Układ sterowania XY

układ XY

Kolejnym układem będzie układ plaski dwu osiowy X Y, czyli oś rzędnych X i oś odciętych Y. Układ taki spotkamy najczęściej w ploterach termicznych lub wypalarkach plazmowych prostych.

Schemat blokowy układu jest stosunkowo prosty – silnik – sterownik – indexer, lub inaczej interpolator, lub potocznie płytka sterująca – potem kabel transmisyjny – komputer – i wreszcie program sterujący.

Układy sterowników łączymy z interpolatorem.

Dygresja odnośnie sterowników – na rynku spotkamy ich bardzo dużo – od najprostszych z taaaaakim radiatorem na układzie allegro micro lub podobnym po bardziej rozbudowane sterowniki DC lub AC.

Wiadomym jest, że proste i tanie maszyny napędzamy tanimi rozwiązaniami, a więc najczęściej w grę wchodzą silniki krokowe lub hybrydy krokowe z enkoderami.

Należałoby wpierw rozróżnić układ sterowania, nim przejdę do szczegółów.

Wyróżnić możemy dwa podstawowe układy sterowań

Pierwszym jest układ otwarty – czyli taki, w którym sterownik zadaje żądaną ilość impulsów silnikowi wykonawczemu bez sprzężenia zwrotnego.

Drugim układem jest układ ze sprzężeniem zwrotnym, to znaczy że sterownik wysyła żądaną ilość impulsów do silnika wykonawczego i żąda potwierdzenia.

Jest to najprostsze wyjaśnienie tegoż układu, bo gdy silników wykonawczych na danej osi jest więcej niż jeden, wówczas dochodzą kolejne moduły różnicowe itp.

Jakkolwiek na to nie patrzeć, obydwa układy są zamknięte w dwóch członach schematu blokowego – czyli silnik – sterownik.

W układzie otwartym mamy wyłącznie silniki krokowe – sterownik wysyła żądaną ilość impulsów – kroków a silnik je wykonuje.

Podczas gdy silnik pracuje, mogą pojawiać się błędy związane z przesyłem impulsów, błędami oprogramowania, czy wreszcie zbyt małym momentem siły silnika, który gubiąc impuls wydaj charakterystyczny dźwięk (pierdzenie po mojemu).

Więc wadą tegoż rozwiązania jest wrażliwość napędu na max moment trzymający silnika.

Najczęściej używamy połączeń bipolarnych – tzn. w dwie cewki.

Kliknij i sprawdź cenę silników krokowych w sklepie EBMiA.pl

silniki krokowe

 

Silnik krokowe najczęściej dzieli się na 3 rodzaje – bipolarne, unipolarne i uniwersalne, ale na ten temat kiedy indziej.

Tedy zastanówmy się nad tymże sterowaniem począwszy od potrzeby przesunięcia danego punktu np. palnika plazmowego lub „drutu tnącego” w ploterze termicznym.

W maszynach tych najczęściej spotykaną metodą przesunięcia elementów mechanicznych jest napęd zorganizowany poprzez pasy zębate lub listwy zębate.

Zadaniem danego sterownika jest ustalenie liczby impulsów (kroków) na jednostkę, u nas mm u innych w calach, no ale załóżmy że interesuje nas skala metryczna.

Przykładowo kolo zębate o zębach prostych, module m=2mm i ilości zębów z=30 porusza się po listwie zębatej przemieszczając jakąś tam masę. Silnik krokowy został już dobrany 1,8 deg czyli 200 impulsów na obrót.

Dodatkowo silnik ten napędza ów kolo zębate poprzez przekładnię redukcyjną 1:3.

To są dane mechaniczne.

Zanim przejdę do danych wyjściowych sterowników, należałoby je sklasyfikować na te „amatorskie i profesjonalne”.

Amatorskimi bedą te, które posiadają mały zakres podziału kroku na mikrokroki, a więc ½. ¼ czy 1/8, profesjonalnymi zaś te które mają powyższe podziały ale w ciągu do 1/256.

Dlaczego? Zaraz to wyjaśnię na podanym przykładzie.

Załóżmy więc sobie, że mamy sterownik ustawiony na podział kroku 1:20.

Wniosek płynie z tego taki, że przy podziale 1/1 silnik posiada na 1 pełny obrót 200 kroków.

Przy podziale 1/20, ów silnik posiada 4 000 kroków na pełny obrót.

 

Nasze kolo zębate ma pewną średnicę podziałową d , która poza tabelkami wyznaczymy również wzorkiem d = m x z, czyli moduł pomnożony przez liczbę zębów, czyli 2x 30 = 60.

Obwód średnicy podziałowej to liczba Pi x d ( w podstawówce uczyli 2 pi r, ale 2r =d),

Czyli 3,14×60 = 188,4 mm o taką wartość przesunie nam się dana masa po pełnym obrocie koła zębatego.

Mamy jeszcze nasz reduktor 1:3.

Silnik 4 tys. kroków mnożymy przez reduktor 3 = 12 tys. kroków.

Pierwsze rozwiązanie brzmi : na odcinku 188,4mm uzyskam 12 tys. kroków.

Pytanie do rozwiązania brzmi : no dobra, ale ile kroków będzie na jednostkę?

Mnożymy na krzyż odpowiadając sobie jeśli to to to …

Czyli … jeśli 12000kroków = 188,4 mm

To ……………….. x   kroków = 1 mm

188,4 x = 12000

x = 63, 69 kroków na 1mm przy podziale 1:20

przy podziale 1:10 byłoby polowa z tego czyli 31,84.

 

Do czego zmierzam? Do kultury pracy naszej maszyny.

Przy napędach śrubowych w niczym to nie przeszkadza, ponieważ ilość kroków silnika przy sterowniku np. ½  dzielimy przez skok śruby np. 5mm i mamy 400/5= 80 kroków na 1mm

Cały dowcip polega na tym aby ilość kroków na jednostkę była w pobliżu lub więcej niż 100.

Ma to za zadanie trzymanie kształtu przy nawrotach lub łagodne zakręty i zatrzymania.

Przy małej ilości kroków występują duże szarpnięcia, lub charakterystyka silnika w programie sterującym musi być tak zmulona, że maszynie ucieka dokładność pozycjonowania. Male ilość kroków uzyskamy na sterownikach, których szczytem możliwości jest podział 1/8.

Kliknij i sprawdź cenę sterowników do silników krokowych w sklepie EBMiA.pl

silniki krokowe

 

Mając tę kwestię rozwiązaną musimy w jakiś sposób wysłać impuls do sterownika, a więc kolejnym elementem układanki będzie dobry interpolator.

 

Interpolatorów mamy tyle, ile twórców. Najczęściej prosty z sygnałem wziętym bezpośrednio z portu LPT komputera stacjonarnego , albo ze wzmocnionym sygnałem poprzez transoptor, albo przez adres TCP IP.

Jakkolwiek interpolatory sterowane poprzez port LPT są wydajnościowo do siebie podobne tak poprzez adres TCP IP mamy o wiele większą częstotliwość sygnałów sterujących.

Cała ta zabawa wiąże się z wydajnością elektroniki sterującej.

Port LPT w komputerze ma max wydajność 25 kHz natomiast sterownik po ethernecie ma 100kHz lub więcej. Oznacza to że strumień impulsów może poruszać się z dużo większą wydajnością, więc szybciej reagować na nastawy programowe – a co za tym idzie – dokładność i szybkość interpolacji maszyny.

 

W układzie zamkniętym wszystko wygląda zgoła podobnie, tylko że na danej osi napędzanej dodajemy enkoder, najczęściej inkrementalny (odcinkowy), który wymienia się danymi w pętli silnik sterownik.

W układzie tym jeśli silnik zgubi pozycję wskutek np. „przeciśnięcia” masy, enkoder wyłapuje błąd, wysyła go do sumatora sterownika, ten widząc różnicę nakazuje silnikowi powrót na żądaną pozycję przed wykonaniem kolejnej porcji kiloherców impulsów.

Jeśli silnik nie zareaguje, np. będąc w kolizji czy tez spowodowany brakiem momentu, wówczas sterownik może podać większy zastrzyk prądu, jeśli i to nie podziała, wówczas dana oś zostaje wyłączona a elektronika sygnalizuje nam kolizję.

W układzie otwartym tego nie ma, dlatego jest on stosowany w prostych i tanich rozwiązaniach.

Możesz zostawić komentarz, lub trackback ze swojej strony.

Zostaw komentarz

Wspierane przez WordPress | Designed by: suv | Thanks to lexus suv, ford suv and honda suv