POLITECHNIKA WROCA
AWSKA
WYDZIAA
ELEKTRYCZNY
INSTYTUT MASZYN, NAP
DÓW I POMIARÓW
ELEKTRYCZNYCH
AUTOMATYKA I ROBOTYKA
Laboratorium:  Automatyzacja procesów przemysłowych
Ćwiczenie 3
Sterowanie napędem pozycjonującym z silnikiem krokowym
Prowadzący: mgr inż. Zdzisław Żarczyński
mgr inż. Krzysztof Jaszczak
Wrocław 2004
Spis treści
1. Cel i zakres zadania& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 3
2. Wprowadzenie& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 3
3. Koncepcja stanowiska laboratoryjnego& & & & & & & & & & & & & & & & & & & .. 5
3.1. Opis stanowiska laboratoryjnego& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & . 5
3.2. Opis szczegółowy poszczególnych elementów stanowiska laboratoryjnego& & & .. 7
4. Budowa, zasada działania i sterowanie silników krokowych & & & & & & & & & & .. 14
4.1. Wiadomości ogólne& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 14
4.2. Budowa silników krokowych  silnik o wirniku reluktancyjnym& & & & & & & .. 16
4.3. Zasada działania silników krokowych - silnik o wirniku reluktancyjnym& & & & . 17
4.4. Sterowanie silników krokowych& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 19
5. Projekt modułu mocy do zasilania silnika krokowego& & & & & & & & & & & & & . 25
5.1. Ogólne wprowadzenie& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ... 25
5.2. Szczegółowa charakterystyka układów PG001M oraz SLA7044M& & & & & & . 25
5.3. Opis działania modułu mocy& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 31
5.4. Połączenie modułu mocy ze sterownikiem PLC& & & & & & & & & & & & & & 33
6. Zastosowanie sterownika S7-200 do sterowania silników krokowych& & & & & & & . 34
6.1. Współpraca sterownika S7-200 z układem mocy silnika krokowego& & & & & & 34
6.2. Oprogramowanie sterownika S7-200 do sterowania napędem pozycjonującym z
silnikiem krokowym& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 34
6.3. Wyjście impulsowe PTO& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & . 35
6.4. Szybkie liczniki& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .. 37
6.5. Program sterujący napędem pozycjonującym& & & & & & & & & & & & & & & 43
ZAA

CZNIK 1& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 44
2
1. Cel i zakres ćwiczenia
Celem pracy jest opracowanie koncepcji i wykonanie stanowiska laboratoryjnego z
napędem pozycjonującym z silnikiem krokowym, w którym pętla regulacji położenia
realizowana jest przez sterownik PLC S7-200.
Zadanie Temat
1 Zasady programowania sterowników PLC typu Siematic S7-300 i S7-200.
2 Zapoznanie z elementami układu sterowania:
- sterownik programowalny S7-200,
- panel operatorski TP070,
- układ napędowy z silnikiem krokowym,
- sterownik mocy silnika krokowego.
3 Wygenerowanie przebiegu prostokątnego o określonej liczbie impulsów i
częstotliwości wykorzystując układ generatora PTO w trybie pracy  single
mode :
- konfiguracja generatora PTO sterownika S7-200,
- obsługa przerwań sterownika S7-200.
4 Obsługa sprzętowego szybkiego licznika HSC0:
- konfiguracja licznika HSC0 do pracy w trybie M1
- obsługa przerwań licznika HSC0
5 Sterowanie napędem położeniowym z silnikiem krokowym:
- konfiguracja PTO w trybie  multiple operation ,
- konfiguracja profilu generowania impulsów złożonego z trzech segmentów,
- opracowanie programu sterowania modułem mocy silnika krokowego,
- sterowanie napędem pozycjonującym z silnikiem krokowym.
6 Wizualizacja procesu sterowania z wykorzystaniem panelu TP070.
2. Wprowadzenie
W wielu procesach technologicznych napęd oraz pozycjonowanie urządzeń
wykonawczych jest nieodzownym elementem całego procesu. W napędach pozycjonujących
stosowane są najczęściej silniki prądu stałego oraz silniki krokowe. A
atwość sterowania
silnikami krokowymi za pomocą urządzeń cyfrowych spowodowała bardzo częstsze ich
stosowanie. Obecnie silniki krokowe można spotkać w manipulatorach przemysłowych oraz
coraz częściej w urządzeniach codziennego użytku. Również można je spotkać w
przemysłowych liniach technologicznych, gdzie są wymagane precyzyjne ruchy niezbyt
dużych elementów. Duża powszechność zastosowania sterowników PLC w sterowaniu
nowoczesnymi liniami technologicznymi oraz wielorakie możliwości ich zastosowania
skłaniają producentów urządzeń automatyki przemysłowej do wzbogacania sterowników PLC
w dodatkowe możliwości np. sterowania napędami położeniowymi.
3
W wielu procesach technologicznych napęd oraz pozycjonowanie urządzeń
wykonawczych jest nieodzownym elementem całego procesu. W napędach pozycjonujących
stosuje się najczęściej silniki prądu stałego oraz silniki krokowe, ale obecnie znajdują coraz
szersze zastosowanie również silniki prądu przemiennego. Współczesne elementy
wykonawcze urządzeń pozycjonujących coraz częściej wyposażone są w silniki krokowe,
które nie wymagają stosowania kosztownych i zawodnych mechanizmów krzywkowych i
zapadkowych niezbędnych w przypadku napędów wykorzystujących silniki prądu stałego.
Również w ostatnich latach w skutek rozwoju mikroelektroniki (a szczególnie tranzystorów
wysokiej mocy) i komputerowych technik sterowania (sterowanie mikroprocesorowe,
sterowniki PLC), niezwykle dynamicznie rozwijają się w napędach pozycjonujących
regulowane napędy prądu przemiennego.
Napęd pozycjonujący można określić jako układ hybrydowy mechaniczno 
elektryczno  elektroniczno  mikroprocesorowy przeznaczony do bardzo precyzyjnego
realizowania przemieszczeń z dokładnością rzędu mikrometrów.
Zgodnie z rysunkiem 1 napęd pozycyjny zawiera następujące składowe elementy
(podzespoły):
urządzenie zadające położenie UZ;
urządzenie do pomiaru odtworzonego położenia UP;
zespół wzmacniający i przekształcający sygnały od urządzeń zadających i
odtwarzających położenie UW;
układ wykonawczy (siłowy) realizujący zadane położenie z własnym zespołem
sprzężeń zwrotnych optymalizujących jego charakterystyki dynamiczne i statyczne
UO.
Rys. 1 Struktura ogólna napędu pozycyjnego. (UZ- układ zadający położenie; UP- układ
porównujący położenie zadane i odtworzone oraz zespół wzmacniaczy sygnału; UW- Układ
wykonawczy; UO- układ pomiarowy i odtwarzający rzeczywiste położenie)
4
Rozróżnia się dwa podstawowe układy sterowania w napędach pozycjonujących:
układ automatycznej regulacji, tj. ze sprzężeniem zwrotnym położeniowym,
układ otwarty, tj. bez sprzężenia zwrotnego położeniowego.
Różnica między obu metodami sprowadza się do pomiaru rzeczywistego przemieszczenia
elementu wykonawczego. W układzie automatycznej regulacji położenia musi być mierzone
rzeczywiste położenie, a rezultat tych pomiarów jest stosowany do dalszego sterowania pracą
serwonapędu. Jest to, więc klasyczna pętla sprzężenia zwrotnego ujemnego ze wszystkimi
tego konsekwencjami. Tak działa większość napędów pozycjonujących sterowanych
technikami mikroprocesorowymi.
W napędach pozycjonujących działających w układzie otwartym stosuje się silniki, których
działanie zapewnia osiąganie określonej drogi kątowej. Typowym przykładem są silniki
skokowe (nazywane także krokowymi), których cechą jest impulsowe zasilanie, przy czym
każdy impuls sterujący oznacza obrót wałka silnika o ściśle określony kat. Tak, więc każdy
impuls sterujący jest równoznaczny z przemieszczeniem o znaną wartość. W takim przypadku
nie jest konieczny pomiar rzeczywistego przemieszczenia. Wystarczy kontrolować liczbę
impulsów sterujących dostarczanych przez sterowanie mikroprocesorowe do silnika
skokowego.
Powyższy fakt oraz łatwość sterowania silników krokowych za pomocą urządzeń cyfrowych
spowodował, że znajdują one coraz większe zastosowanie. Silniki krokowe można spotkać w
robotach przemysłowych a także w coraz większej liczbie urządzeń, z którymi możemy się
spotykać, na co dzień. Opanowały one napędy dysków i dyskietek w komputerach, napędy
głowic i wałków w drukarkach i maszynach do pisania, przesuwanie głowic laserowych w
odtwarzaczach kompaktowych.
Celem ćwiczenia jest uruchomienie stanowiska laboratoryjnego, które prezentuje
podstawowe problemu techniczne, przed jakimi staje projektant prostej linii technologicznej
majÄ…c do dyspozycji silnik krokowy, sterownik PLC oraz prosty panel operatorski.
3. Koncepcja stanowiska laboratoryjnego
3.1 Opis stanowiska laboratoryjnego
Do realizacji programu ćwiczenia wykorzystano stanowisko laboratoryjne z napędem
pozycjonującym z silnikiem krokowym, w którym pętla regulacji położenia realizowana jest
5
przez sterownik PLC S7-200. Stanowisko umożliwia badanie różnych sposobów sterowania
napędem pozycjonującym przez sterownik PLC.
Podstawowe elementy stanowiska laboratoryjnego (rysunek 2) to:
komputer PC, na którym jest zainstalowany program Step7-MicroWIN umożliwiający
programowanie sterownika S7-200, oraz program TP Designer służący do
programowania panelu wizualizacyjnego TP070;
sterownik programowalny PLC S7-200 firmy Siemens;
dotykowy panel wizualizacyjny TP070 firmy Siemens;
układ sterujący napędem pozycjonującym;
napęd pozycjonujący wyposażony w silnik krokowy oraz elektromagnetyczny element
wykonawczy.
Rys 2. Ogólna struktura stanowiska laboratoryjnego (% połączenia elektryczne,
% objaśnienia)
W układzie zastosowano silnik krokowy unipolarny 4-fazowy (Załącznik 1) sterowany w
czterech trybach pracy (pełny krok, 1/2 kroku, 1/4 kroku, 1/8 kroku) poprzez sterownik oparty
na dwóch układach scalonych, układu przetwarzania PG001M oraz układu mocy SLA7044M.
Nadrzędnym urządzeniem sterującym jest tu sterownik PLC S7-200 odpowiedzialny za:
6
generowanie sygnału zegarowego doprowadzonego do układu PG001M, oraz za
konfigurowanie pracy silnika i ustawienie sygnałów odpowiedzialnych za uruchomienie i
kasowanie sterownika. Regulacja prędkości obrotowej układu pozycjonującego, oraz drogi, o
jaką ma nastąpić przemieszczenie elementu wykonawczego ustala się poprzez odpowiednią
konfigurację bloków pamięci w programie STEP7-MicroWIN. Sterownik PLC S7-200
odpowiada również za współpracę silnika krokowego z resztą elementów napędu
pozycjonującego (załączaniem elektromagnesów, obsługą sygnałów z enkodera).
UrzÄ…dzeniem zastosowanym w stanowisku jako element konfigurujÄ…cy, jest panel operatorski
TP070, który połączony podczas pracy ze sterownikiem PLC, umożliwia odpowiednie
ustawienie prędkości oraz drogi posuwu napędu pozycjonującego jak i również załączanie
elektromagnesów.
Komunikacja między poszczególnymi elementami składowymi stanowiska
laboratoryjnego jest dwukierunkowa. Komputer i sterownik PLC komunikujÄ… siÄ™ miedzy sobÄ…
po złączu RS-232. Komunikacja ta pozwala na załadowanie programu z komputera PC do
sterownika, wczytanie programu ze sterownika na komputer, oraz podgląd stałych wartości
zmiennych programowych (tzw. podgląd online). Komunikacja pomiędzy panelem
dotykowym TP070 a sterownikiem S7-200, jest prowadzona również poprzez złącze RS485
(protokół MPI). Dwukierunkowość jest tu istotna, ponieważ za pomocą panelu możemy
dokonywać zmian zmiennych wejściowych i obserwować zmienne wyjściowe. Połączenie
sterownika z Układem Sterującym Napędu Pozycjonującego jest jednokierunkowe. Sygnały
wyjściowe ze sterownika napędu pozycjonującego służą do odpowiedniego wysterowania
uzwojeń silnika krokowego, do zasilania oraz załączania elektromagnesów elementu
wykonawczego (jak na rysunku 2). Natomiast sygnały wyjściowe z enkodera dostarczane są
do wejść szybkich liczników sterownika PLC sczytanie wartości położenia elementu
wykonawczego, oraz analizę dokładności pozycjonowania napędu pozycjonującego. Należy
wspomnieć również, że element wykonawczy składa się z dwóch elektromagnesów, z których
elektromagnes EM1 jest elementem unoszącym i opuszczającym elektromagnes EM2, który
ma na celu przyciągnięcie lub upuszczenie elementu przyciąganego (części metalowej).
3.2 Opis szczegółowy poszczególnych elementów stanowiska laboratoryjnego
Komputer PC posiada zainstalowane oprogramowanie sterownika S7-200 (Step7-
MicroWIN) oraz panelu wizualizacyjnego TP070 (TP Designer). Jest on połączony na stałe
ze sterownikiem w celu możliwości podglądu w czasie rzeczywistym (online) załączania
różnych zmiennych programowych oraz stanów rejestrów. Komputer jest również czasowo
7
połączony z dotykowym panelem operatorskim w celu przesłania programu
wizualizacyjnego.
Sterownik programowalny SIMATIC serii S7-200 przeznaczony jest do sterowania
małymi i średnimi obiektami przemysłowymi. Dzięki możliwościom indywidualnego doboru
konfiguracji sterownika (moduł podstawowy + moduły rozszerzeń) staje się on uniwersalnym
systemem sterowania w przemyśle. Sterowniki SIMATIC S7-200 charakteryzują się prostotą
w budowaniu aplikacji dzięki oprogramowaniu STEP-7 MicroWIN. Sterownik S7-200 jest
głównym elementem stanowiska laboratoryjnego. Dzięki niemu istnieje możliwość
sterowania:
prędkością (przez ustalanie częstotliwości impulsów zegarowych) i położeniem
przesuwu napędu położeniowego (przez zmianę liczby wygenerowanych impulsów);
załączaniem elektromagnesów elementu wykonawczego;
zmianami trybu pracy silnika krokowego;
zatrzymaniem napędu w przypadku awarii;
Stanowisko laboratoryjne jest wyposażone w sterownik S7-200 (rys. 3) oparty na jednostce
CPU 224. W tabeli 1 zostały zestawione podstawowe parametry sterownika.
Rys. 3 PoglÄ…dowa fotografia sterownika S7-200, CPU224.
Tabela 1 Parametry sterownika S7-200 opartego na jednostce CPU224.
Właściwości CPU224
Zintegrowane wej/wyj binarne 14 wej/10 wyj
Binarne wej/wyj/max z modułami rozszerzeń 94 wej/84 wyj/168 max.
Analogowe wej/wyj/max z modułami rozszerzeń 28 wej/14 wyj/35 max.
Pamięć programu 8 kB
Pamięć danych 5 kB
Zabezpieczenie dynamiczne danych przed utratÄ… 190 godz.
Szybkie liczniki 6x30kHz (4x20kHz wykorzystywane jako liczniki A/B)
Interfejs komunikacyjny RS 485 1
8
Obsługiwane protokoły: - PPI master/slave
- MPI slave Tak
- Freeport swobodnie programowalny protokół ASCI
Inne właściwości komunikacyjne Tak, ProfibusDP slave, i/lub AS-i master
Zintegrowany 8-bit potencjometr analogowy 2
Zegar czasu rzeczywistego Tak
Zintegrowany zasilacz DC 24 V Max 280 mA
Max prędkość przesyłania danych 187,5 kbit/s (PPI/MPI) lub 38,4 kbit/s (Freeport)
Step 7-Micro/WIN obsługuje wszystkie standardy takie
Oprogramowanie konfiguracyjne
jak: STL, FBD, LAD
Czas przetwarzania operacji bitowej
0.37 µs
Przerwania czasowe
2 (czasy cyklu pomiędzy 1 i 255 z rozdzielczością 1 ms)
Przerwania sprzętowe od zbocza sygnału
Max 4 wejścia
Pamięć bitowa, zegary, liczniki
256
Listwa przyłączeniowa Tak
Wymiary dł/szer/wys (mm) 120,5/80/62
Panel dotykowy TP070 (jak na rys.4) jest urzÄ…dzeniem przeznaczonym do prostej
wizualizacji sterowanego procesu, dostosowanym do pracy ze sterownikami S7-200. Jest
szeroko stosowany w liniach technologicznych, gdzie nie jest wymagana wysoka jakość
wizualizacji, lecz jej funkcjonalność. Programowanie panelu odbywa się za pomocą programu
TP designer. Program ten jest kompatybilny z programem STEP7 Micro-WIN. Panel
operatorski TP070 umożliwia konfiguracje programowe tj. zmianę zmiennych wejściowych
programu (wartości położenia, kierunku obrotu, prędkości ruchu układu) oraz obserwacje
trybu pracy, wartości położenia i prędkości układu. Umożliwia on również wyświetlanie:
grafiki pikselowej, znaków alfanumerycznych, komunikatów zdarzeń, komunikatów
alarmów, wykresów słupkowych.
9
Rys.4 Panel dotykowy TP070 firmy Siemens.
Wyświetlacz ma wielkość 115x86 mm (przekątna 5,7  ), rozdzielczość jest 320x240 pikseli,
tryb wyświetlania niebieski w czterech odcieniach. Panel ten nie posiada jakiejkolwiek
klawiatury zewnętrznej, ładowanie programu wizualizacyjnego dokonuje się poprzez
naciśnięcie okna TRANSFER i dopiero wówczas można przystąpić do przesyłania danych z
oprogramowania TP designer. Użytkownik ma do dyspozycji 128kB pamięci wewnętrznej
typu flash.
Układ sterujący napędem pozycjonującym z silnikiem krokowym (zwany dalej
również MODUA
EM MOCY) jest układem zintegrowanym, który ma za zadanie:
sterowanie silnikiem krokowym za pomocą dostarczonych sygnałów ze sterownika
PLC;
przetwarzanie sygnałów 24V DC (ze sterownika) na 5V (układu mocy silnika);
zasilanie uzwojeń silnika, elektromagnesów elementu wykonawczego i enkodera;
Układ jest rozwiązaniem prototypowym wykonanym pod potrzeb istniejącego w laboratorium
napędu pozycjonującego. Po wprowadzeniu niewielkich zmian układowych można go
zastosować do innych rozwiązań z silnikami krokowymi.
Układ sterownika napędu pozycjonującego składa się z czterech podstawowych części (rys.4):
10
Rys.4 Schemat układu sterującego napędem pozycjonującym z silnikiem krokowym.
1. Układ 24V/5V ma za zadanie obniżenie wartości napięć wejściowych układu z 24V
(ze sterownika PLC) na 5V, które są akceptowalne przez układ przetwarzania i mocy
zasilający silnik krokowy. Układ 24V/5V jest zrealizowany na dzielniku napięcia jak
na rys. 5, gdzie: R1=5,1 k&!, R2=1,2 k&!.
Rys. 5 Dzielnik napięcia zastosowany do obniżenia napięć sygnałów wejściowych ze
sterownika
2. Układ przetwarzania i mocy (moduł mocy) składa się z 2 głównych układów
scalonych PG001M i SLA7044M. PG001M jest elementem przetwarzajÄ…cym
równoległe sygnały wejściowe na szeregowe sygnały wyjściowe, które odpowiednio
sterują układem mocy SLA7044M, odpowiedzialnym za zasilanie uzwojeń silnika
11
krokowego zgodnie z dostarczoną sekwencją sygnałów wejściowych z układu
przetwarzania.
3. Układ zasilający elektromagnesy EM1, EM2. Został on specjalnie dostosowany do
potrzeb zaprojektowanego stanowiska. Układ ten jest załączany bezpośrednio
sygnałami ze sterownika. Schemat ideowy układu zasilania elektromagnesów EM1 i
EM2 został przedstawiony na rys.6.
24V
PC 829 R4
1,5k
R1
24V T1
BD138
D3 T2
2,4k R6
1N4148 BC55
10k
6
R5
22k
R3
0V
T3
220/1W
R2
DB243
24V
EM1
D4
2,4k C
1N4148
4,1µ
EM2
D1
D5 D2
0V
1N4007
3,6V 1N4007
0V
Rys.6 Schemat ideowy układu zasilania elektromagnesów.
Załączanie elektromagnesu EM2, następuje poprzez tranzystor T1, pracujący w
układzie wspólnego emitera. Wysterowany jest on przez fototranzystor znajdujący się
w transoptorze PC829. Rezystor R3 ogranicza prąd płynący przez elektromagnes
EM2, a co za tym idzie, siłę, z jaką przyciąga on metalowe przedmioty. Bardziej
skomplikowany jest układ włączania elektromagnesu wciągającego EM1. W
momencie nasycenia drugiego z fototranzystorów, znajdującego się w transoptorze
PC829, następuje ładowanie kondensatora C. Prąd ładowania, płynący przez rezystor
R5, wysterowuje tranzystor T2, który z kolei powoduje ustawienie na bazie
tranzystora T3, napięcia zbliżonego do napięcia zasilania, a co za tym idzie, zasilanie
elektromagnesu EM1 napięciem ok. 24V. Powoduje to wciągnięcie rdzenia (z
zamocowany elektromagnesem EM2), z maksymalną siłą. Po czasie ok. 0,3 s, kiedy to
na skutek naładowania kondensatora C6, prąd płynący przez R5 znacznie się
zmniejszy, następuje wyłączenie tranzystora T2. Od tego momentu baza tranzystora
T3 sterowana jest napięciem, jakie ustala się na diodzie Zenera D5, pomniejszonym o
spadek napięcia na diodzie D4. Powoduje to zasilanie elektromagnesu EM1 napięciem
ok. 2,5V. Tak małe napięcie jest jednak wystarczające do utrzymania rdzenia w stanie
12
wciągniętym. Po wyjściu fototranzystora z nasycenia (po sygnale opuszczenia EM1),
następuje wyłączenie tranzystora T3, a co za tym idzie opuszczenie rdzenia EM1.
Kondensator C jest rozładowywany poprzez rezystor R6 i diodę D3. Po jego
rozładowaniu może nastąpić kolejne włączenie elektromagnesu EM1. Diody D1 i D2
włączone równolegle z uzwojeniami elektromagnesów spełniają rolę zabezpieczenia
przeciwprzepięciowego.
4. Zasilacz 230V~ /5V= jest układem złożonym z transformatora 230V/5V, oraz
stabilizatora napięcia. Jest on wykorzystywany do zasilania (galwaniczna separacja)
układów scalonych PG001M i SLA7044M, które pracują na napięcia TTL o
maksymalnych wartościach do 5V.
Układ pozycjonujący składa się z podstawy, do której zamocowany jest silnik krokowy,
przekładnie, prowadnice, suport oraz enkoder. Do suportu przymocowane jest urządzenie
chwytające składające się z dwóch elektromagnesów: wciągającego EM1 oraz chwytającego
EM2 (patrz rys. 7). Umożliwiają one przenoszenie drobnych przedmiotów metalowych w
zadane położenie.
Rys.7 Układ pozycjonujący
Parametry układu napędowego:
W układzie napędowym zastosowano silnik krokowy unipolarny 4-fazowy o następujących
parametrach:
Typ: FB-20-4-1A prod. Microma
13
Un: 28V
Wartość skoku Ä…n: 15°
Mn: 0,2 Nm
Izol: klasa B
Szczegółowe informacje dotyczące silnika zostały zawarte w załączniku nr.1.
Jak wcześniej zostało wspomniane w opracowanym układzie zastosowano cztery tryby pracy
silnika krokowego. W związku z tym pojedynczy krok silnika ma różne wartości jak w
tabeli 2.
Tabela 2 Wartości kąta i ilości kroków na obrót w zależności od trybu pracy silnika
krokowego.
Tryb Pracy Wartość skoku Ilość kroków/obrót
Pełnokrokowa 150 24
Półkrokowa 7,50 48
ź kroku 3,750 96
[! kroku 1,8750 192
Pozostałe parametry układu napędowego:
Koło zębate silnika krokowego: 15 zębów
Koło zębate przekładni głównej: 42 zęby
Przełożenie: 15/42
Maksymalny zakres ruchu suportu: 427 mm
4. Budowa, zasada działania i sterowanie silników krokowych
4.1 Wiadomości ogólne
Według PN-87/E-01006 silnik krokowy (dalej używana również nazwa zamienna silnik
skokowy) jest to silnik przekształcający ciąg sterujących impulsów elektrycznych na ciąg
przesunięć kątowych lub liniowych. Silnik przetwarza sygnał (impuls) sterujący na ustalone
położenie wału bezpośrednio, bez konieczności stosowania jakichkolwiek sprzężeń zwrotnych.
Schemat blokowy typowego układu silnika skokowego przedstawiono na rys. 8. Głównymi
elementami układu sterowania silnika skokowego są: z
ródło impulsów, układ logiczny,
wzmacniacz (stopień wyjściowy mocy) i zasilacz prądu stałego.
14
Rys. 8 Schemat blokowy typowego układu silnika skokowego
y
ródłem impulsów może być generator impulsów, mikrokomputer, mikroprocesor,
przetwornik sygnału ciągłego na impulsowy.
Blok, który ogólnie określono jako układ logiczny, zawiera układ formowania impulsów na
prostokątne oraz układ rozdzielania impulsów na poszczególne pasma uzwojenia silnika. W
przypadku, gdy ma być zapewniony nawrót silnika, konieczne jest doprowadzenie sygnału
sterującego umożliwiającego prace silnika w obu kierunkach wirowania.
Stopień wyjściowy mocy jest wzmacniaczem wykonanym na tranzystorach o
układzie analogicznym dla każdego pasma uzwojenia.
Pokazany na rys. 8 układ silnika skokowego jest znacznie prostszy niż układ
nadążny, który wykonywałby to samo zadanie. Ma on znacznie mniej elementów, wobec
czego jest, więc przeważnie tańszy.
Silnik skokowy ma zwykle na stojanie jedno, dwa lub trzy (a nawet więcej) pasma
uzwojenia sterującego, przesunięte względem siebie w przestrzeni. Uzwojenie stojana może
być skupione na biegunach wydatnych lub (rzadziej) rozłożone w żłobkach.
Rozróżnia się silniki skokowe o wirniku czynnym (najczęściej o magnesach trwałych)
lub biernym (reluktancyjnym), a także silniki hybrydowe. Silnik o wirniku czynnym ma na
wirniku uzwojenie wzbudzenia zasilane prądem stałym (bardzo rzadko) lub bieguny
magnetyczne z twardej magnetycznie stali (magnesy trwałe). Wirnik bierny, wykonany z
blachy elektrotechnicznej, jest uzębiony, lecz nie ma żadnego uzwojenia (wirnik
reluktancyjny). Hybrydowy silnik skokowy ma wirnik reluktancyjny, a ponadto magnes
trwały, wzmacniający przepływ wywołany impulsem sterującym dla pożądanego ustawienia
zębów.
Wartość skoku silnika skokowego jest to przesunięcie kątowe lub liniowe wirnika (lub
biegnika) silnika pod działaniem pojedynczego impulsu sterującego.
Wartość skoku silnika skokowego o wirniku czynnym przedstawia się następująco:
15
3600 Ä„
Ä…c = =
(1)
2 pm pm
gdzie :
p  liczba par biegunów silnika;
m  liczba pasm uzwojenia sterujÄ…cego.
Natomiast wartość skoku silnika skokowego o wirniku biernym oraz silnika skokowego
hybrydowego ma postać:
3600 2Ä„
Ä…b = =
(2)
Zrmn Zrmn
gdzie:
Zr  liczba zębów wirnika;
n = 1 przy indywidualnym włączeniu pasm (komutacja symetryczna), =2 przy
indywidualno-jednoczesnym włączeniu uzwojeń (komutacja niesymetryczna).
Zasadniczymi wymaganiami stawianymi silnikom skokowym są: możliwość
zapewnienia małej wartości skoku, niezawodność, szybkość reagowania, bezbłędna praca
bez opuszczania skoków.
Stanowisko laboratoryjne wyposażone jest w silnik krokowy reluktancyjny, dlatego też w
dalszej części opisu przedstawiona zostanie budowa i sposób sterowania tego silnika.
4.2 Budowa silników krokowych  silnik o wirniku reluktancyjnym
Silnik skokowy o wirniku reluktancyjnym jest jednym z najprostszych rozwiązań silnika
skokowego.
Rys. 9 Silnik krokowy o wirniku reluktancyjnym: a) o jednym zębie wirnika na biegun
stojana; b) o kilku zębach wirnika na biegun stojana
16
Znane są dwa rodzaje reluktancyjnych silników skokowych: o jednym zębie wirnika na
 biegun" stojana (rys. 9a) i o kilku zębach wirnika na  biegun" stojana (rys. 9b). Na
rysunku 9 pokazano szkice ogólnie stosowanych wielopasmowych silników skokowych (na
rys. 9a  trójpasmowego; na rys. 9b  czteropasmowego); aby nie zaciemniać rysunku
pokazano tylko po jednym paśmie uzwojenia.
W przypadku przedstawionym na rys. 9a podziałki zębowe stojana i wirnika są różne, a w
konstrukcji pokazanej na rys. 9b są sobie równe.
W konstrukcji pokazanej na rys. 9b uzwojenie dwu przeciwległych biegunów stojana
tworzy pasmo; układ taki jest nazywany symetrycznym. Możliwe jest też rozwiązanie
niesymetryczne, wtedy całe uzwojenie jednego pasma jest umieszczone na jednym biegunie.
W rozwiązaniu niesymetrycznym nadmiernie zużywają się łożyska, a praca jest hałaśliwa.
Wśród szeroko stosowanych jednosegmentowych silników krokowych o wirnikach
reluktancyjnych jak i z magnesami trwałymi, bywają dosyć często stosowane silniki
wielosegmentowe. Poniżej przedstawiony (rys. 10) przykładowy szkic silnika
trójsegmentowego reluktancyjnego.
Rys. 10 Szkic budowy trójsegmentowego silnika krokowego
4.3. Zasada działania silników krokowych - silnik o wirniku reluktancyjnym
Działanie silnika skokowego o wirniku reluktancyjnym opiera się na wykorzystaniu
momentu reluktancyjnego, którego powstawanie wyjaśnia poglądowo rys. 11.
Strumień w obwodzie magnetycznym jest funkcją przepływu (Iz) oraz reluktancji
(oporu magnetycznego) Rm.
Iz
Åš =
(3)
Rm
17
Rys. 11 Powstawanie momentu reluktancyjnego
Reluktancja jest najmniejsza przy kącie Ś = 0o. Linie pola magnetycznego wykazują dążenie
do zamknięcia się w obwodzie o najmniejszej reluktancji. W ten sposób powstaje moment
obrotowy zwany reluktancyjnym, który dąży do ustawienia wirnika w położeniu Ś = 0o.
Rys. 12. Schemat działania silnika skokowego o wirniku biernym: a), b), c) położenia wirnika
w trzech kolejnych taktach; d) przebiegi napięć pasmowych
18
Na tej zasadzie działa silnik skokowy o wirniku reluktancyjnym (rys. 12), który ma wirnik
wykonany z miękkiej magnetycznie stali oraz uzębiony stojan z trzema pasmami uzwojenia,
zasilanymi impulsami z układu elektronicznego zgodnie z cyklogramem impulsów widocznym
na rys. 12d. Na rysunku 12a, b, c pokazano trzy takty pracy tego silnika. Kiedy prÄ…d pojawi
się w paśmie 1-1, wirnik zajmie położenie pokazane na rys. 12a. Gdy w następnej chwili prąd
wystąpi jednocześnie w pasmach 1-1 i 2-2, wówczas wirnik zajmie położenie b),
odpowiadające największej permeancji dla strumienia wytworzonego przez przepływy obu
uzwojeń. Następnie w paśmie 1-1 nie ma już prądu i wirnik znajduje się w położeniu
pokazanym na rys. 12c. Wartość skoku silnika przedstawia się następująco:
360o 360o
Ä…b = = = 30o
(4)
Zrmn 2 *3* 2
4.4 Sterowanie silników krokowych
Silnik krokowy jest to silnik o działaniu dyskretnym. Rozpatrując właściwości silnika
krokowego trzeba brać pod uwagę silnik wraz z układem sterowania  jako całość. Układ
sterowania odgrywa, bowiem decydującą rolę w korzystnym kształtowaniu charakterystyk
silnika krokowego. Kąt skoku tego samego silnika może być różny w zależności od
wytworzonego przez układ elektroniczny programu sterowania.
Sterowanie bipolarne, przy którym całe pasmo uzwojenia bierze jednocześnie udział w
pracy (rys. 13a,c), oraz unipolarne, przy którym jednocześnie jest włączona połowa pasma
(rys 13b,d), stanowią podstawowe sposoby sterowania dwupasmowych silników krokowych.
Na rysunku 13a,b przedstawiono poglądowo sposób przełączania uzwojeń przy sterowaniu
bipolarnym (a) i unipolarnym (b), na rys. 13c,d przedstawione zostały schematy połączeń
tranzystorowej końcówki mocy przy sterowaniu bipolarnym (c) i unipolarnym (d). W
pierwszym przypadku wymagane jest zastosowanie ośmiu tranzystorów mocy (dwa mostki
typu H), a w drugim przypadku tylko czterech tranzystorów mocy. Widoczne na rys. 13d
rezystory Rs ograniczajÄ…ce czas narastania prÄ…du majÄ… istotne znaczenie dla pracy silnika.
Zaletą sterowania bipolarnego jest dobre wykorzystanie momentu obrotowego dzięki
temu, że cale uzwojenie jest w stanie prądowym po otrzymaniu impulsu. Wadą jest to, że
zapewnienie przeciwnego zwrotu prądu w uzwojeniu wymaga aż ośmiu tranzystorów, przez
co sposób ten jest bardziej kosztowny
19
Zaletą wariantu unipolarnego jest prostszy układ połączeń i mniejsza liczba
tranzystorów, wadą zaś to, że jednocześnie pracuje tylko połowa uzwojenia, a zatem nie
wytwarza się moment obrotowego o pełnej wartości.
Rys. 13. Rodzaje sterowania dwupasmowymi silnikami skokowymi: a, c) bipolarne; b, d)
unipolarne
20
 Inna korzyść, wynikająca ze stosowania sterowania bipolarnego lub unipolarnego, polega na
możliwości zmniejszania wartości skoku silnika. Przez odpowiednie przełączenie uzyskuje
się pracę: pełnoskokową, półskokową lub ćwierćskokową, co zostanie zilustrowane
wykresami wektorowymi i cyklogramami przebiegów prądowych w pasmach uzwojenia
silnika.
Aby otrzymać pracę pełnoskokową przyłącza się na przemian dodatnie i ujemne
impulsy prądowe do pasm dwupasmowego silnika skokowego, sterowanego bipolarnie. Pełny
obrót wirnika silnika składa się z czterech skoków. Jest to widoczne na wykresie
wektorowym, przedstawionym na rys. 14a. Współrzędna A oznacza prąd dodatni, natomiast
/A ujemny w paśmie A. To samo dotyczy współrzędnych B-/B w paśmie B. Wektory na
wykresie wskazują położenia wirnika przy pracy pełnoskokowej.
Rys. 14. Wykres wektorowy (a) i cyklogram przebiegu impulsów (b) dla pracy
pełnoskokowej dwupasmowego silnika skokowego przy sterowaniu bipolarnym.
W położeniu l pasmo A jest zasilane prądem dodatnim, B zaś ujemnym. W następnym
skoku (położenie 2 na wykresie wektorowym) w obu pasmach występuje prąd dodatni (A +
B). Kiedy pasmo A jest zasilane prÄ…dem ujemnym, pasmo 2 zaÅ› dodatnim (/A+B), wtedy
wirnik przemieszcza siÄ™ ponownie o kÄ…t 90°, osiÄ…gajÄ…c poÅ‚ożenie 3. W czwartym skoku oba
uzwojenia są zasilane prądami ujemnymi (A' + B'). Następnie sekwencja powtarza się.
Rysunek 14b pokazuje sposób zasilania impulsami pasm dwupasmowego silnika skokowego,
sterowanego bipolarnie przy pracy pełnoskokowej.
21
W odróżnieniu od pracy pełnoskokowej, kiedy oba uzwojenia są zasilane, przy pracy
półskokowej (1/2-skokowej) jedno z uzwojeń znajduje się w stanie bezprądowym, co drugi
skok (rys. 15b).
Rys. 15. Wykres wektorowy (a) i cyklogram przebiegu impulsów (b) dla pracy półskokowej
dwupasmowego silnika skokowego przy sterowaniu bipolarnym.
To powoduje, że silnik wykonuje ruch tylko o pól skoku, jak to wynika z wykresu
wektorowego na rys. 15a. W położeniach 2, 4, 6 i 8 tylko jedno pasmo jest zasilane. Jeden
pełny obrót wirnika przy pracy półskokowej składa się z ośmiu skoków, tj. dwukrotnie więcej
aniżeli przy pracy pełnoskokowej. Oczywiście wartość skoku zmniejsza się o połowę i
wynosi 45°.
Wibracje i rezonans, które pojawiają się przy przyspieszaniu, opóz
nianiu lub
zatrzymywaniu silnika, są znacznie ograniczone przy pracy półskokowej.
Wadą tego sposobu sterowania jest nieco mniejszy moment statyczny, występujący co
drugi skok, gdyż wówczas tylko jedno pasmo jest wzbudzane. Wyrażono to na wykresie
wektorowym (rys. 15a) przedstawiając wektory A, B, A', B' jako krótsze niż A + B, A' + B, A'
+ B', A+B'.
Praca ćwierćskokowa (1/4-skokowa) umożliwia zajmowanie przez wirnik położenia
pośredniego pomiędzy dwoma położeniami półskokowymi, dzięki możliwości zasilania
jednego całego pasma i połowy drugiego, co jest możliwe (jak wynika to z rys. 13) przy
sterowaniu unipolarnym.
22
Rys. 16. Wykres wektorowy (a) i cyklogram przebiegu impulsów (b) dla pracy
ćwierćskokowej dwupasmowego silnika skokowego.
Jest to widoczne na wykresie wektorowym przy pracy ćwierćskokowej (rys. 16a) w
położeniach 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 i 16. Odpowiednie przebiegi prądowe dla pracy 1/4-
skokowej przedstawiono na rys. 16b. Pełny obrót wirnika składa się z 16 skoków. Przy pracy
1/4-skokowej następuje dalsze ograniczenie rezonansu.
Mikrokowa praca silnika krokowego polega na realizowaniu przez silnik w granicach
jednego skoku pewnej liczby (np. 100) mikroskoki o wartości nawet 0,0010, co uzyskuje się
dzięki doprowadzonym do uzwojeń silnika krokowego sygnałów sterujących o specjalnym
kształcie jak na rys. 17. Aby zapewnić pracę miniskokową silnika trzeba opracować taki
układ sterowania, który wytworzy sygnały o poziomach pośrednich pomiędzy maksymalną i
minimalną wartością sygnału z
ródła.
23
Rys. 17. Dyskretne przebiegi prÄ…dowe przy pracy mikrokrokowej
Dzięki takiemu wymuszeniu prądy w pasmach silnika wytwarzają wektor strumienia
magnetycznego, którego położenie w przestrzeni jest określone przez wartości tych prądów.
Tak, więc wektor strumienia magnetycznego zajmuje położenia pośrednie pomiędzy
położeniami określonymi przez konstrukcję silnika. Konstrukcyjna liczba skoków bazowych
zostaje w ten sposób pomnożona elektronicznie przez liczbę mikroskoków w skoku
bazowym. Obecnie mikrokrokowa praca silników skokowych jest realizowana poprzez
układy sterujące wykorzystujące technikę mikroprocesorową.
W nowoczesnych rozwiązaniach układów sterowania silników krokowych, opisanych
w, stosuje się również układy zamknięte, które poprawiają wydajność silników krokowych,
jeżeli chodzi o precyzyjność pracy. Szkic układu zamkniętego (rys. 18) sterowania silnika
skokowego uwidacznia, że dodatkowym elementem, jaki wykorzystywany jest w tym
układzie jest enkoder umożliwiający precyzyjne określenie w danej chwili położenia silnika
krokowego. Wadą tego typu rozwiązania jest jednak podwyższenie kosztów, wynikających z
zastosowania czujnika pomiaru położenia.
Rys. 18. Szkic układu sterowania silnika krokowego w układzie zamkniętej pętli
24
5. Projekt modułu mocy do zasilania silnika krokowego
5.1 Ogólne wprowadzenie
Silniki krokowe wymagają układów sterujących generujących sygnały zasilające uzwojenia
silnika we właściwej kolejności. Istotne jest również zasilanie uzwojeń prądami o
odpowiedniej wielkości znamionowej i wymaganej sekwencji zasilania. Moduł mocy
przedstawiony w tym rozdziale charakteryzuje się połączeniem dwóch układów scalonych,
które tworzą integralną część sterownika silnika krokowego. Sterownik ten dzięki
równoległym sygnałom wejściowym generuje sygnały sterujące silnikiem krokowym.
Moduł mocy składa się z dwóch układów scalonych. PG001M jest układem
przetwarzającym równoległe dane wejściowe na szeregowe dane wyjściowe wysterowujące
układ SLA7044M, który jest odpowiedzialny za dostarczenie odpowiednio dużych prądów do
uzwojeń silnika skokowego, zgodnie z sekwencją otrzymaną z układu PG001M. Połączenie
obu układów wraz z częścią zasilającą obrazuje rys. 19.
Rys. 19. Schemat ideowy modułu mocy
5.2 Szczegółowa charakterystyka układów PG001M oraz SLA7044M
PG001M jest to układ scalony przetwarzający równoległe dane wejściowe, z mikroprocesora
lub innego urządzenia nadrzędnego (generującego sygnały zegarowe), na szeregowe dane
25
wyjściowe dopasowane do sygnałów sterujących układu SLA 7044M, który jest układem
sterujÄ…cym wysokoprÄ…dowym do sterowania silnikami krokowymi.
W stanowisku laboratoryjnym układ PG001M umożliwia pracę silnika krokowego w 4
trybach:
1. pełnokrokowa  zasilane dwie fazy silnika pełnymi wartościami prądów;
2. półkrokowa  zasilanie jak wyżej z tym, że wartości prądów osiągają w niektórych
sekwencjach również połowę z pełnej wartości prądu;
3. ćwierćkrokowa  możliwe sekwencje jw. oraz z ź wartości prądu;
4. mikrokrokowa - ([! kroku) praca silnika jest gładka bez zakłóceń rezonansowych.
Właściwości:
przeznaczony do współpracy z układami SLA7044M i SLA7042M (mikrokrokowe,
unipolarne, wysokoprądowe układy mocy silników krokowych);
możliwość ustawienia jednego z 4 trybów pracy silnika krokowego;
wejścia kompatybilne z układami mikroprocesorowymi.
Bezwzględne wartości zakresów działania:
Napięcie zasilania VDD.................... 5,0 V
Zakres napięć wejściowych VI ................ -0,5 V d" VDD d" + 0,5 V
Prąd wejściowy II ....................... ą10 mA
Zakres zmian napięć wyjściowych VO...............  0,3 V d" VDD d" + 0,3 V
Prąd wyjściowy, IO ................... ą15 mA
Zakres temperatur pracy ukÅ‚adu TA .......................... -20°C do +85°C
Zakres temperatur przechowywania TS ........................ -40°C do +150°C
Układ PG001M jest zabudowany w 16-pinowym dwuliniowym układzie scalonym
(rys 20).
Rys.20. Schemat wewnętrzny układu PG001M oraz wyprowadzenia wejść i wyjść z układu
26
Wejściami układowymi są sygnały:
1. RESET  wejście kasujące pracę układu, gdy jest w stanie niskim układ jest
nieaktywny, dopiero wystawieniu sygnału wysokiego jest możliwa praca układu;
2. CLOCKIN  wejście zegarowe dostarczające impulsy, które ustalają szybkość zmian
zasilania uzwojeń silnika a co za tym idzie zmianę prędkości obrotowej silnika
krokowego;
3. CCW / CW  wejście odpowiedzialne za zmianę kierunku wirowania silnika;
6. MODE SELECT (MS1)  wejście pierwsze umożliwiające zmianę trybu pracy
1
silnika skokowego (zgodnie z tabelą 2). MODE SELECT (MS2)  wejście
2
zmieniające umożliwiające zmianę tryby pracy;
Tabela 2 Tryby pracy w zależności od stanu na wejściach MS1 i MS2.
Tryb Pracy Silnika Krokowego MODE SELECT1 MODE SELECT2 (MS2)
(MS1)
Pełnokrokowy L L
Półkrokowy (½ kroku) H L
Cwierćkrokowy (ź kroku) L H
Mikrokrokowy ([! kroku) H H
L  stan niski, logiczne  0 H  stan wysoki, logiczna  1
7. GROUND  wejście uziemiające połączone z uziemieniem sterownika PLC;
8. CONTROL SUPPLY  wewnętrzne napięcie zasilania PG001M dostarczane z układu
zasilacza.
Sekwencja wejść MS1, MS2 steruje zasilaniem uzwojeń silnika skokowego w możliwych
czterech trybach pracy. Zmiana ta jest przedstawiona na rys. 21 (a, b, c, d).
27
a) b)
MS1 = H
MS1 = L
MS2 = L
MS2 = L
c) d)
MS1 = L MS1 = H
MS2 = H MS2 = H
Rys.21. Sekwencja zasilania uzwojeń przy różnych trybach pracy wybieranych poprzez
ustawienia wejść MS1 i MS2: a) peÅ‚nokrokowa, b) ½ kroku, c) ź kroku d) [! kroku
Wyjścia układu PG001M dostarczane bezpośrednio do układu mocy SLA7044M to:
10. SERIAL DATAA (SDA)  wyjście szeregowych danych wysterowujące odpowiednie
zasilanie fazy A silnika skokowego;
11. SERIAL DATAB (SDB)  wyjście szeregowych danych wysterowujące odpowiednie
zasilanie fazy B silnika skokowego;
13. STROBE  wyjście potwierdzenia wysłania danych szeregowych na poszczególne
fazy;
14. CLKOUT  wyjście zegarowe ustalające częstotliwość sygnałów wyjściowych SDA i
SDB (częstotliwość CLKOUT = ź częstotliwości CLKIN).
Pozostałe końcówki układu scalonego nie są wykorzystywane w zaprojektowanym
stanowisku laboratoryjnym.
SLA7044M jest układem mocy stosowanym do silników krokowych unipolarnych
dwufazowych. Został on zaprojektowany do efektywnego wykorzystania sterowania
mikrokrokowego w silnikach krokowych. Układ ten składa się z dwóch zintegrowanych
modułów (rys.22), z których każdy posiada 2 tranzystory NMOSFET, oraz kontroler CMOS.
Każdy moduł ma niezależne wejścia SERIAL DATAA (SDA) i SERIAL DATAB (SDB),
pozostałe wejścia są jednakowe dla obu modułów układu SLA7044M. Za pomocą informacji
dostarczonej z SDA, SDB, CLK i STROBE na wyjściu układu utrzymuje się żądaną
sekwencjÄ™ zasilania obu faz silnika.
28
Rys.22. Schemat wewnętrzny układu SLA7044M oraz wyprowadzenia wejść i wyjść z układu
Maksymalne wartości zakresów działania:
Napięcia zasilania faz silnika VBB.................... 46 V
Napięcie zasilania VDD.................... 5,0 V
Szczytowy prÄ…d udarowy (twd"10 µs ) IOUTM ................ 5,0 A
Prąd wyjściowy IOUT ....................3,0 A
Zakres zmian napięć wyjściowych VO ............... - 0.3 V d" VDD d" + 0.3 V
Napięcie referencyjne UREF ................... ą15 mA
Zakres temperatur pracy ukÅ‚adu TA .......................... -20°C do +85°C
Zakres temperatur przechowywania TS ........................ -40°C do +150°C
Jak zostało wcześniej wspomniane układ dzieli się na dwa identyczne (jeżeli chodzi o budowę
wewnętrzną) moduły, z których każdy ma (fizycznie) identyczne wejścia i wyjścia każde
osobno wykorzystywane do sterowania jedną faza silnika skokowego. Tak, więc na
odpowiednich końcówkach układu są wejścia:
2/13. STROBE  wejście potwierdzenia wysłania danych szeregowych na poszczególne
fazy;
29
3/14. REF / ENABLE  wejście załączające moduł w układzie SLA7044M, gdy jest ono
w stanie wysokim (napiÄ™cie 0,4V÷2,5V) to zostaje zaÅ‚Ä…czona transmisja danych z
PG001M do poszczególnych modułów układu SLA7044M i zgodnie z zadana sekwencją
zasila uzwojenia silnika. Jeżeli sygnał REF / EN jest poza zakresem powyższych napięć
to wyłącza układ mocy.
4/15. CONTROL SUPPLY  wewnętrzne napięcie zasilania układu SLA7044;
5/16. CLOCK  wejście zegarowe sterujące szybkością zmian danych sterujących pracą
silnika krokowego.
6/17. SERIAL DATA  wejście danych (jak wyjście w układzie PG001M).
9/10. SENSE  wejście układu uziemione przez rezystory RS, które ograniczają prąd
wyprowadzany z układu SLA7044M na uzwojenia silnika.
7/12. GROUND  uziemienie poszczególnych modułów układu SLA7044M połączone
razem z uziemieniem układu PG001M.
Układ ten posiada cztery wyjścia, które zasilają poszczególne fazy unipolarnego silnika
krokowego tj.: OUTA, OUT OUTB, OUT .
A , B
Wspólne połączenie obu układów PG001M i SLA7044M (rys 23) tworzy układ sterujący
dwufazowymi unipolarnymi silnikami krokowymi (o parametrach: IN d" 3A oraz o UN d" 46V),
w zmiennych trybach pracy.
Rys.23. Schemat połączeń układów PG001M, SLA7044M i silnika krokowego
30
5.3 Opis działania modułu mocy
Układ PG001M, SLA7044M oraz układ załączający napięcie REF / EN są umieszczone
jednej płytce opisanej w rozdziale 3.2 (patrz rys. 4) jako Układ Przetwarzania i Układ Mocy.
Sygnałami wejściowymi tego układu są: CLKIN, REF / EN , RESET, CCW/CW, MS1, MS2
(opisane powyżej). Do układu mocy sygnały te są doprowadzane (po wcześniejszym
obniżeniu napięć w układzie 24V/5V) ze sterownika PLC, w którym ustala się programowo
sekwencje załączania poszczególnych wejść oraz zadaną częstotliwość zegara CLKIN. Kiedy
do układu PG001M zostaną dostarczone sygnały wejściowe, wtedy układ ten generuje
odpowiednią sekwencje danych szeregowych, na wyjściach SDA i SDB, które wysterowują
oba moduły układu SLA7044M. Następnie na wyjściach OUTA, OUT OUTB, OUT są
A , B
wystawiane odpowiednie wartości (pośrednie) prądów zasilających uzwojenia silnika
skokowego (patrz rys. 25, rys.26). Zmiana wartości wektora wypadkowego prądu
zasilającego uzwojenia jest uwarunkowana trybami pracy układu, na rys. 24 możemy
zauważyć jak zmieniają się wartości prądów w uzwojeniach A i B w zależności od
przemieszczenia wektora wypadkowego prÄ…du zasilajÄ…cego uzwojenia w 4 trybach pracy
(peÅ‚ny krok, ½, ź, [! kroku).
Rys. 24. Procentowe wartości prądów na poszczególnych fazach silnika podczas wykonania
pełnego kroku, dla 4 trybów pracy.
31
Rys.25. Sekwencja sygnałów wejściowych, przejściowych, oraz wyjściowych przy trybie ź
kroku i pełny krok
Rys. 26. Sekwencja sygnałów wejściowych, przejściowych, oraz wyjściowych przy trybie [!
kroku i ź kroku
32
5.4 Połączenie modułu mocy ze sterownikiem PLC
Opis wejść i wyjść za Sterownika Napędu Pozycjonującego (Modułu Mocy).
Sygnały z PLC Sygnały do Napędu Pozycjonującego
1  Uref/en 1  24 V (DC)
2  Reset 2  A (Uzwojenie silnika)
3  CLKin 3 - /A
4  Lewo/Prawo 4  B
5  EM2 5 - /B
6  GND 6  EM2
7  EM1 7  EM1
8  MS1 8  GND
9  MS2 9  Niepołączony
Połączenie modułu mocy ze sterownikiem dokonuje się wyjściem  PLC za pomocą
przewodów podłączanych do wyjść cyfrowych sterownika oraz do uziemienia (GND). Każdy
przewód jest opisany i należy go podłączyć zgonie z tabelą 3.
Tabela 3. Połączenie wyjścia modułu mocy do sterownika PLC.
L.p. Opis Przewodu Wyjście Cyfrowe Sterownika PLC
1 UREF/EN Q0.1
2 Q0.5
RESET
3 CLOCKIN Q0.0
4 Q0.2
CCW / CW
5 EM2 Q1.0
6 GND GND
7 EM1 Q1.1
8 MS1 Q0.3
9 MS2 Q0.4
Moduł mocy posiada, w tylnej części, podłączenie zasilania 24V zasilającego uzwojenia
silnika. Podłączenie to należy zrealizować zgodnie z rys.27.
33
Rys.27. Podłączenie zasilania z zasilacza PLC 24V do modułu mocy
Wyjście  SILNIK z modułu mocy łączymy z przewodami napędu pozycjonującego.
Dodatkowo z układu pozycjonującego są poprowadzone przewody do krańcówek, które
Å‚Ä…czymy zgodnie z tabelÄ… 4.
Tabela 4. Połączenie krańcówek.
L.p. Opis Przewodu Wyjście Cyfrowe Sterownika PLC
1 Krań. Pr. I0.3
2 Krań. L. I0.4
3 Zas. Kr. Pr. 24 V (Zasilanie z PLC)
4 Zas. Kr. L. 24 V
Moduł mocy należy również podłączyć do zasilania sieciowego 230 V.
6. Zastosowanie sterownika S7-200 do sterowania silników krokowych
6.1 Współpraca sterownika S7-200 z układem mocy silnika krokowego
Sterowniki S7-200 są urządzeniami przystosowanymi do wielu rozwiązań automatyki
przemysłowej. Jedną z możliwych aplikacji jest zastosowanie tego typu sterownika do
sterowania napędem pozycjonującym z wykorzystaniem pętli regulacji położenia. Program
Step7-MicroWIN umożliwiający programowanie sterownika PLC posiada wyspecjalizowane
bloki funkcyjne umożliwiające wygenerowanie impulsów zegarowych sterujących prędkością
i położeniem układu napędowego z silnikiem skokowym, oraz bloki umożliwiające zliczanie
wygenerowanych impulsów.
6.2 Oprogramowanie sterownika S7-200 do sterowania napędem pozycjonującym z
silnikiem krokowym
Program Step7-MicroWIN jest przystosowany do współpracy ze sterownikami typu S7-200.
Wprowadza on wiele możliwości projektowych jak i również dodatkowe aplikacje
umożliwiające obsługę paneli wizualizacyjnych.
Wykorzystując sterownik S7-200 do sterowania silnika krokowego, który pośrednio jest
wysterowywany poprzez moduł mocy, należy wygenerować ze sterownika PLC sygnały
impulsowe o zmiennej częstotliwości oraz określonej liczbie impulsów. W sterowniku S7-200
34
umożliwiają to konfigurowalne programowo wyjścia impulsowe Q0.0 i Q0.1, których
efektem działania jest czasowe cykliczne załączanie i wyłączanie tych wyjść. Sposób, w jaki
będą one sterowane zależy od wybranego rodzaju wyjścia PTO/PWM oraz od dodatkowych
danych konfiguracyjnych wprowadzonych programowo.
6.3 Wyjście impulsowe PTO
Wyjście impulsowe PTO charakteryzuje się stałym 50% wypełnieniem. Służy anodo
generowania, określonej programowo, ilości impulsów sterujących o zmieniającej się
częstotliwości (okresie). Zadaną liczbę impulsów można zmieniać w przedziale: od 1 do
4.294.967.295 (zmienna 32-bitowa bez znaku), natomiast okres może być ustawiany w
milisekundach lub mikrosekundach (zmienna 16-bitowa bez znaku). Zakres ustawianych
jednostek czasu w milisekundach zawiera siÄ™ w przedziale: od 2 do 65.535, natomiast dla
mikrosekund wynosi: od 250 do 65.535. Wyjście PTO, pełniące funkcję programowalnego
zadajnika impulsów, może sterować pracą silników krokowych w układach pozycjonowania.
Wyjście PWM, nie jest wykorzystywane przy sterowaniu silnikami krokowymi, zatem nie
będzie ono brane pod uwagę w dalszym opisie wyjść impulsowych.
W tabeli 5 przedstawiono wszystkie bity, które służą do monitorowania, sterowania i
konfigurowania wyjść PTO. Parametrami domyślnymi bitów konfiguracyjnych jest stan niski.
Tabela 5 Parametry konfiguracyjne wyjść impulsowych PTO
Bity monitorujące wyjście impulsowe PTO
Q0.0 Q0.1 Przeznaczenie
SM66.6 SM76.6 Wystąpiła próba nowego ustawienia parametrów wyjścia PTO w trakcie
generowania impulsów wyjściowych: 0 - nie; 1 - tak
SM66.7 SM76.7 Zadana liczba impulsów została wygenerowana: 0 - nie; 1 - tak
Bajt sterujący wyjść PTO/PWM
Q0.0 Q0.1 Przeznaczenie
SM67.0 SM77.0 Możliwość zmiany okresu przebiegu PTO: 0 - nie; 1 - tak
SM67.1 SM77.1 Możliwość zmiany szerokości impulsu PWM: 0 - nie; 1 - tak
SM67.2 SM77.2 Możliwość zmiany wartości zadanej impulsów PTO: 0 - nie; 1 - tak
SM67.3 SM77.3 Wybór podstawy czasu PTO: 0 - µsek; 1 - msek.
SM67.4 SM77.4 Nie wykorzystany
SM67.5 SM77.5 Nie wykorzystany
SM67.6 SM77.6 Wybór rodzaju wyjścia PTO/PWM: 0 - PTO; 1 - PWM
SM67.7 SM77.7 Możliwość załączenia wyjścia PTO: 0 - wyłączone; 1 - załączone
Ustawianie wartości okresu wyjść PTO
(zakres: 2 - 65.535)
Q0.0 Q0.1 Przeznaczenie
SMB68 SMB78 Bajt bardziej znaczÄ…cy liczby 16-bitowej
SMB69 SMB79 Bajt mniej znaczÄ…cy liczby 16-bitowej
35
Ustawianie zadeklarowanej wartości liczby impulsów wyjściowych PTO
(zakres: 1 - 4.294.967.295)
Q0.0 Q0.1 Przeznaczenie
SMB72 SMB82 Bajt pierwszy - najbardziej znaczÄ…cy liczby 32-bitowej
SMB73 SMB83 Bajt drugi liczy 32-bitowej
SMB74 SMB84 Bajt trzeci liczby 32-bitowej
SMB75 SMB85 Bajt czwarty - najmniej znaczÄ…cy liczby 32-bitowej
W tabeli 6 przedstawiono krótki opis kilku wariantów rejestru sterującego pozwalającego
skonfigurować wyjście impulsowe PTO sterownika. Przez wpisanie do rejestru odpowiedniej
zmiennej (w tabeli jest ona przedstawiona jako liczba w kodzie heksadecymalnym) można w
odpowiedni sposób ustawić parametry do aktualnych potrzeb sterowania silnikiem
krokowym.
Różne ustawienia statusu bitów sterujących pozwalają dokonać zmiany:
liczby zadanych impulsów PTO (SMD72 lub SMD82),
częstotliwości (SMW68 lub SMW78).
Tabela 6. Przykłady zmiany parametrów wyjścia impulsowego Q0.0
Funkcja rejestru sterującego - efekt działania instrukcji PLS
Rejestr zmiana dotyczÄ…ca:
sterujÄ…cy
załączone rodzaj Podstawa ilości imp. szerokości czasu cyklu
wyjścia czasu
wyjściowych impulsu (okresu)
16#81 tak PTO 1 µsek. tak
16#84 tak PTO 1 µsek. tak
16#85 tak PTO 1 µsek. tak tak
16#89 tak PTO 1 msek. tak
16#8C tak PTO 1 msek. tak
16#8D tak PTO 1 msek. tak tak
Programowo blok funkcyjny odpowiedzialny za pracę wyjścia impulsowego PTO to blok
PLS (rys 28). Sprawdza on zawartość rejestru sterującego danym wyjściem impulsowym o
numerze określonym parametrem "Q0.x".
Ustawianie parametrów użytkowych danego wyjścia, zgodnie z zawartością tego rejestru
oraz generowanie impulsów zostanie wykonane, gdy do wejścia "EN" dopłynie sygnał.
36
Rys. 28. Blok funkcyjny PLS języku programowania Ladder
Zmiana parametrów wyjść impulsowych
Wprowadzane zmiany w przebiegu wyjściowym, związane np. ze zmianą okresu
przebiegu PTO, powodują chwilowe wyłączenie danego wyjścia na czas niezbędny do
wprowadzenia nowych danych konfiguracyjnych. W celu zminimalizowania tego
negatywnego zjawiska, które prowadzi do zniekształcenia przebiegu wyjściowego, zalecane
jest używanie wyjścia PTO, które w pierwszym cyklu skanowania ustawiane będzie na "0".
Ta zasada wykorzystana została w przykładowym programie omówionym w załączniku nr 3.
W konsekwencji przebieg wyjściowy PTO rozpoczyna się od stanu niskiego. Zmiana
parametrów przebiegu PTO spowoduje powstanie krótkiej przerwy trwającej ok. 120ms
rozdzielajÄ…cej oba przebiegi.
6.4 Szybkie liczniki
Szybkie liczniki HSC (High-Speed Counter) umożliwiają zliczanie ciągu impulsów
doprowadzonych do wejścia zegarowego licznika, które pojawiają się w odstępach krótszych,
niż czas niezbędny do wykonania przez sterownik pojedynczego cyklu programowego.
Zliczanie tychże impulsów przez standardowe bloki funkcyjne liczników np.: przez CTU lub
CTUD spowodowałoby zjawisko tzw. "zgubienia" zliczanych impulsów i w efekcie
powstanie błędów w procesie zliczania. Sterownik S7-200 z jednostką CPU224 posiada sześć
liczników (HSC0, HSC1 & HSC5). W zaprojektowanym stanowisku wykorzystywany jest
licznik HSC0, konfigurowalny programowo jak w załączniku nr. 4. Licznik HSC0 jest
dwukierunkowym licznikiem o jednym wejściu zegarowym I0.0. Zmianę kierunku zliczania
realizuje się programowo ustawiając żądany stan logiczny odpowiedniego bitu bajtu
kontrolnego SMB37 (patrz tabela 7). Maksymalna częstotliwość impulsów zliczanych przez
ten licznik wynosi 2kHz. W zaprojektowanym stanowisku laboratoryjnym do licznika HSC0
są podłączone sygnały, z wyjścia impulsowego Q0.0 PTO, wykorzystywane jako sygnały
porównujące wartość zadaną impulsów, z wartością wygenerowaną na wyjściu Q0.0. Jest to
dokonane w celu eliminacji błędów programowych.
37
Tabela 7. Tryby pracy szybkiego licznika HSC0 w jednostce CPU224.
Tryb Opis działania I0.0 I0.1 I0.2
0 Licznik z pojedynczym wejściem zegarowym,
zliczający w górę lub w dół z wewnętrzną zmianą
1 kierunku zliczania: wejście
kasowanie
SM47.3 = 0 - zliczanie w dół zegarowe
SM47.3 = 1 - zliczanie w górę
3 Licznik z pojedynczym wejściem zegarowym,
zliczający w górę lub w dół z zewnętrzną zmianą
kierunku zliczania: wejście kasowanie
4
I0.7 = 0 - zliczanie w dół zegarowe kierunek
I0.7 = 1 - zliczanie w górę
6 Licznik dwufazowy z podwójnym wejściem zegarowym
zliczanie zliczanie
zliczającym w górę i w dół kasowanie
7 w górę w dół
9 Licznik kwadraturowy dwufazowy:
przebieg A wyprzedza przebieg B o 900 - zliczanie w
wejście wejście
10 górę
zegarowe zegarowe
kasowanie
przebieg B wyprzedza przebieg A o 900 - zliczanie w
(faza A) (faza B)
dół
Analizując tabelę 7 widać, że licznik HSC0 posiada cztery podstawowe tryby pracy, a w
każdym z nich wyróżnić można dodatkowo trzy (patrz tabela 8).
Tabela 8 Podział trybów pracy szybkiego licznika.
Tryby pracy Opis
0, 3, 6, 9 Licznik nie posiada wejścia kasującego oraz wejścia start
1, 4, 7, 10 Licznik posiada tylko wejście kasujące
Wyboru trybu pracy licznika, który musi być określony przed jego uruchomieniem, dokonuje
się za pomocą instrukcji HDEF. Aktywny poziom na wejściu zegarowym oraz załączenie
podprogramu z obsługą szybkiego licznika, powoduje załączenie licznika HSC. W czasie,
gdy jest on załączony impulsy wejściowe doprowadzone do wejścia zegarowego są w nim
zliczane, co pociąga za sobą zmianę bieżącej wartości (CV - current value) licznika. Zmiana
stanu logicznego na nieaktywny na wejściu "kierunek" wyłącza licznik, powodując tym
samym zapamiętanie stanu licznika i zatrzymanie procesu zliczania. Poziomy aktywne
ustawiane są programowo. W czasie, gdy licznik HSC jest wyłączony wejście kasujące
"reset" nie wpływa na zmianę stanu licznika. Natomiast uaktywnienie wejścia kasującego,
przy załączonym liczniku, powoduje jego wyzerowanie. Po zaniku sygnału kasującego "reset"
rozpoczyna się proces zliczania impulsów wejściowych od stanu początkowego CV = 0
(patrz rys.29). W przypadku, gdy licznik HSC posiada tylko wejście kasujące, jego
38
uaktywnienie zawsze spowoduje wyzerowanie wartości bieżącej CV licznika jak jest to
pokazane na rys. 29.
Rys 29. Funkcja wejścia kasującego w liczniku nieposiadającym wejścia "start"
Przeznaczenie bajtu sterującego szybkich liczników
Każdy z liczników HSC posiada własny bajt sterujący. Ustawiając odpowiednie bity
bajty sterującego można w optymalny sposób skonfigurować parametry dynamiczne licznika.
Adresy bajtów sterujących współpracujących z odpowiednimi licznikami HSC oraz funkcje
poszczególnych bitów sterujących przedstawia tabela 8.
Tabela 8. Przeznaczenie bitów sterujących.
HSC0 Przeznaczenie
SM37.0 Bit określający poziom aktywny wejścia kasującego "reset":
0 - poziom aktywny - wysoki; 1 - poziom aktywny - niski.
SM37.1 Bit określający poziom aktywny wejścia "start":
0 - poziom aktywny - wysoki; 1 - poziom aktywny - niski.
SM37.2 Bit określający częstotliwość wejścia zegarowego w przypadku pracy
licznika w trybie kwadraturowym: 0 - mnożnik x4(28kHz); 1 - mnożnik
x1(7kHz).
SM37.3 Bit określający kierunek zliczania:
0 - zliczanie w dół (do tyłu); 1 - zliczanie w górę (do przodu).
SM37.4 Bit umożliwiający zmianę kierunku zliczania:
0 - brak takiej możliwości; 1 - umożliwienie tej zmiany.
SM37.5 Bit umożliwiający zmianę wartości zadanej (PV) w liczniku:
0 - brak takiej możliwości; 1 - umożliwienie tej zmiany.
SM37.6 Bit umożliwiający zmianę wartości bieżącej (CV) w liczniku:
0 - brak takiej możliwości; 1 - umożliwienie tej zmiany.
SM37.7 Bit określający stan pracy licznika HSC:
0 - licznik HSC wyłączony; 1 - licznik HSC załączony.
39
Ustawianie wartości zadanej i bieżącej
W każdym liczniku HSC wartość bieżącą (CV) i zadaną (PV) określić można przy
pomocy 32-bitowej liczby całkowitej ze znakiem. Czyli zakres nastawianych wartości mieści
się w przedziale: od -2.147.483.648 do +2.147.483.647. Możliwość dokonywania tych zmian
jest uwarunkowana stanem logicznym odpowiednich bitów sterujących (patrz tabela 6.5). W
celu wprowadzenia tych zmian należy spowodować wykonanie instrukcji HSC, która
automatycznie uaktualnia wprowadzane nastawy.
W tabeli 9 podane zostały adresy bajtów, w których przechowywane są wartości bieżąca i
zadana w odniesieniu do licznika HSC0.
Tabela 9 Adresy bajtów zawierających wartość bieżącą i zadaną liczników.
Wartość bieżąca (CV) licznika HSC0
HSC0 Opis
SMB38 Bajt pierwszy - najbardziej znaczÄ…cy liczby 32-bitowej
SMB39 Bajt drugi liczy 32-bitowej
SMB40 Bajt trzeci liczby 32-bitowej
SMB41 Bajt czwarty - najmniej znaczÄ…cy liczby 32-bitowej
Wartość zadana (PV) licznika HSC0
SMB42 Bajt pierwszy - najbardziej znaczÄ…cy liczby 32-bitowej
SMB43 Bajt drugi liczy 32-bitowej
SMB44 Bajt trzeci liczby 32-bitowej
SMB45 Bajt czwarty - najmniej znaczÄ…cy liczby 32-bitowej
Bajty statusu liczników
Bajt statusu może pełnić funkcję monitorującą pracę danego licznika. Zawiera on
informacje dotyczące aktualnego kierunku zliczania impulsów wejściowych oraz określony
typ relacji między aktualną wartością bieżącą, a wartością zadaną (patrz tabela 10).
Tabela 10. Adresy i przeznaczenie bajtu statusu liczników
HSC0 Opis
SM36.5 bit określający aktualny kierunek zliczania:
0 - zliczanie w dół (do tyłu); 1 - zliczanie w górę (do przodu)
SM36.6 bit określający aktualną relację między wartością bieżącą (CV), a
zadaną (PV): 0 - CV nie równa się PV; 1 - CV równa się PV
SM36.7 bit określający aktualną relację między wartością bieżącą (CV), a
zadaną (PV): 0 - CV jest mniejsza lub równa PV; 1 - CV jest
większa od PV
40
W tabeli 11 przedstawiono kilka wariantów rejestru sterującego pozwalającego
skonfigurować parametry szybkiego licznika. Przez wpisanie do rejestru sterującego
odpowiedniej zmiennej (w tabeli jest ona przedstawiona jako liczba w kodzie
heksadecymalnym) można w odpowiedni sposób ustawić parametry licznika do aktualnych
potrzeb.
Tabela 11. Przykłady zmiany parametrów szybkiego licznika HSC
Funkcja rejestru sterującego - efekt działania instrukcji HSC
Możliwość zmiany Ustawienie
Rejestr wartości
wartości kierunku częstotli poziomu aktywnego
załączony
sterujący bież. kierunku
zad. (PV) zliczania wości wejścia
(Hex.) (CV)
Start Restart
16#00 nie brak brak brak w dół x4 wysoki wysoki
16#8C tak brak brak brak w dół x1 wysoki wysoki
16#F8 tak tak tak tak w górę x4 wysoki wysoki
16#CC tak tak nie nie w górę x1 wysoki wysoki
16#98 tak nie nie tak w górę x4 wysoki wysoki
16#C3 tak tak nie nie w dół x4 niski niski
16#90 tak nie nie tak w dół x4 wysoki wysoki
16#C0 tak tak nie nie w dół x4 wysoki wysoki
16#A0 tak nie tak nie w dół x4 wysoki wysoki
Funkcje sterujące pracą szybkich liczników HSC
Programowo istnieją dwa zasadnicze bloki funkcyjne definiujące pracę szybkich liczników:
blok funkcyjny służący do ustawiania trybu pracy wskazanego parametrem "MODE"
w odniesieniu do wybranego parametrem "HSC" licznika (patrz rys. 30). Operacja
zostanie wykonana, gdy do wejścia "EN" podany zostanie sygnał. Blok funkcyjny
HDEF może skonfigurować tylko jeden licznik HSC, ponieważ może on być
uaktywniony tylko raz od momentu uruchomienia sterownika, dlatego też jego praca
powinna być związana z bitem specjalnym SM0.1, który uaktywnia się tylko w czasie
pierwszego cyklu skanowania. Próba powtórnego użycia tej procedury nie zmieni
wcześniej wprowadzonej konfiguracji licznika, a jedynie spowoduje pojawienie się
błędu. Instrukcja HDEF nie może być umieszczana wewnątrz fragmentów programu
stanowiÄ…cego przerwanie programowe, lecz jedynie w podprogramie (SBR). W celu
wykonania instrukcji HDEF należy skorzystać z procedury (CALL SUBROUTINE)
powodującej wywołanie określonego podprogramu, w którym HDEF jest
41
umieszczona. (High-speed Counter Definition).
Rys. 30. Blok funkcyjny HDEF języku programowania Ladder
Blok funkcyjny, którego zadaniem jest sprawdzenie zawartości bajtu kontrolnego
licznika o numerze określonym parametrem "N" (patrz rys. 31) i na tej podstawie
odpowiednie ustawienie parametrów dynamicznych tego licznika. Operacja zostanie
wykonana, gdy do bloku podany zostanie sygnał. Ponadto instrukcja HSC nie może
być wykonana przed instrukcją HDEF. (High-speed Counter).
Rys. 31. Blok funkcyjny HSC w języku programowania Ladder
Ilustracje graficzne pracy szybkich liczników
Rys. 32. Proces zliczania w liczniku dwukierunkowym z wewnętrzną (tryb pracy: 0,1,2)
oraz z zewnętrzną (tryb pracy: 3,4,5) zmianą kierunku zliczania
42
Jeżeli odstęp czasowy pomiędzy dwoma sąsiednimi narastającymi zboczami,
doprowadzonymi do obu wejść zegarowych, będzie mniejszy niż 0,3ms, to licznik ten nie
zmieni wartości bieżącej, gdyż przypadek ten zostanie potraktowany jako jednoczesne
doprowadzenie obu sygnałów wejściowych do licznika wzajemnie się wykluczających.
6.5 Program sterujący napędem pozycjonującym
Działanie układu pozycjonującego ma na celu przedstawienie sposobów sterowania
położeniem elementu wykonawczego, którym jest zespół dwóch elektromagnesów
umieszczonych na tzw.  karetce patrz rys 6.12. Jeden z elektromagnesów EM2 przyciąga
(lub zwalnia) element metalowy, natomiast drugi unosi (lub opuszcza) elektromagnes EM2 z
przyciągniętym (lub nie) elementem metalowym jak jest to przedstawione na rys 6.13.
Położenie, jak i prędkość przesuwu elementu wykonawczego, ustalamy za pomocą ilości
impulsów i wartości częstotliwości, z jaką są one dostarczane do bloku generatora impulsów
PTO w sterowniku PLC. Tryb pracy silnika krokowego (co zarazem wpływa na płynność
ruchu układu) wysterowywany jest za pomocą dwóch wejść MS1 i MS2 które na wyjściu ze
sterownika PLC sÄ… oznaczone jako Q0.3 i Q0.4.
43
Załącznik 1
SILNIKI SKOKOWE TYPU FB-20
Zastosowanie:
Silniki skokowe typu FB-20 przeznaczone są do pracy w układach napędowych z cyfrowym
sygnałem sterującym służących do precyzyjnego pozycjonowania położenia kątowego oraz do regulacji
prędkości obrotowej w szerokim zakresie. W szczególności wykorzystywane są w układach
napędowych urządzeń techniki komputerowej, układach napędowych mechaniki precyzyjnej i
automatyki. Najpowszechniej stosowane są jako napędy głowic drukarek, czytników taśm
perforowanych, rejestratorów. Silniki mogą być dostarczone łącznie z elektronicznym sterownikiem typu
ESU-3-20.
Budowa:
Silniki FB-20 są budowy zamkniętej o stopniu ochrony IP-44. W korpusie i pokrywie wykonanym
ze stopu aluminium są osadzone precyzyjne łożyska kulkowe. Na wałku wirnika osadzony jest pakiet
blach reluktancyjnego magnetowodu. Na stojanie w postaci pakietu blach elektrotechnicznych sÄ…
umieszczone uzwojenia czteropasmowe. Silniki mogą pracować w klimacie umiarkowanym przy
temperaturze otoczenia + 5 do +40°C. Silniki sÄ… produkowane w trzech odmianach.
Dane techniczne:
TYP SILNIKA FB-2000 FB-20-4-1 FB-20-4-3
Liczba pasm
4 4 4
Skok znamionowy 15 15 15 1°
Napięcie znamionowe .28 28 28 V
PrÄ…d znamionowy 1,4 1,4 1,4 A
Rezystancja pasma 20 19 18 &!
Indukcyjność pasma 50 70 40 mH
Moment synchronizujÄ…cy 280* 290* 270* mNm
Moment rozruchowy 150* 150* 120* mNm
Częstotliwość rozruchowa 400* 350" 450* Hz
Częstotliwość graniczna 450* 420* 460* Hz
Moment bezwładności wirnika 8,5 8,5 8,5 gcm2
Masa silnika
450 450 450 g
Klasa izolacji F B F
Położenie pracy dowolne
Kierunek wirowania dowolny
*  ze sterownikiem ESU-3-20
44
 45