Silnik krokowy jest za wolny, potrzebuję szybszego ale nie wiem jakiego.

Question

Witam, zbudowałem urządzenie do przewlekania tasiemek na medale, działanie widoczne na filmiku pod linkiem:LinkNiestety nie znam się dobrze na silnik...

kindlar · Answer

Jaki prąd masz ustawiony na sterowniku?Nie możesz zastosować większego koła na silniku aby zwiększyć prędkość liniową?Zmienna w programie, czas_kroku_max = 4000 czego dotyczy?

Grzecho83 · Answer

sterownik jest zintegrowany z silnikiem i niestety nie ma opcji zmiany natężenia prądu, ustawiam tyko rozdzielczość kroków, ustawiona jest na 400 kroków na obrót czyli pełny krok. Większe koło to też mniejsza moc a już jest słaby.

czas_kroku_max to zmienna do generowania rampy rozpędzania. jest to maksymalna długość impulsu step dla silnika, w czasie rozpędzania jest od tej zmiennej odejmowana w każdym kroku zmienna przyspieszenie aż do osiągnięcia wartości czas_kroku_min. Potem jest ruch jednostajny z impulsem STEP o długości czas_kroku_min.
Napięcie z zasilacza to 40V

Rzuuf · Answer

Nieprawda! Zmiana koła nie zmienia mocy, tylko stosunek prędkości do momentu, ale ich iloczyn pozostaje stały. - a więc już jest za niski moment, a moment wiąże się z poborem prądu ("sławetne" F=B*I*L). Tu kłania się zasilacz: żaden silnik nie da więcej mocy, niż pobierze z zasilacza. oczywiście, nie wolni dostarczyć silnikowi za dużo mocy, bo jest ograniczenie termiczne wynikające z jego konstrukcji.Co trzeba zrobić: zmiana silnika i zmiana zasilacza.Silnik krokowy ma niską sprawność, korzystniejsze by było użycie np. motoreduktora, w którym skok "na wyjściu" byłby równy np. 1 obrotowi silnika

kindlar · Answer

Krokowiec przy maksymalnych obrotach ma prawie minimalny moment więc może gubić kroki. Impuls step to jeden krok, następny może się pojawić po określonym czasie. Czas przerwy pomiędzy impulsami warunkuje prędkość obrotową. Czas trwania impulsu nie jest istotny i dla tego sterownika wynosi chyba 1µs. Rozpędzając silnik zmniejsz się przerwę między impulsami (przyśpieszenie). Nie śledziłem twojego algorytmu sterowania więc się nie wypowiem.
Można jeszcze podnieść napięcie gdyż sterownik toleruje do 50V a to ma znaczenie w przenoszonej mocy przy stałym prądzie maksymalnym.

Grzecho83 · Answer

Boje się że to może być za mało, kupno nowego zasilacza to też czas który strace. Mam zgodę od szefa na kupno większego silnika więc taki mam plan, nie chce się bawić w modyfikacje obecnego rozwiązania. Myślę że serwo będzie tutaj lepszym rozwiązaniem. Pytanie jaki model i jaki zasilacz do tego.

Rzuuf · Answer

Najpierw siebie zapytaj o moment i obroty (częstotliwość skoków).

Anonymous · Answer

Widzę, że prowizorka to najważniejsze pytanie jaki budżet. Czy odległość odjazdu będzie zmieniana czy jest to stała wartość?

Grzecho83 · Answer

Tak prowizorka a raczej prototyp. Pozycja odjazdu będzie zmieniana i będzie ich kilka. Tutaj jest pokazany tylko jeden etap przewlekania, potem wózek pojedzie na pozycję odcinania tasiemki i na kolejną do zgrzewania, na koniec do operatora który wymieni medal. Co do prędkości to tutaj jest około 0,5m/s. a co do momentu potrzebnego to gdybym miał doświadczenie nie szukał bym pomocy na forum. Wózek jest lekki, może być lżejszy, medal też niewiele waży ale jeśli ma być szybki to potrzebuje momentu większego przy dużych prędkościach, silnik krokowy im szybciej się kręci tym jest słabszy. Dlatego myślę że lepsze będzie serwo. Ale nie wiem jakie. Jeśli będzie potrzeba wymiany całości czyli zasilacz i napęd to nie ma problemu.

Anonymous · Answer

Zapomniałem, podaj jeszcze jakie masz przełożenie (droga karetki na 1 obrót silnika)?
Czyli jaką prędkość chcesz uzyskać 2.5[m/s]?
Po pierwsze to trzeba zmienić sterowanie, arduino nie jest do takich aplikacji, tym bardziej gdy dasz servo, które tutaj będzie zdecydowanie lepsze od krokówki.

Rzuuf · Answer

Jaka jest masa wózka?Jaki jest współczynnik tarcia podczas ruchu? W jakim czasie ma się rozpędzić do prędkości 0,5m/sek?Jaką ma drogę przebyć?Jak ma być hamowany?

Grzecho83 · Answer

Na silniku mam koło KZ-T5/Z24-36 czyli na pełny obrót silnika karetka robi 116mm.
Zgadzam się że arduino nie jest do tego najlepsze, ale już mam zamówiony pełny zestaw PLC, do tego w drodze są siłowniki pneumatyczne które zastąpią serwa modelarskie które też są zbyt wolne i długo nie popracują. Silnik do wózka być może będzie liniowy jeśli będzie taka potrzeba, bo będę miał na to budżet. Ale to będzie kolejna wersja, nowa konstrukcja, puki co muszę dopracować prototyp do testów. Na razie na arduino, chciałem jedynie silnik wymienić na mocniejszy i szybszy.

Anonymous · Answer

Przy przełożeniu 100[mm/obr] uzyskałem bez problemu 1.5[m/s] na krokówce z enkoderem (takie serwo-krokowe), czas rozpędzania 200[ms], czas hamowania 300[ms], masa na wózku około 7[kg], listwy helikalne. U ciebie są wałki liniowe (sprawdź geometrię, czy wózek jeździ swobodnie).
Zamawiasz PLC - sprawdź maksymalną częstotliwość generatora PTO jeśli zamierzasz sterować napęd impulsowo. Myślę, że serwo około 4Nm załatwi sprawę.

Grzecho83 · Answer

Słuchajcie a może to nie problem silnika, z dokumentacji wynika że max Pulse Input Frequency to 500kHz a to przy przełożeniu 116mm/obr powinno dać dość sporą prędkość, oczywiście kluczowy jest moment przy takiej prędkości ale przypomniało mi się właśnie że bez obciążenia, samo koło zębate też nie rozwijało zawrotnych prędkości. Może problem leży w kodzie. Nie mam niestety oscyloskopu żeby sprawdzić jak wygląda sygnał step, ale jak przyjrzycie się kodowi to nie jest on najlepszy (moim zdaniem). Mogę nawet zapłacić jeśli ktoś pokusi się o napisanie kompletnej funkcji (zwykły ruch z rampą o zadaną pozycję).
Może problem jest w podłączeniu, szkoda że na filmie tego nie ująłem ale podłączenie silnika jest za pomocą płytki prototypowej, kabli stykowych typowych dla arduino i przewodu ethernet, bezpośrednio do wyjść arduino, a może trzeba zastosować jakieś oporniki, kondensatory itp. Nie znam się na elektronice niestety i tu może być problem. Może więc to nie kwestia silnika jak początkowo zakładałem.

Anonymous · Answer

500kHz na wzmacniaczu silnika wystarczy bez problemu, nawet liczyć nie muszę.
Pytanie czy wyjście (arduino) taktujące masz z sprzętowego generatora (timera) czy pod zwykły pin? Jak masz multimetr to sprawdź częstotliwość sygnału.
Po pierwsze to kup sterowanie (PLC, np. M241 (schneider), masz możliwość sterowania dwóch silników 100kHz, lub Mitsubishi FX5, możliwość sterowania 4 silników, 100kHz, Fatek też chyba ma tylko nie pamiętam maksymalnej częstotliwości PTO). Jeśli masz problemy z PLC to możesz to również zrobić np. na oprogramowaniu MACH3 + sterownik np. CSMIO (sterowanie 4 lub 6 silników + logika wejścia/wyjścia).

Grzecho83 · Answer

Sygnał step mam pod zwykły pin podłączony, ten sprzętowy generator o który pytasz to masz na myśli wyjście PWM? Myślę że silnik lepiej b na tym pracował ale tam zdaje się nie mam możliwości wygenerowania np dokładnie 4000 impulsów żeby pokonać odpowiednią drogę, mogę jedynie sterować szerokością impulsu. Chyba że się mylę i jest taka możliwość

Anonymous · Answer

Szerokości impulsu tu nie potrzebujesz, masz mieć 50% wypełnienie. Musi być podłączone do pinu, który jest sprzętowym wyjściem jakiegoś timera/licznika (OCR np.). Są na forum użytkownicy co krokówkę taktują przez UART z PC-ta

Kup PLC co wyżej wymieniłem, do 1500 zł kupisz, jak maszynka ma zarabiać pieniądze to i tak się szybko zwróci.

Grzecho83 · Answer

Chyba już mi powoli świta o co chodzi z tym liczeniem impulsów z PWM ale muszę jeszcze trochę poszukać w internecie. Co do PLC to mam już zamówiony zestaw z OMRON, w drodze jest też cały osprzęt pneumatyczny który zastąpi serwa modelarskie, czekam też na ofertę z Item24 na kompletna prowadnice liniowa z silnikiem i całą reszta. Prototyp zadziałał więc dostałem fundusze, i to całkiem spore. Ale to będzie kolejne urzadzenie, a mam jeszcze za zadanie w miarę możliwości usprawnić prototyp, początkowo myślałem że to wina silnika ale teraz skłaniam się bardziej do modyfikacji sterowania.
@Radzio M. widzę że znasz się na rzeczy, ja jestem po budowlance i szczerze mówiąc całą wiedzę na temat automatyki czerpie z internetu, przydało by mi się parę porad w tym projekcie, zwłaszcza że z PLC mam zerowe doświadczenie. Jeśli godzinka rozmowy telefonicznej to nie byłby wielki kłopot to wyślij proszę na PW namiar i dogodną porę.

Anonymous · Answer

Kilka wzorów dla sterowania impulsowego:
V - prędkość posuwu wózka [mm/s]
G - droga wózka na 1 obrót silnika [mm/rev]
P - ilość impulsów na 1 obrót silnika [pulse/rev]
R - rozdzielczość, ilość impulsów na 1mm [pulse/mm]
f - częstotliwość impulsów [Hz]

R = P/G
f = R*V

Przykład, wózek pokonuje drogę 100[mm] na 1[obr] silnika. Chcemy uzyskać posuw 1[m/s], jaka będzie częstotliwość sygnału STEP jeśli na 1[obr] silnika mamy 5000[imp] z enkodera?
R = P/G = 5000[imp]/100[mm] = 50 [imp/mm]
f = R * V = 50 [imp/mm] * 1000[mm/s] = 50 000[imp/s] = 50 [kHz]

Czas rozpędzania/hamowania a wartość przyspieszenia.
tr - czas rozpedzania [s]
th - czas hamowania [s]
ACC = dV/dt = Vmax - V0 / tr
DCC = dV/dt = Vend - Vmax / th

Przykład:
Czas rozpędzania/hamowania =100[ms], posuw=1[m/s]:
ACC = 1000[mm/s] / 0.1[s] = 10 000 [mm/s/s] - przyspieszenie
DCC = - 1000[mm/s]/0.1[s] = -10 000 [mm/s/s] - hamowanie

W praktyce wartość hamowania musi być większa od rozpędzania. Dobiera się ją doświadczalnie obserwując drgania mechaniki.
Jeśli napędzamy wózki o większej masie, czyli większej bezwładności to możemy użyć trybu sterowania nie-trapezowego a krzywą S (nazywana jako JERK mode). Polega to na liniowym narastaniu przyspieszenia co przekłada się na "wygładzenie trapeza" prędkości. W praktyce mechanika będzie pracować bez szarpnięć, stuków, bardziej łagodnie.

Jeśli sterujemy impulsowo z PLC to należy zwrócić uwagę na maksymalną częstotliwość generatora PTO, zwykle jest to 100-200 kHz(jak widać na powyższym przykładzie to dej aplikacji spokojnie wystarczy), chociaż słabsze sterowniki mogą mieć do 10kHz . Warto również zapoznać się z biblioteką PLCopen Motion i sprawdzić czy można ją wykorzystać w danym sterowniku (jest dużo przykładów do sterowania motion na podstawie tej biblioteki, późniejsza zmiana sterownika lub nowego sterowania nie wpłynie znacząco na zmianę programu...).

Część sprzętowa:
- Sprawdzić w dokumentacji danego PLC, które wyjścia są podłączone do generatorów impulsów (PTO)
- Należy pamiętać, że zwykle PLC na wyjściu daje 24V a wzmacniacz silnika toleruje sygnały sterowania do 5V (różnie jest trzeba sprawdzać DTR), w takim przypadku dajemy rezystorek około 2k/0.25W.
- Sprawdzić, które wejścia odpowiadają za sprzętowy limit w stronę dodatnią i ujemną (wyłączniki krańcowe)
- Sprawdzić, które wejścia odpowiadają za czujnik bazowania (HOME, REF, ....)
- Dokładne bazowanie z sygnałem INDEX - przydatny bajer. O co tu chodzi?
Bazując oś np. do czujnika indukcyjnego osiągniesz powtarzalność do 0.1-0.5[mm] przy dobrych czujnikach. Bazowanie z sygnałem INDEX polega na tym, że w momencie osiągnięcia czujnika HOME bazujemy dalej aż do osiągnięcia INDEX czyli sygnału Z enkodera, który występuje tylko 1 raz na obrót silnika. Jest to dokładne i powtarzalne bazowanie.
Jeśli napęd będzie mieć układ absolutny to bazowanie nie wchodzi w grę bo napęd będzie pamiętać pozycję po wyłączeniu zasilania ( do czasu aż bateria nie zdechnie).

Grzecho83 · Answer

Dzięki za info, na pewno bardzo to pomoże. Jeśli chodzi o PLC to poruszam się tu po omacku jeszcze ale jest coraz jaśniej. Na targach Automaticon w zeszłym miesiącu zaproponowano mi kilka sterowników, wybrałem CP1L-EL20DT1-D z Omron, już zamówiony. W załączniku jest dokumentacja, z tego co wyczytałem to częstotliwość PWM jest chyba wystarczająca. A do obecnego rozwiązania w prototypie za radą znajomego automatyka kupiłem większy silnik http://sklep.cncprofi.com/silnik-serwo-krokowy-6nm-86x86-mm-enkoder-sterownik-servo-cnc.html. Mam nadzieję że to zadziała.

Anonymous · Answer

PWM - pulse with modulation - sterowanie szerokością impulsu, to nie jest do tej aplikacjiPTO - pulse transition output - sterowanie impulsowe dla serwo