Драйвер представляет собой программируемое устройство, осуществляющее прием управляющих импульсов, дискретных сигналов или команд от управляющего устройства (контроллера, ПЛК, ПК и т. д.), их преобразование, и выдачу на обмотки шагового двигателя управляющих токовых сигналов в соответствии с заданным режимом работы драйвера.
Выбор режима работы драйвера осуществляется посредством задания значений параметров настройки (конфигурации) драйвера при помощи программного конфигуратора MST.
ПримечаниеВсего существует два режима работы прибора:
режим работы от внешних команд;
режим работы от внутренней логики.
В режиме работы от внешних команд в качестве источника управляющих сигналов, обрабатываемых прибором, служат непосредственно внешние импульсы, поступающие от внешнего устройства.
В режиме работы от внутренней логики управление осуществляется посредством команд протокола Modbus RTU или логических дискретных сигналов, поступающих на прибор от внешнего устройства. На основании принятых и обработанных команд, внутри самого прибора генерируются импульсы, формирующие выходной сигнал для управления двигателем.
В зависимости от заданного режима работы, драйвер может обеспечивать следующие основные режимы управления:
режим управления STEP/DIR;
режим управления CW/CCW;
режим управления с помощью внешних дискретных сигналов (далее – режим IO);
режим управления по интерфейсу RS-485 (Modbus RTU).
Основные режимы управления драйвера, указанные выше, доступны только в соответствующем режиме работы прибора.
Для применения требуемого режима управления необходимо выбрать соответствующий режим работы прибора, как показано в таблице.
Режимы работы прибора и соответствующие им основные режимы управления
| Режим работы прибора | Доступный режим управления |
|---|---|
| Режим работы от внешних команд | 1. Режим управления STEP/DIR |
| 2. Режим управления CW/CCW | |
| Режим работы от внутренней логики | 3. Режим IO |
| 4. Режим управления по интерфейсу RS-485 (Modbus RTU) |
В каждом из четырех режимов управления драйвера обеспечивается соответствующий перечень поддерживаемых прибором функций.
Полный перечень режимов управления и выполняемых драйвером функций определяется параметрами настройки прибора. Описание параметров настройки приведено в разделе.
Карта регистров Modbus прибора приведена в Приложении А.
Основные режимы управления
Режим управления STEP/DIR
Для управления шаговым двигателем в режиме STEP/DIR в приборе должен быть задан режим работы от внешних команд.
В режиме управления STEP/DIR в качестве источника управляющих сигналов служат импульсы, поступающие от внешнего управляющего устройства.
Для управления в данном режиме используются входы IN1 и IN2 драйвера. На вход IN1 поступают внешние импульсы шагов поворота вала двигателя (STEP), а на вход IN2 – дискретный сигнал, логический уровень которого определяет направление вращения вала двигателя (DIR).
Режим управления CW/CCW
Для управления шаговым двигателем в режиме CW/CCW в приборе должен быть задан режим работы от внешних команд.
В режиме управления CW/CCW в качестве источника управляющих сигналов служат импульсы, поступающие от внешнего управляющего устройства.
Для управления в данном режиме используются входы IN1 и IN2 драйвера. Оба входа служат для приема импульсов поворота вала двигателя. Импульсы на входе IN1 обеспечивают поворот вала по часовой стрелке (CW), а импульсы на входе IN2 – поворот вала против часовой стрелки (CCW).
Режим IO
Данный режим управления доступен в режиме работы прибора от внутренней логики.
В режиме IO в качестве источника управляющих сигналов служат логические сигналы, поступающие на дискретные входы IN3...IN6 драйвера.
В данном режиме драйвер может быть сконфигурирован для выполнения следующих основных типовых функций:
Старт/Стоп + Направление;
Вперед + Назад;
Многоступенчатое управление скоростью;
Многоступенчатое управление позицией;
Фиксированная длина хода;
Возврат в исходное положение;
Обработка сигналов концевых выключателей;
Управление крутящим моментом вала двигателя.
Краткое описание основных типовых функций режима IO приведено в таблице.
Основные типовые функции режима IO
| Функция | Описание |
|---|---|
| Старт/Стоп + Направление | Функция может применяться для управления двигателем с помощью уровней двух дискретных сигналов:
|
| Вперед + Назад | Функция может применяться для управления двигателем с помощью уровней двух дискретных сигналов:
|
| Многоступенчатое управление скоростью | Функция может применяться для управления скоростью двигателя посредством переключения между заданными значениями скорости вращения вала (ступенями скорости) . Всего доступно 16 ступеней скорости, каждой из которых пользователь может назначить требуемое значение. Выбор требуемой ступени скорости осуществляется посредством подачи четырех дискретных сигналов на входы IN3...IN6, сконфигурированных для многоступенчатого управления скоростью. Логические уровни четырех дискретных сигналов на данных входах представляют собой четырех-разрядную комбинацию (двоичный код). Задавая значение этого кода от 0 до 15, пользователь может выбирать любую из 16 ступеней скорости. |
| Многоступенчатое позиционирование | Функция может применяться для управления перемещения вала двигателя на требуемую позицию посредством переключения между позициями с заданным количеством шагов. Всего доступно 16 позиций, каждой из которых пользователь может назначить требуемое значение (количество шагов). Выбор требуемой позиции осуществляется посредством подачи четырех дискретных сигналов на входы IN3...IN6, сконфигурированных для многоступенчатого позиционирования. Логические уровни четырех дискретных сигналов на данных входах представляют собой четырех-разрядную комбинацию (двоичный код). Задавая значение этого кода от 0 до 15, пользователь может выбирать любую из 16 позиций. |
| Фиксированная длина хода | Пользователь может задать фиксированное количество шагов (фиксированную длину хода) вращения вала в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки. Перемещение на фиксированную длину хода осуществляется посредством подачи логического уровня сигналов на какой-либо из входов IN3...IN6 (задается пользователем). |
| Возврат в исходную позицию | Возврат в исходную позицию или позицию, указанную пользователем. Источник сигнала и условия срабатывания возврата в исходную или указанную позицию задаются пользователем. Подробное описание функции возврата в исходную позицию приведено в разделе. |
| Обработка сигналов концевых выключателей предельных положений | Пользователь может задавать действия, выполняемые драйвером при получении внешних дискретных сигналов от концевых выключателей прямого и обратного хода. |
| Управление крутящим моментом вала двигателя | Функция предназначена для использования в замкнутом контуре управления шаговым двигателем. Данная функция позволяет пользователю задавать выходной ток, соответствующий требуемому крутящему моменту вала двигателя, время удержания заданного момента, а также действия, выполняемые драйвером по достижении заданного времени удержания. |
Режим управления по интерфейсу RS-485
Данный режим управления доступен в режиме работы прибора от внутренней логики.
В данном режиме управление драйвером осуществляется управляющим устройством в реальном времени по интерфейсу RS-485 с использованием протокола Modbus RTU.
В режиме управления по интерфейсу RS-485 управляющее устройство является ведущим (Master), а драйвер – ведомым устройством (Slave) на шине RS-485. Сетевой адрес драйвера (от 0 до 31) задается при помощи переключателей, расположенных на корпусе драйвера.
Управление по интерфейсу RS-485 осуществляется посредством записи соответствующих значений параметров регистров драйвера. В режиме управления по интерфейсу RS-485 обеспечивается выполнение всех основных типовых функций драйвера.
Прием сигналов квадратурного энкодера
При использовании драйвера в замкнутом контуре управления двигателем, оснащенным квадратурным энкодером, драйвер обеспечивает прием сигналов от энкодера двигателя.
Для приема драйвером сигналов энкодера в режиме замкнутого контура, используется конфигурация дискретных входов IN1 и IN2, обеспечивающая прием дифференциальных сигналов энкодера напряжением 5 В. В данной конфигурации для входа IN1 назначается прием сигнала фазы B, а для входа IN2 – сигнала фазы A квадратурного энкодера.
Дискретные выходы OUT1, OUT2
Драйвер оснащен дискретными выходами (OUT1, OUT2).
Дискретные выходы OUT1 и OUT2 служат для выдачи на внешние устройства сигналов состояний драйвера, например, сигнала готовности драйвера к работе и сигнала ошибки, сигналов о событиях завершения перехода в исходное положение, достижения установленного крутящего момента вала двигателя, получения активного сигнала от концевика предельного положения, и т. д. В зависимости от выбранного режима управления, для каждого из дискретных выходов OUT1 и OUT2 пользователем может быть назначена конкретная функция.
Автоматическая оптимизация тока в контуре управления двигателем
При управлении шаговым двигателем драйвер выполняет автоматическую оптимизацию коэффициента усиления тока в контуре управления, обеспечивая оптимальный КПД и момент на валу двигателя. Для автоматической оптимизации коэффициента усиления тока в контуре управления используется алгоритм ПИ-регулирования.
Для автоматической оптимизации коэффициента усиления тока в контуре управления используются исходные параметры двигателя, которые могут быть:
определены самим драйвером автоматически при помощи функции автоматического определения параметров обмотки двигателя (функция PI);
определены и заданы пользователем.
При использовании функции PI, драйвер автоматически измеряет значения параметров обмотки двигателя, а затем использует эти значения для автоматической оптимизации усиления тока в контуре управления. Функция PI, при необходимости, может быть отключена.
При определении исходных параметров пользователем, для автоматической оптимизации усиления тока в контуре управления драйвер использует значения параметров, заданные пользователем. При этом, функция PI должна быть отключена.
Функция возврата в исходную позицию
В приборе реализован набор режимов, каждый из которых задействует соответствующий алгоритм перемещения вала двигателя в исходную позицию.
Для понимания работы функции возврата в исходную позицию и выбора режима в конкретном применении, в разделе – разделе приведено описание работы алгоритмов возврата в исходную позицию для каждого режима.
Настройка работы и выбор режимов функции возврата в исходную позицию обеспечивается с помощью параметров P287 – P298. Для настройки следует использовать карту регистров Modbus (см. раздел) и (или) конфигуратор MST.
Точка (значение) исходной позиции, на которую драйвер перемещает вал двигателя, может определяться позицией срабатывания какого-либо механического переключателя (например, концевика исходного положения, концевиков предельных положений прямого и обратного хода), положением механического ограничителя, а также может определяться абсолютным значением позиции, заданным пользователем – значением смещения исходной позиции (параметр P293 / P294). Подробнее об определении исходной позиции – см. раздел.
После получения команды на возврат в исходную позицию, драйвер включает перемещение вала двигателя и инициирует поиск точки исходной позиции в соответствии с заданными условиями.
Во время выполнения команды возврата в исходную позицию, все другие команды, связанные с позиционированием вала двигателя (включая изменение параметров функции возврата в исходную позицию), игнорируются прибором.
По завершению перехода в исходную позицию, дискретный выход OUT1 или OUT2 драйвера выдает дискретный сигнал о его завершении, который может быть использован внешним управляющим устройством (например, ПЛК) в качестве подтверждающего сигнала окончания возврата вала двигателя в исходную позицию. Для этого в параметре P66 (настройка выхода OUT1) или P67 (настройка выход OUT2) должно быть задано значение, соответствующее выдаче сигнала завершения перехода в исходную позицию.
Определение исходной позиции и останов двигателя
Для определения точки исходной позиции и останова двигателя драйвером используются следующие данные:
значение позиции, соответствующее срабатыванию механического устройства (концевика исходного или предельного положения, или механического ограничителя);
значение смещения исходной позиции, заданное пользователем в параметре P293/P294.
Возможны два режима определения исходной позиции и останова двигателя:
позиция останова двигателя не совпадает с заданным значением смещения исходной позиции P293/P294: останов двигателя происходит на позиции срабатывания механического устройства;
позиция останова двигателя совпадает с заданным значением смещения исходной позиции P293/P294: останов двигателя происходит на позиции, указанной в параметре P293/P294.
Действия драйвера в указанных режимах определения исходной позиции и останова двигателя, подробнее рассмотрены ниже.
Режим 1 – Позиция останова двигателя не совпадает с заданным значением смещения исходной позиции P293/P294
ПримечаниеПосле получения команды на возврат в исходную позицию драйвер перемещает вал двигателя и останавливает его на позиции срабатывания механического устройства. После остановки двигателя, параметру текущего абсолютного значения позиции двигателя P8/P9 присваивается значение параметра смещения исходной позиции P293/P294, заданное пользователем.
Таким образом, фактической позиции останова двигателя присваивается значение параметра смещения P293/P294, принимаемое за исходную позицию.
Режим 2 – Позиция останова двигателя совпадает с заданным значением смещения исходной позиции P293/P294
ПримечаниеПосле получения команды на возврат в исходную позицию драйвер, перемещает вал двигателя и, получив сигнал срабатывания механического устройства, игнорирует его, и продолжает перемещать вал до тех пор, пока текущее абсолютное значение позиции двигателя P8/P9 не станет равным заданному значению параметра смещения исходной позиции P293/P294.
Таким образом, фактическая позиция останова двигателя совпадает со значением параметра смещения P293/P294, принимаемое за исходную позицию.
Возврат в исходную позицию с использованием сигнала концевика исходного положения
В данном режиме, возврат в исходную позицию осуществляется с использованием концевика исходного положения.
Команда на возврат в исходную позицию в этом режиме задается в параметре P288 (значение 0 или 1).
При получении дискретного сигнала концевика исходного положения, драйвер начнет замедление перемещения вала (точка замедления) и начнет процедуру точного подвода вала на исходную позицию.
При этом, в зависимости от текущих состояний дискретных сигналов концевиков исходного и предельного положений на момент получения команды возврата в исходную позицию (начало поиска исходной позиции), существует три возможных варианта начальных условий, указанных в таблице ниже:
| Начальное условие | Состояние дискретного сигнала концевика исходного положения (точка замедления) | Состояние дискретного сигнала концевика предельного положения |
|---|---|---|
1 | Не активен (логический 0) на момент начала поиска исходной позиции | Не активен (логический 0) на момент начала поиска исходной позиции и после срабатывания концевика исходного положения |
2 | Уже активен (логическая 1) на момент начала поиска исходной позиции | Не активен (логический 0) на момент начала поиска исходной позиции и после срабатывания концевика исходного положения |
3 | Не активен (логический 0) на момент начала поиска исходной позиции | Становится активен (логическая 1) в процессе поиска исходной позиции |
Описание алгоритмов возврата в исходную позицию для указанных начальных условий приведено ниже.
Алгоритм возврата в исходную позицию с использованием сигнала концевика исходного положения при начальном условии 1
Иллюстрация алгоритма возврата в исходную позицию при начальном условии 1 приведена на рисунке.
Алгоритм возврата в исходную позицию при начальном условии 1 выполняется в следующей последовательности:
Драйвер включает режим быстрого поиска исходной позиции и перемещает вал двигателя со скоростью, заданной в параметре P289, пока не достигнет точки срабатывания концевика исходного положения, определяемой переходом дискретного сигнала концевика из логического 0 в логическую 1;
При срабатывании дискретного сигнала концевика из логического 0 в логическую 1, драйвер начинает замедлять перемещение вала до полного останова (уменьшение скорости перемещения задается в параметре P291);
После останова двигателя драйвер включает режим медленного поиска и начинает медленно перемещать вал двигателя в противоположном направлении со скоростью, заданной в параметре P290, и останавливается сразу после срабатывания дискретного сигнала концевика из логической 1 в логический 0;
После останова, в режиме медленного поиска, драйвер снова начинает перемещать вал двигателя в направлении концевика исходного положения до срабатывания дискретного сигнала концевика из логического 0 в логическую 1, после чего производит останов в достигнутой точке исходной позиции.
Алгоритм возврата в исходную позицию с использованием сигнала концевика исходного положения при начальном условии 2
Иллюстрация алгоритма возврата в исходную позицию при начальном условии 2 приведена на рисунке.
Алгоритм возврата в исходную позицию при начальном условии 2 выполняется в следующей последовательности:
Драйвер включает режим медленного поиска исходной позиции и медленно перемещает вал двигателя в направлении концевика исходного положения со скоростью, заданной в параметре P290, и останавливается после срабатывания дискретного сигнала концевика из логической 1 в логический 0;
После останова, драйвер начинает медленно перемещать вал двигателя в противоположном направлении со скоростью, заданной в параметре P290, и останавливает вал в достигнутой точке исходной позиции сразу после срабатывания дискретного сигнала концевика из логического 0 в логическую 1.
Алгоритм возврата в исходную позицию с использованием сигнала концевика исходного положения при начальном условии 3
Иллюстрация алгоритма возврата в исходную позицию при начальном условии 3 приведена на рисунке.
Алгоритм возврата в исходную позицию при начальном условии 3 выполняется в следующей последовательности:
Драйвер включает режим быстрого поиска исходной позиции и перемещает вал двигателя со скоростью, заданной в параметре P289, пока недостигнет точки срабатывания концевика предельного положения, определяемой переходом дискретного сигнала концевика из логического 0 в логическую 1;
Дальнейшие действия драйвера определяются режимом выбранном в параметре P295:
если выбран режим ожидания повторной команды на возврат в исходную позицию (значение 0 или 1 в параметре P295), драйвер останавливает двигатель до получения данной команды, и только получив ее, продолжит поиск исходной позиции;
если выбран режим автоматического продолжения поиска исходной позиции (значение 2 или 3 в параметре P295), драйвер продолжит поиск исходной позиции автоматически;
Драйвер продолжает поиск исходной позиции: включает режим быстрого поиска и перемещает вал двигателя в противоположном от концевика предельного положения направлении со скоростью, заданной в параметре P289, пока не достигнет точки срабатывания концевика исходного положения, определяемой переходом дискретного сигнала концевика из логического 1 в логический 0;
При срабатывании дискретного сигнала концевика исходного положения из логической 1 в логический 0, драйвер начинает замедлять перемещение вала до полного останова (уменьшение скорости перемещения задается в параметре P291);
После останова двигателя драйвер включает режим медленного поиска и начинает медленно перемещать вал двигателя в противоположном направлении со скоростью, заданной в параметре P290 до срабатывания дискретного сигнала концевика исходного положения из логического 0 в логическую 1;
После останова, в режиме медленного поиска, драйвер снова начинает перемещать вал двигателя в направлении концевика исходного положения до срабатывания дискретного сигнала концевика из логического 0 в логическую 1, после чего производит останов в достигнутой точке исходной позиции.
После срабатывания дискретного сигнала концевика из логического 0 в логическую 1 драйвер немедленно останавливает вал в достигнутой точке исходной позиции.
Возврат в исходную позицию с использованием концевика предельного положения
В данном режиме, возврат в исходную позицию осуществляется с использованием концевика предельного положения.
Команда на возврат в исходную позицию в этом режиме задается в параметре P288 (значение 2 или 3).
При получении дискретного сигнала концевика предельного положения, драйвер начнет замедление перемещения вала (точка замедления) и начнет процедуру точного подвода вала на исходную позицию.
При этом, в зависимости от текущего состояния дискретного сигнала концевика предельного положения на момент получения команды возврата в исходную позицию (начало поиска исходной позиции), существует два возможных варианта начальных условий, указанных в таблице ниже:
| Начальное условие | Состояние дискретного сигнала концевика предельного положения |
|---|---|
1 | Не активен (логический 0) на момент начала поиска исходной позиции |
2 | Активен (логическая 1) на момент начала поиска исходной позиции |
Описание алгоритмов возврата в исходную позицию для указанных начальных условий приведено ниже.
Алгоритм возврата в исходную позицию с использованием концевика предельного положения при начальном условии 1
Иллюстрация алгоритма возврата в исходную позицию при начальном условии 1 приведена на рисунке.
Алгоритм возврата в исходную позицию при начальном условии 1 выполняется в следующей последовательности:
Драйвер включает режим быстрого поиска исходной позиции и перемещает вал двигателя со скоростью, заданной в параметре P289, пока не достигнет точки срабатывания концевика предельного положения, определяемой переходом дискретного сигнала концевика из логического 0 в логическую 1;
При срабатывании дискретного сигнала концевика из логического 0 в логическую 1, драйвер начинает замедлять перемещение вала до полного останова (уменьшение скорости перемещения задается в параметре P291);
После останова двигателя драйвер включает режим медленного поиска и начинает медленно перемещать вал двигателя в противоположном направлении со скоростью, заданной в параметре P290, и останавливается сразу после срабатывания дискретного сигнала концевика из логической 1 в логический 0;
После останова, в режиме медленного поиска, драйвер снова начинает перемещать вал двигателя в направлении концевика предельного положения до срабатывания дискретного сигнала концевика из логического 0 в логическую 1, после чего производит останов в достигнутой точке исходной позиции.
Алгоритм возврата в исходную позицию с использованием концевика предельного положения при начальном условии 2
Иллюстрация алгоритма возврата в исходную позицию при начальном условии 2 приведена на рисунке.
Алгоритм возврата в исходную позицию при начальном условии 2 выполняется в следующей последовательности:
Драйвер включает режим медленного поиска исходной позиции и медленно перемещает вал двигателя в направлении концевика предельного положения со скоростью, заданной в параметре P290, и останавливается после срабатывания дискретного сигнала концевика из логической 1 в логический 0;
После останова, драйвер начинает медленно перемещать вал двигателя в противоположном направлении со скоростью, заданной в параметре P290, и останавливает вал в достигнутой точке исходной позиции сразу после срабатывания дискретного сигнала концевика из логического 0 в логическую 1.
Останов в исходной позиции, определяемой положением механического ограничителя
В данном режиме, исходная позиция останова определяется позицией, в которой установлен механический ограничитель перемещения.
Команда на останов в исходной позиции задается в параметре P288 (значение 4 или 5).
ПримечаниеОстанов вала двигателя в исходной позиции осуществляется по значениям скорости перемещения и крутящего момента вала двигателя, заданным пользователем. При достижении позиции механического ограничителя, являющегося препятствием для дальнейшего перемещения вала, скорость перемещения вала уменьшается, а крутящий момент на валу двигателя возрастает. Когда скорость перемещения становится меньше заданной пользователем, а крутящий момент достигает значения, заданного пользователем, происходит останов двигателя. Точка останова двигателя является исходной позицией.
Иллюстрация алгоритма останова в исходной позиции приведена на рисунке.
Алгоритм останова в исходной позиции, определяемой положением механического ограничителя, выполняется в следующей последовательности:
Драйвер включает режим медленного поиска исходной позиции и перемещает вал двигателя со скоростью, заданной в параметре P290, сопоставляя текущую скорость перемещения с заданным значением в параметре P297 и крутящий момента вала с заданным значением в параметре P298;
Как только текущая скорость перемещения вала двигателя становится меньше значения, заданного в параметре P297 и крутящий момента вала достигает значения, заданного в параметре P298, драйвер формирует внутренний сигнал останова и запускает отсчет времени до останова двигателя, заданного в параметре P296
;По истечении времени, заданного в параметре P296, драйвер производит останов двигателя в достигнутой точке исходной позиции.
Механический и электронный возврат в исходную позицию
Механический возврат в исходную позицию
Возврат в исходную позицию в режимах, описанных в разделе – разделе осуществляется с использованием механических устройств: концевиков исходного и предельных положений, или механического ограничителя. Такой возврат является механическим возвратом в исходную позицию.
При механическом возврате, исходная позиция, определяемая с использованием механического устройства, может корректироваться с помощью параметра смещения исходной позиции P293 / P294. В этом случае, после останова двигателя по срабатыванию механического устройства, позиции фактического останова присваивается значение параметра P293 / P294, заданного пользователем, которое принимается за значение исходной позиции (см. раздел).
Электронный возврат в исходную позицию
После того, как посредством механического возврата с помощью параметра P293 / P294 была определена исходная позиция, пользователь может выполнить электронный возврат в исходную позицию.
Выполнение электронного возврата производится без участия сигналов каких-либо механических устройств. После получения команды электронного возврата в исходную позицию, драйвер перемещает вал двигателя со скоростью, заданной в параметре P289, до тех пор, пока текущее абсолютное значение позиции двигателя P8/P9 не станет равным значению параметра P293/P294.