Драйверы для шаговых двигателей в системах автоматики: экспертный обзор

Шаговые двигатели – одни из ключевых элементов современных автоматизированных систем. Бесщеточные синхронные агрегаты обеспечивают высокоточное управление положением исполнительных механизмов – от упаковочного оборудования и конвейерных лент до станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Управление такими двигателями осуществляется с помощью импульсов, подаваемых на обмотки статора, что позволяет вращать ротор на строго заданный угол или фиксировать его в нужной позиции.

Шаговые двигатели KIPPRIBOR

Область применения шаговых двигателей

Шаговые двигатели применяются там, где необходимо точное позиционирование: системы наполнения и дозирования, этикетировочные машины, маркировка продукции, конвейеры, станки с ЧПУ, автоматические манипуляторы и т.п.

Управление большинства шаговых двигателей не имеет обратной связи, в связи с чем такие устройства несколько уступают сервоприводам при высокой динамике протекания управляемых процессов. С другой стороны, отсутствие датчиков обратной связи и относительно простое управление значительно удешевляют схему, благодаря чему такие шаговые двигатели стоят в 1,5-2 раза дешевле сервоприводов. А для задач, где требуется высокая точность систем и процессов, можно использовать шаговые двигатели со встроенными датчиками обратной связи. Такие датчики дешевле сервоприводов, но при этом намного точнее обычных двигателей.

Драйвер шагового двигателя

Драйверы – это не просто посредники между контроллером и двигателем, а полноценные компоненты системы, определяющие её характеристики. Эти устройства формируют напряжение на обмотках статора, обеспечивают выполнение алгоритмов работы двигателя и в ряде случаев связывают привод с контроллерами и системами верхнего уровня. Они реализуют основные алгоритмы управления:

• попеременное включение фаз (простое управление);
• перекрытие фаз (увеличение момента);
• поворот на половину шага (повышение точности);
• микрошаговый режим (дробление шага на 1/4, 1/8, 1/16 – для максимальной точности и плавности).

В случае попеременного включения фаз напряжение подается на одну из обмоток, при этом ротор, завершив поворот, удерживается в точке соответствующего полюса статора электрической машины. Недостатком такого алгоритма является сниженный момент на валу.

При одновременном включении двух обмоток шаг поворота ротора остается таким же, как при попеременной подаче напряжения на одну из фаз. Разница заключается в точке фиксации – ротор останавливается между двумя полюсами. Такой способ увеличивает момент.

Управление поворотом вала в полшага заключается в попеременном включении одной и двух обмоток через каждый шаг. В таком случае ротор, повернувшись, фиксируется в точках, соответствующих половине шага. Это позволяет увеличить точность отработки управляющего сигнала.

Драйвер и шаговый двигатель

При управлении дроблением шага на доли или в микрошаговом режиме регулирование положения ротора осуществляется за счет разности тока в одновременно включенных обмотках статора шагового двигателя. При этом удается значительно увеличить разрешение привода, а значит повысить точность управления.

Преимущества управления токами

Управление токами в обмотках минимизирует вибрации, уменьшает шум и увеличивает срок службы двигателя. Набор функций драйверов для шаговых двигателей может существенно различаться в зависимости от модели.

Простые устройства обеспечивают работу привода по одному или нескольким алгоритмам и выполняют следующие функции:

• автоматическое вычисление точки резонанса (резкого снижения момента на определенных скоростях) и смены режима работы для пропуска резонансных частот;
• защиту от обратной ЭДС при торможении;
• управление несколькими шаговыми двигателями;
• регулирование фазовых токов для увеличения момента на высоких скоростях;
• снижение тока на остановке для экономии энергии;
• защиту от перегрузок, перегрева и переполюсовки;
• плавный пуск и торможение.

Более продвинутые драйверы существенно расширяют технические возможности управления шаговым приводом. Помимо перечисленных, они поддерживают интерфейс RS-485, протоколы промышленной связи Modbus RTU и др.

Драйверы могут работать с управляющими контроллерами, которые осуществляют управление приводом в сложных системах, реализовывая управление по событиям.

Технологические процессы, в которых задействованы шаговые приводы, можно контролировать при помощи панели оператора или персонального компьютера. Ряд драйверов для шаговых двигателей укомплектован настраиваемыми входами и выходами для связи с датчиками и другими внешним оборудованием. Кроме того, устройства с интеллектуальными функциями и интерфейсами связи позволяют разгрузить устройства верхнего уровня автоматизации и освободить некоторое количество их вычислительной мощности.

Драйверы MEYERTEC MST: технический обзор

Компания ОВЕН выпускает драйверы серии MST в двух модификациях:

• MST-24.1.2.C.D.RS – номинальный ток до 6 А, входное напряжение 18…50 В DC;
• MST-34.1.2.C.DA.RS – номинальный ток до 8 А, входное напряжение 18…110 В DC или 18…80 В AC, с возможностью управления аналоговым сигналом (например, потенциометром).

Как видим, модели отличаются номиналом выходного тока, входным напряжением, а также наличием у MST-34 возможности управления аналоговым сигналом потенциометра.

Модификации MST-24.1.2.C.D.RS и MST-34.1.2.C.DA.RS

Оба драйвера поддерживают:

• интерфейс RS-485 с протоколом Modbus RTU;
• управление импульсами, дискретными сигналами или по интерфейсу;
• S-образный профиль разгона и торможения;
• отдельную настройку параметров разгона и торможения;
• конфигурирование с помощью программного обеспечивания.

Поддержка управления шаговыми двигателями с обратной связью (серворежим) делает эти драйверы гибкими решениями для сложных систем. Их можно интегрировать с контроллерами, операционными панелями, промышленными ПК, использовать в архитектурах с разгрузкой верхнего уровня.

Практические преимущества и опыт применения

Драйверы MEYERTEC MST включают широкий спектр функций, необходимых для современных производств, и широко применяются на предприятиях машиностроения, пищевой промышленности, упаковки, автоматизированных складах и других объектах. Благодаря интеллектуальным функциям они позволяют:

• уменьшить энергопотребление;
• снизить износ оборудования;
• сократить простои;
• упростить ввод в эксплуатацию.

Многие интеграторы отмечают удобство работы с нашими драйверами благодаря подробной документации, технической поддержке и совместимости с популярными контроллерами и сенсорными панелями. По сути, драйверы MST – это решение для тех, кто хочет ускорить пусконаладку, минимизировать ошибки и получить стабильный результат.

Тест на эффективность

Мы уверены в своих решениях и приглашаем вас протестировать драйверы MST в работе. Если вы хотите лично оценить их надежность, гибкость и эффективность, присоединяйтесь к нашей программе тестирования.

Оставьте заявку на сайте или свяжитесь с нашими специалистами – мы предоставим оборудование для тестирования и поможем адаптировать его под ваши задачи. Сделаем ваши системы автоматизации более точными!

Оставьте заявку через форму https://owen.ru/product/meyertec_mst/test