Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
IGE-XAOIGE-XAO
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Tani i dobry sterownik unipolarnego silnika krokowego

Gizmoń 28 Maj 2011 16:36 17389 20
  • Tani i dobry sterownik unipolarnego silnika krokowego

    Po modernizacji mojego plotera lub nawet trzyosiowej wiertarko-frezarki sterowanej numerycznie, silnik krokowy osi Y zaczął zachowywać się tak, jakby gubił kroki. Było to spowodowane niedostatecznym momentem hamującym silnika - naprężenia powstałe w czasie ruchu powodowały cofnięcie silnika o jeden czy dwa kroki, gdy przestawał się kręcić. Sterownik w postaci czterech tranzystorów BDX33B sterowanych sygnałami z portu LPT, nie posiadał żadnego ograniczenia prądowego. Pozostawienie uzwojenia włączonego w czasie bezruchu silnika szybko i mocno go nagrzewało, ale rozwiązywało problem niepoprawnego pozycjonowania maszyny. Wtedy pomyślałem, że trzeba zrobić jakieś uzupełnienie do już gotowego układu, które:

    - będzie włączone pomiędzy wejściami sterującymi a blokiem z tranzystorami mocy;
    - zapewni sterowanie półkrokowe w obu kierunkach dla silników osi X oraz Y;
    - będzie miało jakieś ograniczenie prądu płynącego przez silnik, gdy się nie kręci;
    - będzie złożone z modułów zapewniających możliwość rozbudowy lub modyfikacji;
    - zostanie schowane na półeczce pod blatem stołu maszyny, a więc musi być dość niskie.

    Projektowanie zacząłem od sprawdzenia, jakie mam układy cyfrowe TTL. Znalazłem dwa typy, które świetnie się nadawały: UCY74193 oraz UCY74S405. Pierwszy jest czterobitowym rewersyjnym licznikiem, a drugi to dekoder z systemu binarnego na jeden z ośmiu. Można z nich zrobić dwukierunkowy licznik kołowy o 8 wyjściach. Do zlikwidowania zakłóceń i dopasowania układu do sygnałów sterujących służą negatory z przerzutnikami Schmitta 7414N.

    Tani i dobry sterownik unipolarnego silnika krokowego

    Do wyjść układu UCY74S405 jest podłączona matryca z dwunastu diod 1N4148, zamieniająca sygnał 1 z 8 na sekwencję do sterowania półkrokami. Za matrycą są cztery tranzystory BC547 wzmacniające i odwracające sygnały. Ich kolektory mogą być podłączone bezpośrednio do baz tranzystorów mocy.

    Tani i dobry sterownik unipolarnego silnika krokowego Tani i dobry sterownik unipolarnego silnika krokowego

    Ograniczenie prądu składa się z układu NE555, pracującego jako generator przebiegu prostokątnego o regulowanym wypełnieniu (poniżej) oraz elementów zaznaczonych ramką na powyższym schemacie. Napięcie polaryzujące wyjścia sterownika przez oporniki 1,2kΩ może być stałe, gdy na wejściu NORM/PWM jest stan wysoki lub może być sterowane sygnałem z generatora NE555 przy stanie niskim. Wejście NORM/PWM jest sterowane przez komputer.

    Tani i dobry sterownik unipolarnego silnika krokowegoTani i dobry sterownik unipolarnego silnika krokowego

    Na płytce generatora znajduje się wieloobrotowy potencjometr do ustawiania wypełnienia sygnału oraz wspomniany wcześniej układ 7414N i kondensatory na liniach zasilających +5V i +12V. Sterowniki stanowią osobne moduły. Generator jest wspólny dla wszystkich.
    Płytki przykręciłem do prostokątnej półeczki, którą następnie przymocowałem do maszyny. Wprowadziłem zmiany w programie - kilkanaście linijek, których zadanie przejęły nowe sterowniki, zastąpiłem kilkoma. Teraz każdy z silników jest zasilany pełnym napięciem z zasilacza jedynie w czasie pracy, a przez resztę czasu płynie przez jego uzwojenie (lub dwa) niewielki prąd zapobiegający niechcianemu obrotowi wałka.

    Tani i dobry sterownik unipolarnego silnika krokowego Tani i dobry sterownik unipolarnego silnika krokowego Tani i dobry sterownik unipolarnego silnika krokowego Tani i dobry sterownik unipolarnego silnika krokowego Tani i dobry sterownik unipolarnego silnika krokowego

    Silniki nadal się nieco grzeją, ale nie aż tak, żeby były parzące, jak było kiedyś.

    Wszystkie opisane tu układy kosztowały mnie:

    - dwa sterowniki po 81 groszy (tranzystory, rezystory i diody);
    - generator PWM 1zł (NE555, rezystory i diody).

    Wymienione w nawiasach elementy kupiłem kiedyś na Allegro w dużych ilościach, stąd tak niska cena. Pozostałe miałem z demontażu znalezionych w krzakach płytek, a układy scalone dostałem. Plastikowe tulejki dystansowe do pocięte nożem puste naboje do pióra.

    W załączniku zamieszczam projekty płytek opracowane w programie ExpressPCB.
    Załączniki:

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    Gizmoń
    Poziom 28  
    Offline 
    Specjalizuje się w: mechatronika
    Gizmoń napisał 1722 postów o ocenie 1114, pomógł 19 razy. Mieszka w mieście Wrocław. Jest z nami od 2007 roku.
  • IGE-XAOIGE-XAO
  • #2
    redliniak1996
    Poziom 15  
    Bardzo ciekawy projekt schludnie wykonany. Nie ma się do czego przyczepić. Może jakiś filmik z działania?
  • #3
    RitterX
    Poziom 38  
    Rozwaliłeś mnie tytułem, a to był dopiero początek niespodzianek. Potem pełen napięcia moment oczekiwania przed otworzeniem schematu i kolejna niespodzianka. Schemat nie był oparty o procek a o coś co można byłoby nazwać "resztkami z szuflady", po które zwykle nikt by się nie schylił. A tu proszę! Prosto i skutecznie a przy tym wszystko działa jak należy.
    Bardzo wielki plus!
  • #4
    syntetyczn dran
    Poziom 12  
    A czy ten sterownik, nadaje się do programów sterujących za pomocą sygnałów dir i step?
  • #5
    Tyrystor
    Poziom 14  
    Wszystko ogólnie fajnie, schludnie wykonane i działa, co najważniejsze. Jednakże w sumie to nie te czasy. Podłączasz to pod LPT, którego nie ma już nawet w komputerach stacjonarnych. Ponadto dlaczego tranzystory bipolarne do silników? Powinny tam być MOSFETy, mają niskie Rdson i nie grzały by się tak jak bipolary. W sumie to typowy projekt DIY - nie jest zły i nie jest dobry.

    Ostatecznie, (wiem że jestem nienormalny), ale uważam że całą sprawę załatwiłaby Atmega8 + FT232. I było by na USB.
  • IGE-XAOIGE-XAO
  • #6
    syntetyczn dran
    Poziom 12  
    Tyrystor napisał:
    ale uważam że całą sprawę załatwiłaby Atmega8 + FT232. I było by na USB.

    Niestety, w świecie CNC bezpośrednie sterowanie po usb jest pozbawione sensu. Ale służy to do przesyłania wektorów do uC, czy też procesora sygnałowego, który dopiero zarządza silnikami. Usb nie nadaje się do sterowania w czasie rzeczywistym. Wiele sterowań jest po lpt, bo daje kontrole nad przesyłanym sygnałem i jest tanie.
  • #7
    Gizmoń
    Poziom 28  
    Dziękuję za uwagi i opinie.

    1. Sterownik ma wejścia "krok w lewo" i "krok w prawo", więc nie może być podłączony bezpośrednio do wyjść typu "kierunek" i "krok". Ale łatwo go dostosować, wystarczą bramki NAND. Zamiast układu 7414 można wstawić 7400 połączony w taki sposób:

    Tani i dobry sterownik unipolarnego silnika krokowego

    U mnie to nie miało znaczenia, bo program sterujący napisałem sam.

    2. Tranzystorów bipolarnych miałem dużo z demontażu uszkodzonej płyty sterującej automatem do gier. Odpowiednio wysterowane grzeją się minimalnie, a widoczny na zdjęciach duży radiator służy głównie do chłodzenia stabilizatorów napięcia zasilających sterowniki i inne układy.

    3. Filmik przedstawiający działanie sterownika byłby chyba dość nudny :) Co innego filmik o działaniu maszyny, ale to już inny temat.
    Mam jeden filmik jeszcze sprzed modernizacji, pokazujący funkcję plotera: http://www.youtube.com/watch?v=eENIqooFHQ8
  • #8
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #9
    tonieon

    Poziom 9  
    całą elektronikę do frezarki sam wykonałeś ? Płyta główna potrzebna jest do tych sterowników ?
  • #11
    tonieon

    Poziom 9  
    Jak się one sprawują? Wcześniej nie napisałeś - jaki amperaż obsługują ? Co byś polecił czerwony chińczyk 3 osie 3 A czy twoje cudeńko . Dodam że pracy się nie boję :)
  • #12
    Gizmoń
    Poziom 28  
    Sterowniki sprawowały się bardzo dobrze aż do końca eksploatacji tej frezarki czyli do momentu uruchomienia nowej, znacznie sztywniejszej. Stara maszyna, nadal kompletna i gotowa do pracy, stoi obecnie na strychu. Może się kiedyś przyda jako robot do układania czegoś :D

    Dopuszczalny prąd sterownika zależy od zastosowanej końcówki mocy więc może być dowolny. Z tranzystorami polowymi pewnie nawet do kilkunastu amperów. Tego "czerwonego chińczyka" nigdy nie miałem w ręce ale na pewno jest droższy.
  • #13
    tonieon

    Poziom 9  
    Chińczyk kosztuje 110 zł z przesyłką i do tego tylko zasilacz potrzebny, ale osobiście wolę coś sam zbudować na podstawie projektów, schematów - nie mam takiej wiedzy jak ty żeby od podstaw budować :) Tak na oko jaki koszt budowy elektroniki do frezarki 3 osie ? I ostatnie jakie silniki masz ? Dzięki wielkie i przepraszam za te pytania lecz jestem początkujący i wiedzy dużej niemam
  • #14
    Gizmoń
    Poziom 28  
    Jeśli kupować wszystkie elementy to koszt elektroniki dla frezarki z małymi silnikami krokowymi wyniesie pewnie nie więcej niż 60zł (a 150zł dla serwonapędów). W tej maszynce zastosowałem silniki NMB PM55L-048 wymontowane ze starych drukarek HP serii 6xx. Całkiem ładnie i szybko się to wszystko ruszało ale sztywność konstrukcji pozwalała na frezowanie jedynie spienionych tworzyw (XPS, styropian itp.)
  • #15
    tonieon

    Poziom 9  
    Napisałeś że to sterownik silnika unipolarnego , czy może pracować z bipolarnym ? Żeby silniki działały muszę zrobić płytki podane w projektach expresspcb tak ?
  • #16
    Freddy
    Poziom 43  
    tonieon napisał:
    Napisałeś że to sterownik silnika unipolarnego , czy może pracować z bipolarnym ? Żeby silniki działały muszę zrobić płytki podane w projektach expresspcb tak ?
    Znasz różnice między silnikiem unipolarnym a bipolarnym, czy tak strzeliłeś ?
  • #17
    tonieon

    Poziom 9  
    4 przewody a 6 jak się nie mylę.

    Dodano po 1 [minuty]:

    Pisałem że jestem początkujący i pewnych rzeczy nwm bo po prostu nie miałem styczności z nimi i przed wykonaniem kolejnej czynności muszę ze 100 pytań zdać :)
  • #18
    Freddy
    Poziom 43  
    Przeczytaj sobie o silnikach krokowych.
    Tu nie chodzi o to ile który ma wyprowadzeń.
    Całkiem inny jest sposób sterowania - dla unipolarnego silnika jest bardzo prosty, dla bipolarnego dużo bardziej skomplikowany.
  • #20
    tonieon

    Poziom 9  
    Wielkie dzięki Gizmoń do kompletnej elektroniki cnc potrzeba : 3 sterowniki dla poszczególnych osi i generator ? Czy coś jeszcze czego nie ma w załączonym pliku.
  • #21
    Gizmoń
    Poziom 28  
    Jeśli wszystkie silniki są podobne to tak, 3 sterowniki i jeden generator. Gorsza sprawa jeśli silniki znacznie różnią się mocą, wtedy może zajść potrzeba stosowania oddzielnych generatorów.

    Jeśli chcesz używać tego układu z gotowym programem typu LinuxCNC, musisz zmienić płytkę generatora i użyć układów wg schematu z postu #7.