dwóch identycznych wzmacniaczy. Jeden z nich wzmacnia niezmieniony sygnał, a drugi sygnał
odwrócony, a sygnał wyjściowy uzyskuje się pomiędzy ich wyjściami.
 Konstrukcja i zasada pracy stanowiska segregujÄ…cego
Cały system segregujący można podzielić na trzy zasadnicze części: układ sterujący, część
elektroniczną oraz sekcję mechaniczną. Strukturę całego sytemu przedstawia rysunek 13.
Program zapisany w sterowniku PLC pobiera informacje z wejść sterownika. Na podstawie
stanu wejść algorytm (opisany szerzej w dalszej części instrukcji) decyduje o stanie wyjść sterownika i
w ten sposób steruje całym systemem.
Rys. 13. Schemat blokowy systemu segregujÄ…cego
Rys. 14. Sekcja mechaniczna urzÄ…dzenia segregujÄ…cego
Część elektroniczna pośredniczy między sterownikiem PLC, a sekcją wykonawczą zawartą w
układzie mechanicznym. Zawiera ona układ realizujący wyjścia cyfrowe sensora koloru. Znajdują się
tam również dwa wzmacniacze zasilające silnik krokowy i silnik prądu stałego. Elementem sterującym
pracą systemu segregującego są przyciski  START i  STOP , które przyłączone do wejść cyfrowych
sterownika inicjują i zakańczają proces segregacji.
Sekcja mechaniczna systemu segregującego została przedstawiona na rysunku 14. Działanie
tej części dobrze obrazuje ścieżka ruchu kolorowych nakrętek od prowadnicy do zbiorników na
posegregowane nakrętki (rys. 13). Nakrętki poukładane wstępnie na prowadnicy ustawionej pod
kÄ…tem 45° (za pomocÄ… podpory) zsuwajÄ… siÄ™ pod wpÅ‚ywem grawitacji w stronÄ™ sensora koloru
umieszczonego na jej końcu. Algorytm (przedstawiony w dalszej części) na podstawie informacji z
sensora steruje silnikiem krokowym, oraz silnikiem prądu stałego. Silniki te poruszając elementami
zamocowanymi na ich wałach przemieszczają nakrętki do odpowiednich zbiorników. Jeśli
przemieszczana ma być nakrętka czerwona, to silnik krokowy wykonuje obrót w lewo kierując ją do
lewego zbiornika. Gdy potrzeba przemieścić niebieską nakrętkę, to silnik krokowy obraca się w prawo
skierowując ją do prawego zbiornika. Natomiast kiedy przemieszczana jest nakrętka żółta silnik
krokowy obraca się także w prawo, ale pracuje wówczas również silnik prądu stałego blokując żółtej
nakrętce drogę do prawego zbiornika przeznaczonego dla niebieskich nakrętek. Ponieważ silnik
krokowy obracania się dalej, to żółta nakrętka trafia do środkowego zbiornika.
Przyjęcie algorytmu oraz realizacja programu na sterownik PLC
Schemat blokowy głównego algorytmu sterującego przedstawiony został na rysunkach 15 i
16. Program rozpoczyna swoją pracę w momencie przełączenia sterownika PLC w tryb RUN. Program
pracuje w niekończącej się pętli, więc nie posiada końca, dlatego kompletnie zatrzymać jego pracą
może przełączenie sterownika w tryb STOP lub brak zasilania sterownika. Po uruchomieniu program
oblicza na podstawie jednej stałej parametry pracy silnika krokowego i zamienia je na postać
czasową. Parametry te są wartościami czasu determinującymi czas trwania kroku silnika krokowego
oraz ilość czasu jaki ma silnik krokowy na wykonanie półobrotu. Oznacza to, że mają one wpływ na
prędkość kątową silnika oraz na kąt o jaki silnik obróci swój wał.
Rys. 15. Schemat blokowy głównego algorytmu sterującego część pierwsza
Zmianę prędkości pracy silnika krokowego możliwa jest więc poprzez zmianę tylko jednej
stałej zdefiniowanej na początku programu, a program na jej podstawie sam obliczy wszystkie inne
parametry pracy silnika krokowego, tak aby wykonywał on te same ruchy pomimo zmiany prędkości.
Segregacja rozpocznie się natomiast dopiero po naciśnięciu przycisku START. Jeśli praca
stanowiska segregującego została zakończona przez przycisk STOP, to program działa dalej, czeka na
wciśnięcie przycisku START, by ponownie rozpocząć segregację.
Segregacja rozpoczyna się od odczytania stanu wyjść sensora koloru i zapisu do pamięci
sterownika otrzymanych wyników. W przypadku rozpoczęcia pracy wstępnie wysterowany zostaje
także silnik krokowy. Jest to konieczne ponieważ pracuje on w torze otwartym i by osiągać właściwe
pozycje musi zacząć od tej właściwej. W przypadku, gdy jest to już kolejny raz silnik krokowy jest
utrzymywany we właściwej pozycji na czas odczytywania stanu sensora.
Po odczycie nastÄ™puje obrót waÅ‚u silnika krokowego o 180°. Obrotem tym zajmuje siÄ™ część
programu omówiona dokładniej poniżej. Za pierwszym razem jest to zawsze obrót w prawo,
ponieważ w tym przypadku kierunek obrotu nie ma jeszcze znaczenia, a decyzja o kierunku obrotu
nie została jeszcze podjęta. Gdy jest to kolejny już obrót, to kierunek tego półobrotu jest zgodny z
kierunkiem półobrotu wcześniejszego (następującego po pobraniu nakrętki).
Następnie silnik krokowy zatrzymuje się na krótko z jednoczesnym podtrzymaniem jego
stanu. Czas tego postoju przeznaczony jest głównie na pobranie nakrętki z prowadnicy. Jednocześnie
następuje także analiza danych zebranych z sensora koloru. Na ich podstawie zostaje podjęta decyzja
o dalszym postępowaniu. Jeżeli rozpoznana została nakrętka czerwona, to następny cały obrót (o
360° poprzez dwa półobroty) zostanie wykonany w lewo. JeÅ›li jest to nakrÄ™tka niebieska, to nastÄ™pny
obrót zostanie wykonany w prawo. Natomiast jeśli sensor rozpoznał żółtą nakrętkę, to następny
obrót silnik wykona w prawo oraz na czas tego obrotu włączony zostanie silnik prądu stałego. Istnieje
również możliwość (nie zaznaczona na schemacie blokowym), że do sensora nie trafiła żadna
nakrętka, wówczas nie zostanie podjęta żadna decyzja, a segregacja zostanie wstrzymana. Wówczas
program będzie oczekiwać na nakrętkę lub na wciśnięcie przycisku STOP.
Rys. 16. Schemat blokowy głównego algorytmu sterującego część druga
Po tym krótkim postoju w czasie którego pobierana jest nakrętka, następuje półobrót i
ewentualnie rozpoczyna się praca silnika prądu stałego według decyzji podjętej wcześniej. Działania
te skutkują umieszczeniem nakrętki we właściwym zbiorniku.
Następnie cały proces zaczyna się powtarzać od odczytu danych sensora, po drugi półobrót.
Naciśnięcie przycisku STOP skutkuje przerwaniem procesu segregowania, odcięciem zasilania
silników i rozpoczęciem oczekiwania na ponowne wciśnięcie przycisku START. Wówczas można na
nowo ułożyć nakrętki na prowadnicy i rozpocząć segregację od nowa (za pomocą przycisku START).
Algorytm sterujÄ…cy pracÄ… silnika krokowego
Program sterujący przetwarzając swoją pętlę główną dwa razy zajmuje się obrotem silnika
krokowego. Można wyróżnić w nim spory fragment odpowiedzialny tylko za prawidłowy obrót silnika
krokowego. Zostanie on omówiony (w tym podrozdziale niniejszej pracy) na podstawie schematu
blokowego przedstawiającego algorytm działania tej części programu. Został on pokazany na rysunku
17.
Gdy program główny natrafi na część odpowiedzialną za ruch silnika krokowego sprawdzane
jest czy obrót ma być w tym momencie wykonywany. Jeśli tak, to ta część programu zostanie
wykonana, w przeciwnym wypadku zostanie pominięta. Jeśli ta część programu jest wykonywana, to
zostaje wykonana 48 razy, ponieważ tyle kroków przypada na jeden półobrót. Po wykonaniu
wszystkich zaplanowanych kroków wykonywanie tej części programu zostaje przerwane.
Na każde wykonanie pętli tej części programu przypada wygenerowanie impulsu czasowego
o czasie trwania obliczonym na początku całego programu . Czas tego impulsu to czas jednego kroku.
Po wygenerowaniu impulsu następuje sprawdzenie czy ma być wykonywany ruch w lewo czy
w prawo.
Następnie następuje pojedyncza zmiana wartości parametru  w według odpowiedniego
warunku (w zależności od kierunku obrotu). Wartość parametru  w odpowiedzialna jest pośrednio
za stan wyjść sterownika sterujących silnikiem krokowym.
Rys. 17. Schemat blokowy algorytmu sterujÄ…cego pracÄ… silnika
Wartość parametru  w zostaje następnie zamieniona na stan fizycznych wyjść sterownika
PLC, co powoduje obrót silnika krokowego o jeden krok. Interpretację parametru  w w
poszczególnych krokach dla obydwu kierunków obrotu pokazuje tabela 1. Ponieważ silnik sterowany
jest półkrokowo, to w tabeli występują naprzemiennie stany w których w stanie wysokim jest jedno
wyjście sterownika PLC albo dwa wyjścia.
Tabela 1 Interpretacja parametru  w w postaci stanów wyjść fizycznych sterownika
Wyjścia sterownika
Kierunek Krok Parametr
Q 0.0 Q 0.1 Q 0.2 Q 0.3
1 1 1 0 0 0
2 9 1 0 0 1
3 8 0 0 0 1
4 20 0 0 1 1
5 4 0 0 1 0
lewo
6 6 0 1 1 0
7 2 0 1 0 0
8 3 1 1 0 0
9 (= 1) 1 1 0 0 0
&
1 1 1 0 0 0
2 3 1 1 0 0
3 2 0 1 0 0
4 6 0 1 1 0
5 4 0 0 1 0
prawo
6 20 0 0 1 1
7 8 0 0 0 1
8 9 1 0 0 1
9 (= 1) 1 1 0 0 0
&
Następnie cały algorytm powtarza się aż zostaną wykonane wszystkie kroki zaplanowane na
dany półobrót.
Listing programu sterujÄ…cego stanowiskiem segregujÄ…cym