Podłączenie silnika krokowego krok po kroku

Co to jest silnik krokowy?

Silnik krokowy to rodzaj silnika elektrycznego, który zamienia impulsy elektryczne na precyzyjne ruchy mechaniczne. W przeciwieństwie do silników indukcyjnych, silniki krokowe poruszają się w małych, stałych krokach, dzięki czemu możliwe jest dokładne pozycjonowanie bez potrzeby stosowania sprzężenia zwrotnego.

Silniki krokowe są zwykle dwu- lub czterofazowe i pracują na zasadzie sekwencyjnego zasilania cewek, co powoduje obrót wirnika o określony kąt (krok). Typowe zastosowania silników krokowych obejmują maszyny CNC, drukarki 3D, układy transportowe, a także aplikacje związane z automatyzacją procesów przemysłowych.

Podłączenie silnika krokowego bez sterownika

Czy można podłączyć silnik krokowy bez sterownika?

Teoretycznie możliwe jest podłączenie silnika krokowego bez specjalistycznego sterownika, jednak ma to swoje ograniczenia. Sterowanie silnikiem krokowym bez sterownika wymaga ręcznego sekwencyjnego zasilania poszczególnych cewek, co może być trudne do zrealizowania w sposób precyzyjny i efektywny. Ponadto, bez dedykowanego sterownika, trudno jest uzyskać pełną kontrolę nad prędkością i momentem obrotowym, co jest kluczowe w aplikacjach przemysłowych.

Prosty sposób podłączenia silnika krokowego bez sterownika

1. Identyfikacja wyprowadzeń silnika – silniki krokowe zazwyczaj mają 4, 5, 6 lub 8 wyprowadzeń (w zależności od konstrukcji). Pierwszym krokiem jest zidentyfikowanie, które wyprowadzenia odpowiadają za cewki silnika. Można to zrobić za pomocą multimetru, mierząc rezystancję między przewodami (rezystancja pomiędzy wyprowadzeniami tej samej cewki powinna być niska).

2. Ręczne sterowanie – w przypadku silników krokowych unipolarnych można sterować ruchem wirnika poprzez sekwencyjne włączanie i wyłączanie poszczególnych cewek. Działa to poprzez ręczne podłączanie przewodów do źródła zasilania. Należy jednak pamiętać, że bez sterownika nie ma kontroli nad prędkością, a takie podłączenie może być niewystarczająco precyzyjne w zastosowaniach przemysłowych.

3. Mikrokontrolery – alternatywnie, można użyć prostego układu mikrokontrolera, takiego jak Arduino, który poprzez odpowiednie programowanie generuje impulsy sterujące dla silnika krokowego. Układy te mogą sterować cewkami silnika krokowego, ale ich funkcjonalność jest ograniczona w porównaniu do profesjonalnych sterowników przemysłowych.

Ograniczenia takiego podejścia:

• Brak precyzji - bez dedykowanego sterownika trudno uzyskać dokładne sterowanie ruchem i kontrolę nad prędkością.

• Ryzyko uszkodzenia silnika - ręczne podłączanie może prowadzić do przeciążenia cewek, co w dłuższej perspektywie może uszkodzić silnik.

• Niska wydajność - sterowanie ręczne lub przy pomocy prostych układów mikrokontrolerów jest niewydajne i nie nadaje się do złożonych aplikacji przemysłowych.

Podłączenie silnika krokowego do sterownika

Podłączenie silnika krokowego do dedykowanego sterownika to standardowa metoda stosowana w przemysłowych systemach automatyki, ponieważ pozwala na precyzyjne sterowanie wszystkimi parametrami silnika, takimi jak pozycja, prędkość i moment obrotowy. Sterowniki zapewniają dokładne sekwencyjne zasilanie cewek, co umożliwia płynny ruch i zapobiega gubieniu kroków.

Jak działa sterownik silnika krokowego?

Sterownik silnika krokowego to urządzenie elektroniczne, które kontroluje przepływ prądu do cewek silnika, umożliwiając jego precyzyjne pozycjonowanie. Sterownik odbiera sygnały sterujące z nadrzędnego układu (np. PLC, komputera, mikrokontrolera) i przekształca je w odpowiednią sekwencję impulsów elektrycznych, które sterują cewkami silnika. Sterownik dba o synchronizację impulsów, co zapobiega błędom pozycjonowania i pozwala na kontrolę prędkości.

Kroki podłączenia silnika krokowego do sterownika:

1. Identyfikacja wyprowadzeń silnika – podobnie jak w przypadku ręcznego podłączania, pierwszym krokiem jest zidentyfikowanie wyprowadzeń cewek. Informacje te można znaleźć w dokumentacji technicznej silnika.

2. Podłączenie przewodów silnika do sterownika – każda cewka silnika krokowego musi być podłączona do odpowiednich terminali wyjściowych sterownika. Sterownik powinien mieć oznaczenia, które pomagają poprawnie podłączyć wyprowadzenia.

3. Podłączenie zasilania – sterownik silnika krokowego musi być zasilany odpowiednim napięciem, zgodnym z wymaganiami silnika. Zasilanie powinno być podłączone do odpowiednich wejść sterownika.

4. Sterowanie sygnałami kroków i kierunku – wiele sterowników silników krokowych posiada wejścia do sterowania krokami (step) i kierunkiem (dir). Te sygnały pochodzą z układu sterującego (np. PLC, mikrokontrolera lub komputera przemysłowego). Sygnał kroków określa liczbę kroków, jakie ma wykonać silnik, a sygnał kierunku kontroluje, w którą stronę ma się obracać wał silnika. W bardziej nowoczesnych rozwiązaniach do zadawania odpowiednich ruchów napędu stosujemy sieci przemysłowe lub prostsze protokoły komunikacyjne takie jak IO-Link.

5. Konfiguracja sterownika – niektóre sterowniki umożliwiają konfigurację parametrów pracy, takich jak prędkość, moment obrotowy czy mikrokroki (ang. microstepping), co pozwala na jeszcze precyzyjniejsze sterowanie. Ważne jest, aby dostosować te parametry do specyfikacji i wymagań aplikacji przemysłowej.

6. Test i kalibracja – po podłączeniu wszystkich przewodów i skonfigurowaniu sterownika, warto przeprowadzić test, aby upewnić się, że silnik działa poprawnie i wykonuje zadane ruchy zgodnie z oczekiwaniami.

Zastosowanie sterowników Festo do silników krokowych

Festo oferuje zaawansowane sterowniki do silników krokowych, które zapewniają precyzyjne sterowanie w wymagających aplikacjach przemysłowych. W ofercie Festo znajdują się nie tylko same silniki krokowe, ale również kompleksowe systemy sterowania, które można łatwo zintegrować z istniejącymi systemami automatyki przemysłowej. System składa się również z przewodów przygotowanych do konkretnych napędów, co znacznie ułatwia instalację. Silniki krokowe w ofercie FESTO, wyposażone są w enkodery absolutne co sprawia, że w połączeniu ze sterownikiem otrzymujemy serwomechanizm ze sprzężeniem zwrotnym.

Przykłady rozwiązań Festo:

1. Sterowniki serii CMMT-ST – to kompaktowe i zaawansowane sterowniki dedykowane do współpracy z silnikami krokowymi. Dzięki funkcji Closed Loop, sterowniki te mogą pracować z zamkniętym sprzężeniem zwrotnym, co zapewnia większą precyzję i stabilność ruchu, minimalizując ryzyko gubienia kroków. Sterowniki te wyposażone są w moduły komunikacyjne PROFINET, EtherCAT® oraz EtherNet/IP z dodatkową opcją sterowania po Modbus TCP.

   

2. Silniki krokowe serii EMMS-ST – silniki krokowe Festo z serii EMMS-ST to niezawodne urządzenia, które charakteryzują się dużą precyzją i wytrzymałością. Doskonale sprawdzają się w aplikacjach wymagających precyzyjnego pozycjonowania, takich jak układy transportowe, manipulatory czy systemy znakujące. Dobór napędu sterownika i dodatkowego wyposażenia jest wyjątkowo prosty dzięki narzędziu: Electric Motion Sizing, które na podstawie danych na temat naszej aplikacji, dobierze wszystkie potrzebne elementy. Dzięki niemu jesteśmy w stanie w kilku krokach otrzymać listę komponentów kompletnego systemu jak np. trójosiowy układ kartezjański.

   

3. Zintegrowane systemy automatyki – Festo oferuje również zintegrowane systemy automatyki, które pozwalają na kompleksowe zarządzanie procesami przemysłowymi. Sterowniki CMMT-ST mogą być łatwo zintegrowane z systemami pneumatycznymi Festo, co umożliwia tworzenie elastycznych rozwiązań sterujących, np. w sterowaniu siłownikami pneumatycznymi z precyzyjnym pozycjonowaniem.

   

Autor:
Mateusz Kędzierski
Manager rozwoju produktu

Autor:
Mateusz Kędzierski
Manager rozwoju produktu