Zabraňte závažným problémům - krokové motory s enkodérem

Typografie
  • Smaller Small Medium Big Bigger
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

ENIKA.CZ, s.r.o. prodejní program o krokové motory s enkodérem a k nim příslušné ovladače. Enkodér u motoru slouží jako detektor poruchy. Zabrání se tím závažným problémům, které by vznikly pokračováním výrobního procesu. Účelem tohoto článku je upozornit nejen na chyby při návrhu systému s krokovými motory a na poruchy při jejich provozu, ale dát především rady, jak jim předcházet. Závěrem jsou vysvětleny výhody krokového motoru s enkodérem.

krokovy motor 1

Jaké chyby se dělají nejčastěji?

Motor se neprovozuje s ovladačem, který výrobce k němu předepsal. Vzájemné přizpůsobení motoru a ovladače je základní podmínkou pro dosažení požadované hodnoty momentu dle uváděné charakteristiky. Dále je důležité vědět pro jaký krok motoru a pro jak veliké napájecí napětí ovladače charakteriskika platí.
Poddimenzovaný motor se bude přehřívat, nesplní potřebné zrychlení, bude mít malý výkon. Může ztrácet kroky (=nesprávně polohovat) a snadno se přetíží a zastaví.
Předimenzovaný motor je hlučný a generuje vyšší hodnoty elektromagnetického rušení. Samozřejmě, takový motor nebo ovladač je dražší a zabírá více prostoru.

Zatěžovací moment je stanoven špatně. Je třeba ho spočítat při zrychlování a nebo zpomalování (pro kratší čas) a k tomu je třeba připočítat ještě tření a přidat rezervu (např. 30%). Pak se vybere motor. Pokud motor pracuje jen s malou rezervou, dochází k nestabilitě (drnčení) a když hnací moment motoru na zátěž nestačí a motor se zastaví (stall torque).

Hodnota mikrokroku se zvolí dle požadované přesnosti polohy. Ale pozor, mikrokrokem se snižuje záběrový moment (holding torque) a to výrazně. Pokud je při plném kroku (1,8° = full step) 100%, při 1/16 kroku (=3200 kroků/ot) je 9,8%!
S tím musí konstruktér počítat a pokud tento inkrementální moment pro polohování nestačí, je nutno použít převodovku. Právě jemný mikrokrok je častou příčinou ztráty kroku.
A co je důležité vědět: hlavním úkolem mikrokroku je potlačit rezonance v dolní části rozsahu otáček (50-150 ot/min). Tam také se výrazně projeví snížením hlučnosti. U rychlostních úloh se používá min. rozdělení 1/32 (= 6400 kroků/ot). Ale zase pozor: hnací moment spadne na cca 5% a ten musí překonat tření a detenční moment motoru a mechanizmu.

Rezonance se však mohou vyskytnout i ve středním pásmu otáček a tady už mikrokrok nepomůže. Řešením jsou nové konstrukce ovladačů s antirezonančním algoritmem.

Důležité je přizpůsobení (částečné) momentů setrvačnosti zátěže a rotoru motoru. Doporučuje se nepřekračovat poměr 5:1. Důsledky jsou stejné jako v předchozích případech: ztráta kroků, nárůst proudu a zastavení motoru.

Konstruktér by měl znát rezonanční frekvenci stroje a otáčky motoru zvolit mimo toto pásmo. Při tomto problému se musí odzkoušet kombinace kmitočtu řídících pulzů, hodnoty mikrokroku a antirezonančního algoritmu (software,filtr).

Krokové motory jsou funkčně nezastupitelné při nízkých otáčkách, kde mají bezkonkurenční moment. Nepoužívejte je však ve vysokých otáčkách. Pozor i na konci momentové charakteristiky. Tady jsou mnohem výhodnější servomotory, samozřejmě, vůči krokovým motorům jsou dražší.

Příčinou nestability systému s krokovým motorem mohou být i mechanického rázu: vliv vůle při změně směru otáčení vyvolá změny rychlosti, opotřebení mechanických komponent a nebo cizí předmět v pracovním prostoru.
Pro zvýšení stability systému s krokovým motorem je třeba dodržovat zásady, které platí jak pro elektrickou tak i mechanickou část.

krokovy motor 2

Řada krokových motorů EM a ovladačů PLUS E , PLUS L, PLUS ET

Tyto motory jsou opatřeny inkrementálními enkodéry s 400 impulzy/ot, diferenciálním výstupem s úrovněmi TTL, max. kmitočet 60kHz. Enkodéry jsou montovány na motory s přírubou Nema 17, 23 a 34 a na přírubu 60x60mm. Tomu odpovídá typové označení EM1, EM2, EM3 a EM6. Typy EM3 používají velmi rozšířené motory SM28...., s některými jedinečnými parametry jako je izolační napětí 250 V AC.
Ovladač PLUS E je opatřen vstupem pro připojení jmenovaného enkodéru a v případě ztráty kroku (synchronizmu) se na binárním výstupu ALARM objeví změna stavu, která může být dále indikována a zpracována. Tento systém je označován jako otevřená smyčka (open loop). Systémy, které používají uzavřenou smyčku (closed loop) berou informaci enkodéru o zvýšení zátěže jako pokyn ke zvýšení proudu (momentu). To je princip servosystému a v pohonech s krokovými motory je používaný málo.
Nastavení citlivosti (počet detekovaných ztracených kroků) se provádí jednoduše DIP přepínači. Toto umožňuje otestovat pohon při simulovaném zatížení a udělat si představu o stabilitě systému.
Ovladač má automatický nebo manuální reset.
Ovladač PLUS L má vedle jmenovaných funkcí ještě zabudovanou programovatelnou řídící jednotku (controller), která umí generovat řídící impulsy včetně ramp a řadu dalších funkcí na úrovni PLC. Řízení je přes RS 485 s otevřeným protokolem.
Ovladač PLUS ET představuje novou řadu s komunikací EtherCAT, verze X-PLUS ET navíc umožňuje přímé připojení na síť 230 V AC.
Pokud bude systém elektricky správně navržen a dodrženy zatěžovací pracovní podmínky vznik ztráty kroku nehrozí. Tyto podmínky se však mohou změnit a k tomu se mohou přidat ještě mechanické poruchy. V takových případech je používání krokových pohonů s enkodérem oprávněné.

Distributor a poskytovatel technické podpory:

logo enika

ENIKA.CZ, s.r.o.
Vlkov 33, 509 01 Nová Paka
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
Telefon: 604 223 362
www.enika.cz

Aktuální číslo časopisu

ElektroPrumysl cz cervenec 2019s

ElektroPrůmysl.cz, červenec 2019

Číslo je zaměřené na spínací techniku, strojní zařízení a jejich bezpečnost, hromosvody a uzemnění.

Najdete nás na Facebooku

Bezplatný odběr časopisu

Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.
 Souhlasím se zpracováním osobních údajů pro potřeby zasílání časopisu zdarma. Informace o zpracování osobních údajů
Časopis vychází 1x měsíčně.

Zajímavé odkazy

TERMOKAMERY.cz – novinky a akční ceny! Vyberte si termokameru přesně dle Vašeho požadavku. Technické poradenství, profesionální přístup, prodej, odborná školení, servis a kalibrace. Vyžádejte si předvedení termokamer zdarma přímo ve vaší firmě!
Turck Cloud - vzhůru do oblak! Se speciálním cloudovým systémem pro sběr, ukládání a zpracování produkčních dat pro potřeby monitorování různých úloh ve sféře průmyslového internetu věcí (IIoT) a Industry 4.0.
Nová řada svítidel VARIOLINE Poskytuje výjimečné LED osvětlení v rozváděčích v jejich plné hloubce a výšce.
Vyšší úroveň bezpečnosti – NKT instal CYKY Dca Inovovaný kabel s vylepšeným materiálem pláště, nešíří plamen, splňuje požární klasifikaci „Dca“.
VOLTWORLD.cz - Svět měřicí techniky! Internetový obchod s kvalitní měřicí technikou osvědčených světových značek. Akční ceny, výhodné sady, půjčovna, servis, kalibrace, školení a semináře.
Extra jističe navíc od OEZ Chcete ušetřit při nákupu modulárních přístrojů? Nakupujte výhodné extra balení s jističi navíc od OEZ!
Bezplatný odběr časopisu
Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.
 Souhlasím se zpracováním osobních údajů pro potřeby zasílání časopisu zdarma. Informace o zpracování osobních údajů
Časopis vychází 1x měsíčně.