system sterowania silnikiem krokowym w ukŁadzie … · 2020-03-10 · nych poprzez rozbudowę...

Politechnika Poznańska

Wydział Informatyki i Zarządzania

Katedra Inżynierii Komputerowej

Praca dyplomowa inżynierska

SYSTEM STEROWANIA SILNIKIEM KROKOWYM

W UKŁADZIE OTWARTYM

Anna Cieśnik

Dawid Jasiak

Łukasz Szulc

Promotor

dr inż. Sławomir Stępień

Poznań, 2007 r.

Tutaj przychodzi karta pracy dyplomowej;

oryginał wstawiamy do wersji dla archiwum PP, w pozostałych kopiach wstawiamy

ksero.

Spis treści

1 Wstęp 1

1.1 Motywacje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Cel i zakres pracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3 Struktura pracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2 Silnik krokowy 5

2.1 Wprowadzanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2 Budowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2.1 Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2.2 Budowa silników hybrydowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.3 Zasada działania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.3.1 Wpływ budowy silnika na sterowanie . . . . . . . . . . . . . . 11

2.3.2 Silniki unipolarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.3.3 Sterowanie unipolarne i bipolarne . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.4 Sterowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.4.1 Sterowanie pełnokrokowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.4.2 Sterowanie półkrokowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.4.3 Sterowanie mikrokrokowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.4.4 Sterowanie unipolarne i bipolarne . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.5 Właściwości . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.5.1 Moc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.5.2 Dokładność pozycjonowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.5.3 Moment silnika krokowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.5.4 Częstotliwość . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.5.5 Drgania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.6 Opis silnika typu BYG57 081D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3 Opracowany system sterowania 25

3.1 Założenia projektu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.2 Przebieg prac nad projektem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3 Budowa i funkcjonalność układu przed modyfikacją stanowiska . . . . 27

I

II

3.3.1 Budowa stanowiska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.3.2 Opis poszczególnych urządzeń . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.4 Projekt i realizacja nowego stanowiska . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.4.1 Wyprowadzenie sygnałów z urządzeń zewnętrznych na płytkę . 35

3.4.2 Komunikacja PC — PEdASK . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.5 Płytka edukacyjna do analizy silnika krokowego — PEdASK . . . . . 40

3.5.1 Wskazówki do projektowania układów z elementami cyfrowymi 40

3.5.2 Układ optoizolacji wejścia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.5.3 Układ multipleksowania sygnałów sterujących . . . . . . . . . 42

3.5.4 Układ wyzwalania przerwania sprzętowego . . . . . . . . . . . 44

3.5.5 Konfiguracja uzwojeń silnika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.5.6 Wyprowadzenie sygnałów typu OC . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.5.7 Zasilanie układu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.6 Dokumentacja elektroniki PEdASK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.7 Płytka drukowana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.7.1 Zasady projektowania płytki drukowanej . . . . . . . . . . . . 47

3.7.2 Projekt PCB płytki drukowanej PEdASK . . . . . . . . . . . 49

3.7.3 Wizualizacja płytki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.7.4 Technologia wykonania płytki drukowanej . . . . . . . . . . . 50

3.8 Zasada działania układu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.8.1 Możliwe konfiguracje układu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.8.2 Opis działania układu PEdASK . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.9 Montaż układu w poszczególnych konfiguracjach . . . . . . . . . . . . 56

3.9.1 0 tryb pracy — praca wyłącznie na urządzaniach przemysłowych 56

3.9.2 1 tryb pracy — sterowanie z ZD100, pomiary na licznikach . . 59

3.9.3 2 tryb pracy — jednoczesne wykorzystanie komputera i urzą-

dzeń do sterowania/pomiarów . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.9.4 3 tryb pracy — sterowanie i pomiar na komputerze . . . . . . 60

3.10 Zbudowane stanowisko do badania własności silnika krokowego . . . . 61

3.11 Pomiary i ograniczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.12 Zalecenia użytkowania układu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.13 Wnioski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4 Oprogramowanie 68

4.1 Ogólny opis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

4.2 Założenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

4.3 Opis portu LPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.4 Przeznaczenie sterownika systemowego . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

4.5 Moduły aplikacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.5.1 Obiekt obsługi sterownika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

III

4.5.2 Obiekt przetwarzania danych . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.5.3 Obiekt generujący trajektorię . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.6 Współpraca elementów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.6.1 Odczyt danych ze sterownika . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

4.6.2 Zapis danych do sterownika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

4.6.3 Praca programu w trybie ZD100 . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

4.6.4 Praca programu w trybie PCHost . . . . . . . . . . . . . . . . 75

4.6.5 Możliwe błędy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

4.7 Interfejs użytkownika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

4.7.1 Opis elementów graficznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

4.7.2 Opis użytkowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.7.3 Opis funkcji przycisków okna przygotowania trajektorii . . . . 80

4.8 Formaty plików . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

4.8.1 Plik trajektorii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

4.8.2 Plik danych pomiarowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4.9 Przetwarzanie danych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4.9.1 Dane sterowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4.9.2 Dane enkodera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

5 Wyniki doświadczeń 88

5.1 Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

5.2 Zadawanie trajektorii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

5.3 Prędkość chwilowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

5.4 Badanie przebiegów sterowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

5.5 Ustalanie się pozycji rotora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

5.6 Badanie dokładności pozycjonowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

5.7 Propozycje ćwiczeń dla studentów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

6 Zakończenie 96

A Dokumentacja techniczna 97

A.1 Płytka drukowana PEdASK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

A.2 Wzory opisu na pleksie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

A.3 Skrócony katalog układów scalonych wykorzystanych do budowy płytki

drukowanej PEdASK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

Literatura 103

Rozdział 1

Wstęp

1.1 Motywacje

Motywacją do podjęcia zagadnienia sterowania i badania silników krokowych

jako tematu niniejszej pracy inżynierskiej, były ich liczne zalety oraz aktualność

tematyki i powszechność stosowania we współczesnym przemyśle, których liczne

przykłady zostaną zaprezentowane poniżej [5, 4, 1, 21, 12, 7, 6].

Wychodząc z definicji silnika krokowego, należy zaliczyć go do grupy silników

elektrycznych, w którym impulsowe zasilanie prądem elektrycznym powoduje obrót

wirnika o ściśle ustalony kąt. Dzięki temu, kąt obrotu wirnika jest ściśle powiązany

z liczbą dostarczonych impulsów prądowych. Z kolei prędkość kątowa wirnika jest

adekwatna do iloczynu częstotliwości tych impulsów i wartości jednostkowego kąta

obrotu wirnika [5].

Jednostkowy kąt obrotu zależy od klasy i konkretnego typu silnika i mieści się

najczęściej w zakresie kilku – kilkudziesięciu stopni.

Silniki krokowe w zależności od ich przeznaczenia mają budowę przystosowaną do

wykonywania od ułamków obrotu na sekundę do kilku tysięcy obrotów w skrajnych

przypadkach [5].

Do najważniejszych zalet silników krokowych zalicza się:

• Prawidłowo zaprojektowane napędy dają dużą powtarzalność wykonywanych

ruchów, dobre silniki krokowe mają dokładność nawet bliską 3–5% kroku i błąd

ten nie kumuluje się z kroku na krok.

• Liniowa zależność obrotu silnika od ilości impulsów sterujących.

• Prosta kontrola pracy silnika i jego obrotu w jednostce czasu.

• Niezawodność — dzięki budowie silnika bez szczotek, co uzależnia żywotność

silnika wyłącznie od żywotności łożysk.

• Możliwość bardzo szybkiego rozbiegu, hamowania i zmiany kierunku obrotu.

1

1.1. Motywacje 2

• Zależność kąta obrotu silnika od impulsów dyskretnych w czasie, co umożliwia

sterowanie w pętli otwartej. Cecha ta sprawia, że silniki krokowe stają się

łatwiejsze i przede wszystkim tańsze w sterowaniu.

Pierwsze konstrukcje ramienia głowicy dysków twardych oraz stacji dysków i dys-

kietek wykorzystywały silniki krokowe. Po dziś dzień są stosowane w napędach

drukarek, skanerów, kserokopiarek, ploterach i wielu innych urządzeniach.

Silniki krokowe są coraz częściej używane, m.in. w układach programowego

sterowania (liniach produkcyjnych, obrabiarkach CNC, manipulatorach, robotach)

[1, 21]. Należą do nich również przyrządy rejestrujące.

W większości tych zastosowań, silnik oprócz funkcji napędu, pełni także rolę

urządzenia pozycjonującego, w których podstawowym parametrem konstrukcyjnym

i użytkowym jest precyzja pozycjonowania — przez którą należy rozumieć dokład-

ność osiągania zadanej pozycji lub powtarzalność wykonywania zadanych ruchów

[12].

Obszar zastosowania silników krokowych zdecydowanie powiększa się. Dzieje się

tak, m.in. za sprawą techniki mikroprocesorowej umożliwiającej realizację złożonych

funkcji sterowania [7].

Systemy z silnikami krokowymi są wykorzystywane wszędzie tam, gdzie ważne

jest sterowanie złożonymi ruchami, ustalaniem położeń oraz dokładne zatrzymanie

mechanizmów w ściśle określonym miejscu, sterowanie procesów chemicznych oraz

cieplnych, kontrola i regulacja położenia [7, 12, 21, 6].

Silniki krokowe znajduje się [21] m.in. w napędach prętów spowalniających re-

akcje jądrowe, w napędach mostów zwodzonych i w automatyce wolnozmiennych

procesów przemysłowych (napęd zaworów, zasuw, przesłon itp.), gdzie ich duża

trwałość i prostota sterowania mają szczególne znaczenie.

Zatem spektrum zastosowań silników krokowych jest bardzo szerokie, co powo-

duje dynamiczny rozwój badań oraz poszukiwania nowych rozwiązań sterowania we

współczesnym przemyśle.

Możliwość precyzyjnego sterowania w pętli otwartej jest podawana za jedną

z największych zalet silników krokowych. Oznacza ona, że nie jest konieczne sprzę-

żenie zwrotne — czyli informacja o aktualnym położeniu wału silnika. Takie stero-

wanie eliminuje potrzebę stosowania kosztownych urządzeń sprzężenia zwrotnego,

jak np: przetworniki optoelektroniczne czy obrotowo-impulsowe. Pozycję silnika,

w ogólności można wyznaczyć na podstawie zliczanych impulsy wejściowych.

Natomiast główna motywacja rozbudowy stanowiska oraz stworzenia własnego

systemu sterowania wynika z niepożądanych zjawisk zachodzących przy pracy silni-

ków krokowych, m.in.:

• Rezonanse mechaniczne pojawiające się przy niewłaściwym sterowaniu.

• Trudności przy pracy z bardzo dużymi prędkościami.

1.2. Cel i zakres pracy 3

Należy mieć świadomość ich występowania.

1.2 Cel i zakres pracy

Celem niniejszej pracy inżynierskiej było opracowanie kompletnego systemu ste-

rowania silnikiem krokowym w układzie otwartym dla celów badawczych i edukacyj-

nych poprzez rozbudowę istniejącego stanowiska w laboratorium analizy elementów

wykonawczych automatyki w Katedrze Inżynierii Komputerowej.

Zakres pracy inżynierskiej obejmował zaproponowanie oraz wykonanie systemu

komputerowego sterowania i analizy pracy silnika na podstawie istniejącego stanowi-

ska. Istniała możliwość wykorzystania oprogramowania firmy WObit do sterowania

i pobierania danych pracy silnika. Jednak takie rozwiązanie wymagało wymiany

liczników na nowsze. Ponadto firmowe oprogramowanie ograniczało możliwość dal-

szej rozbudowy i sterowania silnikiem w pętli zamkniętej.

Ograniczono koszty finansowe wymiany podzespołów, rozważając możliwość omi-

nięcia ich, co zmniejszy koszty zasilania i zajmowanego miejsca, co miało by duży

wpływ przy zastosowaniu takiego układu w przemyśle.

Na podstawie powyższej analizy w ramach pracy inżynierskiej zaprojektowano

i zbudowano układ elektroniczny umożliwiający trzy rodzaje pracy wykorzystujące

wszystkie możliwości:

• bezpośrednie sterowanie z zadajnika ZD 100 oraz z wykorzystaniem firmowego

oprogramowania, odczyt pracy silnika na licznikach MD 100 i LP 100;

• sterowanie za pomocą zadajnika i analiza pracy na komputerze;

• sterowanie i jednoczesna analiza pracy silnika z jednoczesną możliwością od-

czytu pomiarów z liczników.

Ostatnie dwa tryby pracy wykorzystują oprogramowanie stworzone w ramach pracy

inżynierskiej. Program ten komunikuje się poprzez równoległy port LPT z powsta-

łym układem elektronicznym, nazywanym dalej PEDASK — płytka edukacyjna do

analizy silnika krokowego. Dokładność przesyłanych danych do komputera zapew-

nia układ generujący przerwania sprzętowe w odpowiedzi na sygnały pochodzące

z przetwornika obrotowo–impulsowego. Komunikacja z płytką PEdASK została

zrealizowana przez dedykowany sterownik, który powstał jako część niniejszej pracy

inżynierskiej. Wykorzystuje on przerwania generowane przez kontroler portu równo-

ległego do pobierania danych z płytki edukacyjnej z możliwie dokładnym pomiarem

czasu. Dzięki rozbudowie układu i powstałemu oprogramowaniu przeprowadzono

szereg doświadczeń.

1.3. Struktura pracy 4

1.3 Struktura pracy

Struktura pracy jest następująca. W rozdziale 1 przedstawiono cel i zakres pracy

oraz uzasadnienie obranego rozwiązania.

Rozdział 2 zawiera przegląd literatury oraz podstawy teoretyczne obejmujące

podział silników ze względu na budowę i zasadę działania. Rodzaje sterowania,

opis pracy pełnokrokowej i mikrokrokowej. Właściwości mechaniczne, dynamiczne

i elektryczne oraz parametry techniczne badanego silnika.

Rozdział 3 jest poświęcony elektronicznej części pracy, którą rozpoczyna opis

stanowiska przed i po rozbudowie oraz założenia dotyczące pracy całego układu.

W dalszej części przedstawiony jest projekt oraz sposób wykonania układu elektro-

nicznego, uzupełnione dokumentacją techniczną i użytkową stanowiska. Wnioski

powstałe z budowy układu kończą tę część pracy.

Rozdział 4 został poświęcony powstałej aplikacji do sterowania silnikiem oraz

dokonywania pomiarów i analiz. Zawiera m.in założenia projektowe aplikacji, opis

komunikacji z częścią sprzętową, dwa możliwe tryby pracy programu, algorytm dzia-

łania i dokumentację użytkową oprogramowania.

Rozdział 5 zawiera opis badań i przeprowadzonych doświadczeń oraz propozycję

ćwiczeń dla studentów na powstałym, w pełni funkcjonalnym stanowisku laborato-

ryjnym.

Rozdział 6 stanowi podsumowanie pracy z dyskusją na temat przyjętych metod

analizy i sterowania silnikami krokowymi.

W dodatku A zamieszczono przydatne schematy, szablony oraz skrócony katalog

układów scalonych wykorzystanych w niniejszej pracy.

Rozdział 2

Silnik krokowy

2.1 Wprowadzanie

Zbudowanie dobrze zaprojektowanego systemu sterowania silnika możliwe jest

tylko poprzez poznanie zasady działania, budowy napędu, zrozumienie reguł stero-

wania, a także dokładną analizę jego parametrów.

Silnik krokowy inaczej zwany silnikiem skokowym, to silnik elektryczny syn-

chroniczny przetwarzający ciąg impulsów elektrycznych w mechaniczne, skokowe

(dyskretne) przesunięcie wału lub wirnika [21], proporcjonalne do liczby impulsów,

z prędkością proporcjonalną do częstotliwości tych impulsów. Do istotnych zalet

[7] tego napędu można zaliczyć łatwe sterowanie prędkością, możliwość zmiany kie-

runku, dużą niezawodność oraz prostotę sterowania .

Cechą charakterystyczną napędu krokowego jest zajmowanie przez wirnik usta-

lonych położeń odległych od siebie o krotność skoku wynikającą z liczby zadanych

impulsów sterujących bez sumowania błędów skoków, co umożliwia zastosowanie

tego silnika w otwartych układach sterowania.

Wykorzystanie zjawisk fizycznych jest podstawą do budowy wszelkich urządzeń

elektrycznych, a przede wszystkim silników. Dlatego warto zwrócić uwagę na zja-

wiska, które nimi rządzą, by łatwiej można było zrozumieć zasadę działania i wy-

korzystać tą wiedzę w celu lepszego sterowania.

Wykorzystanie elektromagnesu przy budowie silników krokowych

Przepływ prądu przez cewkę nawiniętą na rdzeń ferromagnetyczny powoduje

powstawanie pola magnetycznego, którego obieg przechodzi przez rdzeń. Ilustrację

tego zjawiska przedstawiono na rysunku 2.1.

5

2.1. Wprowadzanie 6

Rysunek 2.1: Powstawanie strumienia indukcji magnetycznej

Pole magnetyczne przyciąga pozostałą część rdzenia — układ dąży do zmniej-

szenia oporu magnetycznego, czyli reluktancji, po to by przy danej sile magnetomo-

torycznej wytworzonej przez cewkę, powstał jak największy strumień magnetyczny

Φ:

Φ =I · zRm

(2.1)

gdzie:

I — prąd,

z — liczba zwojów,

Rm — reluktancja.

Indukcja

Zmiana wartości strumienia magnetycznego, przebiegającego przez obszar objęty

przewodnikiem oraz jego relacja z polem elektrycznym indukowanym wokół tego

przewodnika określa prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya. Prawo to można

przedstawić za pomocą wzoru:

V =

∮l

E · dl = −dΦB

dt(2.2)

gdzie:

ΦB — strumień indukcji magnetycznej,

V — siła elektromotoryczna powstająca w pętli,

E — natężenie wyindukowanego pola elektrycznego.

2.2. Budowa 7

Rysunek 2.2: Oddziaływanie strumienia na wał – analogia do prądnicy

Proste zależności elektromagnesów

Elektromagnes można określić jako element elektryczny zbudowany z cewki nawi-

niętej na rdzeniu ferromagnetycznym, który jest wykonany zazwyczaj z miękkiego

żelaza. Pod wpływem przepływającego przez cewkę prądu elektrycznego wytwa-

rzane jest pole magnetyczne.

Rysunek 2.3: Zjawisko przyciągania elektromagnesu

Rysunek 2.4: Zjawisko odpychania elektromagnesu

2.2 Budowa

2.2.1 Wstęp

Najczęściej stosowane obecnie silniki krokowe to silniki hybrydowe, które posia-

dają zarówno właściwości jak i zalety silników o zmiennej reluktancji (ang. Variable

2.2. Budowa 8

Reluctance) oraz silników z magnesem stałym (ang. Permanent Magnet). Zostały

one oznaczone przez skrót HB, pochodzący od słowa ang. hybrid.

Silnik hybrydowy łączy w sobie zalety silnika ze zmienną reluktancją i silnika

z magnesem stałym. Silnik VR ma prostą konstrukcję, w której główną rolę odgrywa

rotor o wielu zębach wykonany z miękkiej stali oraz stojana wraz z uzwojeniami.

Kiedy przez zwoje stojana przepływa prąd stały, bieguny namagnesowują się, co

powoduje, że przyciągają zęby rotora. Na skutek przełączania biegunów stojana

wirnik obraca się.

W silniku PM rotor nie posiada zębów, lecz jest namagnesowany naprzemiennie

osiowo poprzez bieguny N i S, w taki sposób by były rozmieszczone wzdłuż linii

prostej równoległej do osi wirnika. Silniki z magnesem trwałym cechuje zwiększona

indukcja magnetyczna w wyniku namagnesowania biegunów wirnika, co pozytywnie

wpływa na charakterystykę momentu.

Podstawową zaletą silników VR jest rozdzielczość, która ze względu na duże

możliwości sterowania jest najważniejsza. Natomiast w silnikach PM [19] wraz ze

wzrostem rozdzielczości maleje ich dynamika . Właśnie dlatego połączono zasadę

działania i właściwości obu silników w silnik hybrydowy.

2.2.2 Budowa silników hybrydowych

Można stwierdzić, że kąt kroku w mierze elektrycznej [21] jest tym mniejszy, im

większa jest liczba taktów (komutacji) k i kąt ten można zdefiniować jako:

αe =2π

k(2.3)

Zmniejszanie ilości kroków można realizować na drodze projektowania silników

poprzez zwiększanie liczby par biegunów p w silnikach spolaryzowanych magnetycz-

nie, zwiększaniu zębów Zr wirnika ferromagnetycznego w silnikach reluktancyjnych

oraz liczby m niezależnych cewek skupionych uzwojenia stojana. Właśnie z tego

powodu istnieje dużo silników o różnej konstrukcji. W wyniku zwiększenia liczby

kroków w silnikach z wirnikiem czynnym (elektromagnetycznym), można przedsta-

wić wzór na kąt kroku w następujący sposób:

α =2π

p · k(2.4)

a dla silników z wirnikiem biernym:

α =2π

Zr · k(2.5)

Silnik hybrydowy składa się z magnesu trwałego, w którym bieguny magnesu

są umieszczone osiowo (2.5, co jest charakterystyczne dla tego rodzaju silników,

2.2. Budowa 9

w przeciwieństwie do silników z magnesem trwałym, w których bieguny są umiesz-

czone promieniście.

Rysunek 2.5: Przedstawienie osiowego namagnesowania rotora

Część bieguna położona najbliżej wirnika posiadają małe kanaliki z wypustkami

tzw. ząbkami. Podobna konstrukcja dotyczy wirnika, lecz w tym przypadku są to

dwie sekcje, zgodne z osiowym namagnesowaniem wirnika. Należy także zauważyć,

że kanaliki nie są ciągłe jak w przypadku stojana, a dolne zęby wirnika są przesu-

nięte w stosunku do górnych o połowę zęba, co jest przedstawione na fotografii 2.7.

Takie rozmieszczenie powoduje, że stojan bez zasilania wymusza umiejscowienie

wirnika w konkretnej pozycji, w której zęby obydwu części były jak najbliżej sie-

bie — co jest spowodowane zmniejszeniem oporności indukcyjnej, by strumień pola

magnetycznego przepływał przez ferromagnetyk, a nie przez powietrze.

Rysunek 2.6: Rozmieszczenie biegunów oraz zębów na stojanie

2.3. Zasada działania 10

Powodem budowy tak skomplikowanej konstrukcji jest zwiększenie podstawowej

liczby kroków, bez dodatkowego mnożenia liczby biegunów. Zgodnie ze wzorem 2.5

liczba zębów wyznacza jednostkowy krok silnika hybrydowego. Silnik przedstawiony

na rysunku 2.6 posiada ilość zębów oraz cewek odpowiadającą 7,2o — czyli 50

podstawowych kroków.

Rysunek 2.7: Przedstawienie typowego wirnika silnika hybrydowego

Rysunek 2.8: Stojan silnika hybrydowego z uzwojeniami

2.3 Zasada działania

Generowane impulsy sterujące powodują zasilenie uzwojeń silnika krokowego od-

powiednim układem napięć, utrzymywanych na uzwojeniach aż do pojawienia się

kolejnego impulsu, który sprawia, że zmienia się układ napięć. Powoduje to zmianę

rozpływu prądów płynących w uzwojeniach, co jest związane ze zmianą kierunku

strumienia magnetycznego, czego konsekwencją jest obrót silnika o określony kąt

zwany krokiem. Można zatem stwierdzić, że zasada działania silników krokowych


opiera się głównie o wirujące pole magnetyczne, które można wytworzyć poprzez

zmianę kierunku prądu w uzwojeniach.

Cykl komutacji obejmuje taką liczbę stanów napięć zasilających uzwojenia po

przekroczeniu, której stany te zaczynają cyklicznie się powtarzać. Przez takt komu-

tacji należy rozumieć każdy stan układu napięć [21].

Silniki PM i HB mają po kilka biegunów. Zawierają jednak tylko dwa uzwojenia

podzielone na sekcje, dlatego doskonałym punktem wyjścia do analizy sterowania

jest model tylko z dwoma uzwojeniami [19]. Można wyróżnić trzy sposoby stero-

wania takimi silnikami. Pierwszy z nich opiera się o wykorzystanie dwóch mostków

tranzystorowych typu H, jednak realizacja nie jest najłatwiejsza i stosuje się dwie

pozostałe metody wprowadzające podział silników krokowych na silniki bipolarne

i unipolarne.

2.3.1 Wpływ budowy silnika na sterowanie

Rozbudowana konstrukcja silnika hybrydowego została wypracowana na bazie

doświadczeń z silnikami reluktancyjnymi oraz z magnesem trwałym. Dzięki więk-

szej ilości zębów na wirniku oraz na stojanie możliwe było zmniejszenie wielkości

kroku — mniejszy krok świadczy o dokładniejszym pozycjonowaniu, co oznacza,

że bardziej korzystne są układy o największej ilości taktów w cyklu.

Rysunek 2.9: Przekrój poziomy przez silnik hybrydowy (A)

Powyższy rysunek przedstawia rozmieszczenie zębów wirnika i zębów stojana

w sytuacji, gdy układ jest w stanie spoczynku. Układ pobudzony poprzez zmianę na-

pięcia w uzwojeniach spowodowałby obrót wirnika, co wynika bezpośrednio z Prawa

Coulomba dla magnesów:

F = k ·m1 · m2

r2(2.6)

gdzie:


F — siła wzajemnego oddziaływania dwóch biegunów magnetycznych,

m1, m2 — ładunki magnetyczne [Wb = V · s],r — odległość między ładunkami,

k — współczynnik proporcjonalności: k = 1/4πµ, przy czym: µ = µr · µ0

Rysunek 2.10: Przekrój poziomy przez silnik hybrydowy (B)

Analizując rysunki 2.9 oraz 2.10 należy zauważyć, że przedstawiono dwa prze-

kroje poziome silnika i zarówno dolna cześć układu jak i górna część rotora ze od-

działują ze stojanem. Ustawienie wirnika górnego bieguna współgra z ustawieniem

dolnego bieguna wirnika, osiągając stan równowagi. Każdy z pojedynczych kroków

należy rozpatrywać, jako osobny stan równowagi magnetycznej, które w połącze-

niu ze szybkimi przełączeniami uzwojeń stojana powodują ruch obrotowy z bardzo

dokładnym pozycjonowaniem, którym można sterować.

2.3.2 Silniki unipolarne

Uproszczenie sterowania silnikiem dokonuje się poprzez zastosowanie uzwojenia

z odczepem w środku [19], który jest połączony ze źródłem prądu. Występuje

tu dzielenie uzwojenia, wskutek czego prąd w jednym cyklu może płynąć przez

jedną część uzwojenia, a następnym cyklu w drugiej części. Zasadę działania silnika

unipolarnego przedstawiono na rysunku 2.11. W związku z tym, że prądy płyną

tylko w jednym kierunku nazywane są silnikami unipolarnymi. Istotną zaletą tych

silników jest łatwość sterowania. Jednak w porównaniu ze silnikami bipolarnymi

mają słabsze osiągi spowodowane nie wykorzystywaniem całości uzwojenia.


Rysunek 2.11: Przedstawienie sterowania silnika unipolarnego

2.3.3 Sterowanie unipolarne i bipolarne

W silnikach bipolarnych prądy uzwojeń w kolejnych cyklach płyną w obu kierun-

kach, przez co można nazwać je dwubiegunowymi (bipolarnymi). Rozkład prądów

można zaobserwować na rysunku 2.12. Wymagają jednak bardziej skomplikowanego

sterownika wynikającego z ich istotnej zalety — ciągłej pracy całości uzwojeń, czyli

pełne wykorzystanie możliwości silnika. Takie sterowanie daje dużo lepsze osiągi

zwłaszcza przy małych i średnich prędkościach obrotowych. Moment obrotowy jest

wtedy dużo większy. Zasadę działania silnika przedstawiono na rysunku 2.12.

2.4. Sterowanie 14

Rysunek 2.12: Przedstawienie sterowania silnika bipolarnego

2.4 Sterowanie

2.4.1 Sterowanie pełnokrokowe

Po analizie wcześniej przedstawionych sterowań silników można stwierdzić, że wy-

korzystanie uzwojeń jest mało efektywne, gdyż w sterowaniu bipolarnym wykorzy-

stywana jest tylko połowa uzwojeń, a w sterowaniu unipolarnym tylko 25% z całości.

Takie sterowanie nosi nazwę sterowania falowego (ang. wave drive), zwane także ste-

rowaniem pełnokrokowym.

Istnieje sterowanie, które poprzez zasilanie uzwojenia w całości zwiększa powsta-

jący strumień magnetyczny. W takim przypadku bieguny wirnika ustawiają się nie

naprzeciw biegunów stojana, lecz w połowie drogi między nimi — 2.13. Takie stero-

wanie można zastosować zarówno przy silnikach bipolarnych jak i unipolarnych, co

2.4. Sterowanie 15

zwiększa moc oraz moment obrotowy. Sterowanie przedstawione poniżej nazywamy

sterowaniem pełnokrokowym (ang. full step).

Rysunek 2.13: Przedstawienie sterowania pełnokrokowego

Rysunek 2.14: Przedstawienie sterowania pełnokrokowego dla silnika bipolar-

nego

2.4.2 Sterowanie półkrokowe

Najczęściej stosowanym sterowaniem [19] jest sterowanie półkrokowe (ang. half

step), w którym na przemian zasila się jedno oraz dwa uzwojenia, przez co bieguny

2.4. Sterowanie 16

wirnika ustawiają się albo naprzeciw biegunów stojana albo w połowie między nimi

— czyli zastosowanie położeń wirnika ze sterowania ang. full step oraz ang. wave

drive [19]. Osiągi silnika są wprawdzie gorsze, niż przy pracy pełnokrokowej, gdyż

nie są wykorzystywane zawsze wszystkie uzwojenia (od 50% do 100%), lecz pracapółkrokowa ma istotne zalety przedstawione w późniejszych rozdziałach.

Rysunek 2.15: Przedstawienie sterowania półkrokowego dla silnika bipolarnego

Rysunek 2.16: Przebieg sterujący przy pracy półkrokowej silnika bipolarnego

2.4.3 Sterowanie mikrokrokowe

Analizując 2.15 można stwierdzić, że różnicując natężenie prądu w uzwojeniach

silnika krokowego możliwe jest uzyskanie pośrednich położeń wirnika między bie-

gunami. Natomiast na rys 2.16 widać, że przebieg sterujący pracy półkrokowej

uzwojeń silnika przypomina sygnał sinusoidalny prostokątny poprzesuwany wzglę-

dem siebie o π2rad. A zależność, który przebieg jest przesunięty względem drugiego

oznacza kierunek obrotu wirnika. W praktyce wykorzystuje się większy podział

kroków niż 12zastosowany w sterowaniu półkrokowym — dyskretyzację sinusoidy

2.4. Sterowanie 17

napięcia zasilającego przeprowadza się według reguły 2n (n ∈ N), gdzie komutacja

jest symetryczna [19].

Takie różnicowanie powoduje, że wypadkowy przebieg nie jest prostokątny, lecz

bardziej zbliżony do prawdziwej sinusoidy. Zmiana parametru n pozwala sterować

silnik bardziej precyzyjniej i z mniejszymi oscylacjami1.

Dalsza dyskretyzacja czynnika aż do n → ∞ zmieniłaby przebieg w klasycznąfunkcję sinus — do sterowania silnika można byłoby używać przebiegów sinusoidal-

nych przesuniętych w fazie względem siebie o 90 stopni. Jednak taka diametralna

zmiana sterowania skomplikowałaby sterownik, gdyż do zmiany prądów na uzwoje-

niach nie wystarczyłyby tylko cztery klucze tranzystorowe oraz trudno byłoby zaim-

plementować w sterowniku jakże ważną cechę silników krokowych — zatrzymanie

chwilowych wartości prądu w celu zatrzymania wirnika w określonym położeniu.

W praktyce takie sterowanie opiera się o wykorzystanie przebiegów schodkowych

przedstawionych na rysunku 2.17. Takie przebiegi uzyskuje się poprzez zastosowa-

nie przetwornika cyfrowo-analogowego.

Zatem sterowanie mikrokrokowe można określić jako wykonywanie małych kro-

ków wirnika poprzez sterowanie ze skokową wartością prądu. Mikrokroki umożli-

wiają precyzyjne ustawianie wirnika pomiędzy standardowymi pozycjami sterowa-

nia pełno krokowego czy też półkrokowego. Zapewniają płynność ruchów rotora [19]

także przy małych częstotliwościach.

Rysunek 2.17: Przykładowy przebieg prądu w uzwojeniach silnika bipolarnego

2.4.4 Sterowanie unipolarne i bipolarne

Dobrym rozwiązaniem przy budowaniu silnika jest zastosowanie czterech nieza-

leżnych uzwojeń, dzięki czemu silnik może pracować jako unipolarny, a także jako

bipolarny przy szeregowym i równoległym połączeniu uzwojeń. Mniejsza indukcyj-

ność uzwojeń decyduje o szybszym narastaniu prądu w uzwojeniach, dzięki czemu

możliwe jest uzyskanie wyższej prędkości obrotowej silnika w połączeniu równole-

głym. Zaś przy połączeniu szeregowym powstaje większy moment obrotowy przy

małych prędkościach. Dzięki zastosowaniu odpowiedniego sterownika możliwe jest

adaptowanie konkretnego trybu pracy w zależności od wymagań stawianych sil-

1Opis w podrozdziale Właściwości

2.5. Właściwości 18

nikowi krokowemu. Proste układy z tranzystorami kluczującymi (ang. H-bridge)

realizujące połączenie szeregowe i równoległe przedstawione są na poniższych ry-

sunkach:

Rysunek 2.18: Układ realizujący sterowanie bipolarne równoległe

Rysunek 2.19: Układy realizujące sterowanie bipolarne szeregowe

2.5 Właściwości

2.5.1 Moc

Typowa moc silników krokowych sterowanych poprzez układy scalone miesz-

czą się w przedziale poniżej 20W, w zależności od wielkości i typu silnika krokowego.Dane producentów silników krokowych zawsze przedstawiają dane o nominalnym

zasilaniu i prądzie płynącym w uzwojeniach, rzadziej przedstawiają informację o

charakterystyce cieplnej silnika [35] czy też maksymalny poziom wydzielanej mocy.

Na podstawie podanych danych można wyliczyć czynną moc napędu na podstawie

wzoru P = U · I, którą należy pomnożyć przez ilość faz silnika:

Pc = U · I · η (2.7)

Zwykle przy projektowaniu układów sterowania bierze się pod uwagę pracę na-

pędu, w której temperatura obudowy silnika nie przekracza 65°C. Dlatego w nie-których przypadkach projektanci montują radiatory na silnikach w celu zwiększania

poziomu dopuszczalnej mocy wydzielanej przez silnik.


2.5.2 Dokładność pozycjonowania

Nawet przy sterowaniu mikrokrokowym o dużym współczynniku n (podział kro-

ków) pojawiają się błędy, ponieważ w dążeniu do zwiększania precyzji i płynności

ruchu nie można osiągnąć ideału [19]. Wielkość błędów zależy głównie od jakości wy-

konania silników, jednak producent zawsze podaje w danych produkcyjnych wielkość

maksymalnego błędu. Jednak nie ma potrzeby dodatkowo komplikować sterownika

i zwiększać liczbę schodków w sterowaniu mikrokrowym, ponieważ zwiększona liczba

zębów w napędzie znacząco zmniejsza pojedynczy krok obecnie produkowanych sil-

ników nawet w sterowaniu pełnokrokowym.

Niedokładność pozycjonowania

Pozycje spoczynkowe pracy mikrokrokowej powstają poprzez różnicowanie prądu

przebiegami sinusoidalnymi. Teoria nie zawsze idzie w parze z praktyką — niedo-

kładność pozycji spoczynkowej [35] określa się jako średnie odchylenie mikrokroko-

wej pozycji spoczynkowej od pozycji teoretycznej w obrębie jednego pełnego obrotu.

Niedokładność ta jest średnią wartością w przedziale całego obrotu, co oznacza,

że nie jest ona funkcją niedokładności przy pracy pełnokrokowej i aby otrzymać

całkowity błąd pozycji należy sumować obie niedokładności.

Histereza

Obserwując pozycję wirnika przy obrotach zgodnych i przeciwnych ze wskazów-

kami zegara można zauważyć histerezę pozycji spoczynkowych. Jest ona spowodo-

wana głównie przez histerezę magnetyczną, ale wpływa na nią także tarcie łożysk

wirnika. Pole magnetyczne rozchodzi się głównie w rdzeniu ferromagnetycznym,

którego przenikalność magnetyczna wpływa na wielkość indukcji magnetycznej.

B = µH (2.8)

gdzie:

B – wielkość indukcji w szczelinie powietrznej

µ – przenikalność magnetyczna rdzenia ferromagnetycznego

H – wartość natężenia pola magnetycznego

Jednak wartość natężenia pola magnetycznego w przypadku silników krokowych

nie jest stała, dlatego indukcja magnetyczną [35] jest funkcją chwilowego natężenia

pola magnetycznego i jego wartości poprzedniej. W przypadku, gdy silnik działa

trybie mikrokrokowym z dużą rozdzielczością, błąd wynikający z histerezy może

przewyższać kilkakrotnie długość mikrokroku.


2.5.3 Moment silnika krokowego

Moment elektromagnetyczny nienasyconej maszyny elektrycznej [21] można wy-

razić jako pochodną energii elektromagnetycznej układuWm względem kąta obrotu

ϑ części ruchomej tej maszyny, w stosunku do nieruchomej osi odniesienia:

Me(ϑ) =dWm

dϑ(2.9)

Sprowadzając uzwojenia silnika krokowego oraz magnes trwały do działania

uzwojenia w postaci dwóch pasm zastępczych w stojanie (s) i w wirniku (r), energię

magnetyczną układu dla stanu ustalonego (ustalone prądy w uzwojeniach) można

wyrazić poprzez sumę energii w stojanie i w wirniku czyli 2.10

Wm = Ws + Wr =1

2(Ψs · Is + Ψr · Ir) (2.10)

Można skorzystać z zależności, w której strumienie skojarzone wirnika i stojana

przedstawiono przez odpowiednie iloczyny prądów i indukcyjności uzwojeń zastęp-

czych jako 2.11

Ψs = Ls(ϑ)Is + Msr(ϑ)IrΨr = Lr(ϑ)Ir + Msr(ϑ)Is (2.11)

gdzie:

Ls – indukcyjność stojana,

Lr – indukcyjność wirnika (rotora),

Msr – indukcyjność wzajemna.

Reasumując, moment elektromagnetyczny można przedstawić poprzez 2.12

Me(ϑ) =1

2I2s

dLs

dϑ+

1

2I2r

dLr

dϑ+ IsIr

dMsr

dϑ(2.12)

Pierwsze dwa człony równania przedstawiają moment reluktancyjny powstający w

wyniku modulacji pola w szczelinie przez poruszający się uzębiony wirnik. Trzeci

człon to moment wzbudzeniowy występujący najczęściej w silnikach z magnesem

trwałym – moment ten przedstawia oddziaływanie na siebie pól stojana i wirnika.

W przypadku dwustronnego uzębienia (także jednostronnego) indukcyjność wła-

sna stojana czy też wirnika, w przypadku, gdy symetryczności zębów można zdefi-

niować funkcję obrotu wirnika przez wzór:

Ls(ϑ) =1

2(Ld + Lq) +

1

2(Ld − Lq) cos Zrϑ (2.13)

gdzie Ld to indukcyjność własna uzwojenia w położeniu wirnika dla minimum reluk-

tancji obwodu, a Lq dla maksimum reluktancji. Korzystając powyższego ze wzoru


na Ls(ϑ), można wyłuskać wzór na moment reluktancyjny:

Mer(ϑ) = −Zr

4I2s(Ld − Lq) sin Zrϑ (2.14)

Przyjmując Msr za indukcyjność wzajemną przy równomiernej szczelinie i sinu-

soidalnym rozkładzie przestrzennym strumienia wirnika, można przedstawić zależ-

ności Msr(ϑ) = Msr cos pϑ, dzięki której definiujemy równanie momentu wzbudze-

niowego:

Mew = −pIsIrMsr sin pϑ = −Mewmax sin ϑe (2.15)

Dzięki powyższym wzorom (2.15, 2.14) można przedstawić charakterystyki ką-

towe momentów silników reluktancyjnych i magnetoelektrycznych jako funkcje sinu-

soidalne (2.20). Analiza owych charakterystyk ukazuje przedział położeń kątowych

wirnika, w którym po zaniknięciu działających sił zewnętrznych na wirnik, wraca on

do wyjściowego punktu równowagi stabilnej — przedział ten określony jako strefę

stabilności statycznej [21], która zawiera się w przedziale −π < ϑe < π. W przy-

padku, gdy bezwzględne odchylenie wirnika przekroczyło półokres momentu, to po

zaniknięciu siły wymuszającej wirnik nie wróci do punktu ϑe = 0, lecz przemieści

się do bliższego zera stabilnego tzn. do położenia ϑe = ±2π.

Rysunek 2.20: Charakterystyka kątowa momentu dla 1 taktu komutacji

W miarę wzrostu momentu obciążenia zapas stabilności statycznej zmniejsza się

od wartości −π + ϑe do 0, to znaczy do wartości kąta, w której moment obciążenia

równy jestMr. Obciążony silnik krokowy wykona więc skok w pożądanym kierunku

tylko wtedy, gdy Mobc < Mr, a biorąc pod uwagę sinusoidalną charakterystykę

kątową momentu warunek wykonania skoku można wyrazić poprzez wzór:

Mobc < Mewmax cosπ

k(2.16)

Zapas stabilności dla biegu jałowego i sekwencji powodującej ruch w prawo lub lewo


można opisać przez:

∆ϑes = ±πk − 2

k(2.17)

k — liczba taktów komutacji w cyklu.

Ze wzrostem k zmniejsza się skok i rośnie strefa stabilności statycznej, co oznacza,

że w przypadku granicznym wirnik silnika krokowego może opóźniać się względem

pola o ±π rad elektrycznych. Z analizy wynika, że ze wzrostem liczby taktów w cyklu

właściwości rozruchowe silnika polepszają się oraz maleje skłonność do wzbudzania

się drgań własnych, ponieważ maleje moment wymuszający drgania, czyli różnica

między Mmax, a Mr staje się mniejsza.

Analizując kątowe przemieszczanie się wirnika względem stojana, w praktyce do

obliczania momentu wytwarzanego przez silnik krokowy stosuje się wzór :

M = Ms sin(ϑs − ϑr) (2.18)

gdzie zależność kąta elektrycznego do kąta mechanicznego można opisać poprzez

ϑe = (k/4)ϑ

2.5.4 Częstotliwość

Na częstotliwość własną f0 układu z silnikiem krokowym wpływają przede wszyst-

kim moment bezwładności IR, moment obciążenia układu Iobc, moment spoczyn-

kowy M0, a także liczba kroków na obrót n. Częstotliwość własną układu można

wyrazić jako:

f0 =1

4π

√nM0

IC

(2.19)

gdzie:

IC = IR + Iobc — całkowity moment układu

W przypadku, kiedy współczynnik tłumienia układu jest dostatecznie mały oraz,

gdy silnik pracuje przy częstotliwości rezonansowej lub blisko niej, istnieje ryzyko

wystąpienia tzw. utraty kroków. W zależności od typu silnika oraz od momentu

bezwładności IC układ może zgubić krok w częstotliwościach równych (f0)j, gdzie

j ∈ Z\ 0. W praktyce uwidaczniają się jednak tylko przy częstotliwościach bliskich

f0.

Występowanie rezonansów wynika z obracania się pola magnetycznego stojana

o nieciągłe wartości kąta elektrycznego, równego w pracy pełnokrokowej ϑe = π/2

oraz w pracy półkrokowej ϑe = π/4. Praca w trybach bez mikrokroków wywołuje

pulsujące dostarczanie energii do wirnika, który zaczyna wpadać w rezonans. Ener-

gię wzbudzającą przekazywaną wirnikowi podczas jednego kroku w stanie jałowym


można wyrazić poprzez:

Ew =4M0

n(1 − cos ϑe) (2.20)

Przez analizę kąta pojedynczego kroku elektrycznego względem energii wzbudza-

jącej można stwierdzić, iż zwiększenie podziału kroku ogranicza energię wzbudza-

jącą rezonans — w przypadku pracy pełnokrokowej do półkrokowej o 70%. W celu

dalszego redukowania oscylacji należałoby zwiększać podział kroku pracy mikrokro-

kowej, jednak można wyeliminować całkowicie drgań, ze względu na to, iż w rze-

czywistości istnieją dodatkowe źródła rezonansu. Należy jednak wysnuć wniosek,

iż stosowanie sterowania mikrokrokowego redukuje wibracje oraz ogranicza wpływ

rezonansu na układ z silnikiem krokowym.

2.5.5 Drgania

Niewątpliwą zaletą działania silników krokowych jest możliwość zasilania za po-

mocą impulsów, gdyż wpływa to na łatwość sterowania. Jednak wirnik i obciążenie

posiadają pewną bezwładność, co powoduje, że sterowanie impulsami prostokątnymi

nie daje idealnie gładkich przemieszczeń [12] wirnika. W rezultacie w wyniku prze-

mieszczenia choćby o jeden krok, można zauważyć drgania przed osiągnięciem stanu

ustalonego. Ważnym aspektem zastosowania silników krokowych jest bardzo duża

precyzja sterowania i aby pozbyć się dużych oscylacji drgań można zastosować silniki

o mniejszym kroku [19], dzięki czemu przy małym skoku powstają także mniejsze

oscylacje. Jest to jeden z problemów sterowania, ponieważ praca silnika przy dość

dużych prędkościach i przy częstotliwości impulsów odpowiadającej mechanicznej

częstotliwości rezonansu może spowodować całkowite drganie silnika.

Rysunek 2.21: Charakterystyka skokowa układu oscylacyjnego

2.6. Opis silnika typu BYG57 081D 24

W praktyce to kłopotliwe zagadnienie rozwiązuje się poprzez stosowanie pracy

półkrokowej oraz mikrokrokowej, która pozwala w prosty i bezpieczny sposób rozsze-

rzyć zakres częstotliwości do dowolnie małych, jednak konieczne jest wtedy zastoso-

wanie podziału kroku większego niż 1/32, kiedy to energia przekazywana wirnikowi

jest tak mała, że zostaje pochłonięta przez wewnętrzne tarcie w silniku. Nie wystę-

pują wtedy żadne drgania, a silnik pozostaje w swym pożądanym położeniu.

2.6 Opis silnika typu BYG57 081D

Wybrany silnik krokowy jest dwufazowym napędem hybrydowym firmy WObit z

serii 57BYG081D posiadającym standardowe momenty obrotowe oraz standardowe

wymiary planszy mocującej. Zakres temperatur −25.. + 40oC. Silnik posiada 8

wyprowadzeń kabli, co oznacza, że może być podłączony jako silnik unipolarny oraz

silnik bipolarny, zarówno w połączeniu równoległym jak i szeregowym, co świadczy

o uniwersalności silnika i możliwości zastosowania go do akademickiego stanowiska.

Silnik hybrydowy należy do silników najnowszego typu o dużych możliwościach.

Podstawowy skok silnika to kąt to 1, 8o, co oznacza, że możliwe jest ustawia-

nie 200 różnych pozycji w pracy pełnokrokowej. Parametr ten wpisuje ten silnik

skokowy do segmentu silników o wysokiej rozdzielczości.

Znamionowe parametry silnika krokowego:

• napięcie 5[V]

• prąd uzwojeń 1[A]

• rezystancja uzwojeń 5[Ω]

• indukcyjność 8,45[mH]

• moment trzymający 52[Ncm]

• moment szczątkowy 450[gcm]

• bezwładność wirnika 110[gcm2]

• długość 51[mm]

• waga 0,6[kg]

Rozdział 3

Opracowany system sterowania

3.1 Założenia projektu

Podstawowe zadanie, umożliwiające dalszy postęp w pracy inżynierskiej, pole-

gało na zaprojektowaniu układu elektronicznego spełniającego następujące założe-

nia funkcjonalne, poszerzone o propozycje projektanta:

• prosta w implementacji komunikacja z komputerem — wybór portu równole-

głego;

• sprzętowe wspomaganie w dokładności pomiarów — układ wyzwalania prze-

rwania;

• dostarczenie sygnałów z przetwornika obrotowo–impulsowego;

• umożliwienie sterowania silnikiem w pętli otwartej — program tworzony w ra-

mach projektu inżynierskiego;

• wyprowadzenie punktów pomiarowych;

• wykorzystanie możliwości połączeń uzwojeń silnika;

• wygodne wyprowadzenie pinów sterujących ze sterownika SMC81 (przełącza-

nie mikrokroków, sygnału zezwolenia, stopu, itd.);

• praca w trzech możliwych konfiguracjach:

1 sterowanie z zadajnika (oraz firmowego programu WinSMC), pomiar na

licznikach;

2 sterowanie z zadajnika (lub komputera — WinSMC), pomiar na kompu-

terze;

3 sterowanie oraz pomiar przez oprogramowanie inżynierskie;

25

3.2. Przebieg prac nad projektem 26

• uniknięcie ograniczeń sprzętowych funkcjonalności programu WinSMC (usta-

wianie mikrokroku w programie i na zworkach sterownika);

• zapewnienie odrębnego zasilania układu w standardzie TTL;

• zasilanie enkodera na poziomie 12V w trzecim trybie pracy układu;

• konwersja napięcia sygnałów z enkodera na standard TTL;

• wykonanie układu ręcznego testowania wyzwalania przerwania sprzętowego;

• wykonanie niezbędnego okablowania;

• naniesienie odpowiednich oznaczeń.

3.2 Przebieg prac nad projektem

W pierwszej kolejności przystąpiono do zapoznania się z budową i funkcjonal-

nością stanowiska podlegającego przebudowie. Zapoznano się z dokumentacją tech-

niczną, sporządzono opis połączeń, przeanalizowano zależności pomiędzy poszcze-

gólnymi układami. Znaleziono nieścisłości w firmowej dokumentacji urządzeń. Zo-

stały zweryfikowane i poprawione błędy w dokumentacji technicznej w porozumieniu

z firmą WObit.

Na podstawie zgromadzonych informacji, przestąpiono do opracowania projektu

układu spełniającego powyżej sprecyzowane założenia. Płytka edukacyjna do ana-

lizy silnika krokowego — nazwana w skrócie PEDASK, ze względu na edukacyjny

charakter tworzonego stanowiska, została wyposażona w reprezentację istotnych sy-

gnałów za pomocą diod świecących. Najważniejsze elementy — gniazda, diody

i przełączniki zostały opisane na bezbarwnej pleksie, zapewniając estetykę i przej-

rzystość układu. Takie wykonanie jednocześnie zabezpieczyło układ przed uszko-

dzeniami i dało możliwość śledzenia sygnałów na mozaice ścieżek płytki drukowanej.

W kolejnych częściach pracy zostaną przedstawione zgodnie z logiką projekto-

wania następujące zagadnienia:

• budowa i funkcjonalność układu przed modyfikacją stanowiska;

• nowy projekt stanowiska oraz sygnały wyprowadzone na płytkę, okablowanie;

• komunikacja PC — PEdASK za pomocą portu równoległego;

• schemat układu elektroniczego, spełniający powyżej opisane założenia;

• zasada działania, użytkowania i testowanie układu;

• opis układów scalonych i pozostałych elementów;

3.3. Budowa i funkcjonalność układu przed modyfikacją stanowiska 27

• mozaika ścieżek płytki drukowanej oraz technologia wykonania;

• pomiary, ograniczenia prędkości transmisji;

• zalecane środki ostrożności;

• napotkane trudności i problemy oraz nawiązana współpraca z firmą WObit.

3.3 Budowa i funkcjonalność układu przed modyfikacją

stanowiska

Przeprowadzono analizę stanowiska do badania własności silnika krokowego.

Jego ogólny schemat połączeń przed modyfikacją stanowiska został przedstawiony

na rys. 3.1.

1

1

2

2

3

3

4

4

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A4

Date: 2007-02-01 Sheet ofFile: W:\work_studia\..\schemat_blokowy)old.schdocDrawn By:

SMC81STEROWNIK

M

+VC

CG

ND

A/AB/B

1

ZN 100LZASILACZ NIESTABILIZOWANY

ZD100ZADAJNIK

A B C D E F G H I

LP 100PRĘDKOŚCIOMIERZ

A B C D E F G H I

MD 100LICZNIK UNIWERSALNY

A B C D E F G H I

Vcc 230V 50Hz

MOK 40PRZETWORNIK OBROTOWO-IMPULSOWY

ZERO220VAC220VAC

GNDGND

+32V+32V

CLK

DIR

SILNIK KROKOWY 2-FAZOWY (HYBRYDOWY)57BYG 081D

1 111

SILNIKA KROKOWEGO

A - CZERWONYA/ - ŻÓŁTYB - BRĄZOWYB/ - ZIELONY

DB9 - F (1)

DB9 - M (2)

(3)

(4/5)

(6)

DB9 - F (1)DB9 - F (1) (2/3)(2/3)

(4)(4)

Anna Cieśnik

Schemat blokowy - początkowa budowa stanowiska

P0DIR P0DIR P0DIR

Rysunek 3.1: Schemat połączeń układu przed modyfikacją stanowiska

3.3.1 Budowa stanowiska

Stanowisko laboratoryjne do badania właściwości silników krokowych, które pod-

legało rozbudowie w ramach niniejszej pracy, składało się z następujących podze-

społów:

• zasilacz niestabilizowany ZN 100L


• zadajnik programowalny ZD 100

• sterownik silnika krokowego SMC 81RP

• silnik krokowy 2-fazowy BYG 57 81D (1, 8o)

• przetwornik obrotowo-impulsowy MOK 40 1000/1224/BZ/PP

• programowalny licznik rewersyjny MD 100

• licznik prędkości LP 100

Wszystkie powyżej wymienione elementy układu zostały zakupione we firmie WObit

z siedzibą w Poznaniu.

Rysunek 3.2: Fotografia stanowiska przed przystąpieniem do pracy

Początkowo stanowisko do badania własności silnika krokowego składało się

głównie z elementów typowo przeznaczonych do zastosowań przemysłowych, które

zostaną pokrótce opisane poniżej.

3.3.2 Opis poszczególnych urządzeń

ZN 100L

Patrząc na fotografie stanowiska od prawej strony, na listwie montażowej zamo-

cowany został zasilacz niestabilizowany ZN 100L dedykowany dla urządzeń które

wymagają napięcia niestabilizowanego o dużej obciążalności. Zasilacz tego typu

posiada duży kondensator elektrolityczny, umożliwiający odebranie nadmiarowej

energii ze sterownika silnika krokowego podczas hamowania silnika, nie powodując

przy tym dużego wzrostu napięcia na wyjściu. Dodatkową zaletą dużej pojemności

jest redukcja tętnień pochodzących z sieci. Znamionowa wartość napięcia zasilacza

wynosi +30V [26]. Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że napięcie to osiąga

nawet do +36V przy małym obciążeniu.


Rysunek 3.3: Zasilacz niestabilizowany ZN 100L [26]

SMC 81RP

Sterownik SMC 81RP wymaga zasilania niestabilizowanego i jest przeznaczony

do pracy ze silnikiem krokowym dwufazowym. Wzrost napięcia zasilania powyżej

38V powoduje uszkodzenie sterownika. Sterownik SMC 81 daje możliwość sterowa-

nia obrotu silnika z pełnym krokiem lub podzielonym odpowiednio na 2, 4, 8, 32

mikrokroki. Ustawienie to jest możliwe za pomocą zworek na złączu sterującym.

Obrót o ustawiony mikrokrok wykonywany jest z każdym nadchodzącym impulsem

sygnału taktującego CLK.

Rysunek 3.4: Sterownik silnika krokowego SMC 81RP [27]

Urządzenie to posiada dwa złącza. Do pierwszego z nich doprowadzone jest

zasilanie z opisanego powyżej zasilacza oraz możliwe jest wyprowadzenie sygnałów

wyjściowych faz silnika (faza: A, /A, B, /B) które należy odpowiednio dołączyć do

dwóch końcówek uzwojeń cewek silnika krokowego. Prąd znamionowy wynosi 1, 5A,

natomiast częstotliwość czopowania 20kHz.

Drugie złącze — sterujące przyjmuje częściowo sygnały ze zadajnika programo-

walnego ZD 100 oraz stany wymuszone przez zwarcie odpowiednich pinów do masy

[27].

GND — nieparzyste piny 1 do 15;


CLK — pin 2, sygnał taktujący;

EN — pin 4, wejście sygnału zezwolenia (aktywne zero);

DIR — pin 6, wejście sygnału kierunku „0” — w lewo;

M1 — pin 8, ustawienie stopnia podziału kroku;



STOP — pin 14, blokada sygnału CLK (trzymanie);

GND — pin 16.

Podczas pomiarów stwierdzono, że masa zasilania i masa na wejściu sterującym

dwóch odrębnych złączy tego sterownika jest wspólna — połączona na płytce dru-

kowanej sterownika.

ZD 100

Programowalny zadajnik współpracujący ze sterownikami silników krokowych

firmy WObit, w zakupionej wersji ma możliwość ułatwienia sterowania dzięki pod-

łączeniu do komputera i sterowaniu za pomocą programu firmowego WINSMC dedy-

kowanego temu urządzeniu. A zatem może on funkcjonować w dwóch trybach pracy.

Zadajnik ZD 100 może być stosowany do bezpośredniej współpracy ze sterownikiem

silnika krokowego lub jako terminal pośredniczący pomiędzy PC a sterownikiem

SMC dzięki programowi WINSMC. Szczegółowe informacje na temat sterowania

w tych dwóch trybach można znaleźć w [28].

Rysunek 3.5: Zadajnik programowalny ZD 100 [28]

Opis najważniejszych złącz zadajnika1 ZD 100:

Złącze 2 DB9F — porty wyjściowe optoizolowane:

1Naniesiono poprawki do rysunku z dokumentacji firmy WObit


Rysunek 3.6: Opis złącz zadajnika ZD 100 [28]

1 — /DIR masa dla sygnału DIR;

2 — CLK sygnał taktujący;

3 — Kolektor OUT3;



6 — DIR sygnał kierunku obrotu silnika;

7 — /CLK masa dla sygnału CLK;


9 — Emiter OUT3–OUT6.

Złącze to będzie wykorzystywane w projekcie do przesyłania sygnałów sterujących

na sterownik SMC 81RP w połączeniu bezpośrednim oraz z wyprowadzeniem na

płytkę PEdASK.

Złącze 3 comp — RS232 lub 485:

1 — GND;

2 — TxD;

3 — RxD;

4 — GND.

Złącze to posłuży do komunikacji z komputerem w przypadku używania firmowego

programu WINSMC do sterowania silnikiem.


Silnik BYG57 081D

Silnik 2-fazowy z krokiem 1, 8o±5% należy do małych silników, o standardowychmomentach obrotowych. Wartość napięcia wejściowego wynosi 5V , a prądu 1A.

Jego parametry techniczne zostały opisane powyżej w rozdziale 2.6 opisującym

zastosowany silnik krokowy. Oznaczenia wyprowadzonych przewodów opisane w do-

Rysunek 3.7: Silnik krokowy BYG57 081D [31]

kumentacji nie są adekwatne do stanu fizycznego, dlatego zostaną podane poniżej:

A — czerwony;

A/ — żółty;

A* — niebieski;

A*/ — czarny;

B — brązowy;

B/ — zielony;

B* — biały;

B*/ — fioletowy;

MOK40

Optoelektroniczny przetwornik obrotowo-impulsowy MOK 40 jest typowym urzą-

dzeniem przemysłowym. Jest to przetwornik inkrementalny solidnie wykonany

w obudowie metalowej wszechstronnego zastosowania, m.in. są przeznaczone do po-

miaru przemieszczeń kątowych, czyli możliwy jest pomiar zarówno kąta jak i pręd-

kości kątowych [30]. Z wykorzystaniem napędu paskowego lub zębatki możliwy jest

pomiar przemieszczenia liniowego.

Przetworniki tego typu umożliwiają określenie pozycji względnej. Jest to zre-

alizowane przez zliczanie odpowiednich impulsów. Dzięki przesunięciu fazowemu


Rysunek 3.8: Przetwornik obrotowo-impulsowy MOK40 [29]

kanałów A i B (rys. 3.9) możliwe jest rozpoznanie kierunku obrotu. Układ pobiera-

jący (z kwadraturą) te dane może na podstawie zliczania impulsów (dodawania lub

odejmowania) określić przemieszczenie enkodera.

Dodatkowy sygnał — kanał zerowy C wyznacza pozycję absolutną przy każdym

pełnym obrocie. Może on posłużyć do rozpoznawania poprawności przychodzących

impulsów.

Rozdzielczość działek na obrót tego enkodera wynosi 1000. Jest zdefiniowana

przez liczbę kresek na tarczy podziałowej enkodera. Liczba tych działek odpo-

wiada liczbie okresów z jednego kanału. Liczba impulsów zliczana w poprawnie

zaprojektowanym liczniku kwadraturowym jest 4-krotnie większa od liczby działek.

Przykładem takiego licznika z pracą kwadraturową jest MD 100 [32].

Napięcie zasilania wg danych katalogowych 1224, czyli 12..24VDC. Przy czym

znaleziona nieścisłość w dokumentacji wskazuje na możliwy zakres zasilania 5..24VDC.

Wykonano udane próby pracy enkodera przy napięciu zasilania 5VDC, jednak stała

praca na tym poziomie okazała się niestabilna, dlatego w projektowanym ukła-

dzie zapewniono dodatkowo zasilanie dla enkodera z płytki PEdASK na poziomie

11VDC, co okazało się wystarczającym rozwiązaniem. Wyjścia zastosowanego prze-

twornika mają układ PP ang. Push-Pull, którego schemat jest na rys. 3.9

Rysunek 3.9: Wyjście typu ang. Push-Pull oraz przebiegi sygnałów na wyjściachMOK40 [29]

Opis przewodów:

Vcc — brązowy (zasilanie +12...24V);


GND — niebieski;

A — czarny (faza A);

B — biały (faza B);

C — pomarańczowy (sygnał zerowy).

LP100 i MD100

Uniwersalny licznik prędkości LP 100 jest przeznaczony do współpracy z opto-

elektronicznymi przetwornikami obrotowymi lub liniowymi. Licznik ten zlicza im-

pulsy wytwarzane przez enkoder w jednostce czasu. Przetworzone dane wyświetla

na sześciopozycyjnym wyświetlaczu.

Rysunek 3.10: Uniwersalny licznik prędkości LP 100 [33]

Licznik prędkości LP 100 ma wszechstronne zastosowanie [28] zarówno w prze-

myśle jak i laboratoriach badawczych. Jego wykorzystanie jest możliwe wszędzie

tam, gdzie istnieje konieczność pomiaru prędkości, przesuwu, obrotowej, zdarzeń

czy innych wielkości.

Zaletą tego licznika jest prostota dopasowywania jego parametrów do rozmaitych

sytuacji na obiekcie, który ma on kontrolować. Niestety jednak skomplikowana ma-

nipulacja przy zmianie parametrów pomiaru tego urządzenia jest wadą tego licznika.

Wymiana licznika prędkości na nowszy model umożliwia zastosowanie firmowego

oprogramowania, niestety wiąże się to z dodatkowymi kosztami.

Złącze 1 DB9F — złącze sygnału wejściowego i zasilania czujnika:

1 — Vcc;

2 — Indeks (kanał zerujący C);

3 — kanał A;

4 — kanał B;

5 — GND;

3.4. Projekt i realizacja nowego stanowiska 35

Rysunek 3.11: Opis złącz uniwersalnego licznika LP 100 [33]

6 — /Indeks (masa dla sygnału Indeks);

7 — kanał /A;

8 — kanał /B;

9 — NC (nie podłączony).

Złącze to będzie wykorzystywane w projekcie do pomiarów sygnału z przetwornika

obrotowo-impulsowego.

Oba liczniki MD 100 [32] i LP 100 z oznaczeniem K posiadają elektronikę przy-

stosowaną do urządzeń typu OC — otwarty kolektor, oraz PP — ang. Push-Pull.

Złącza obu liczników mają analogiczne przeznaczenie, dlatego sygnały z enkodera

są doprowadzone do obu liczników, a zasilanie wyprowadzone z dowolnego z nich.

3.4 Projekt i realizacja nowego stanowiska

Zaprojektowano i zbudowano układ do pracy w trybie nadzoru nad istnieją-

cymi układami firmy WObit, jak i niezależnie — korzystając tylko ze sterownika

SMC81RP oraz enkodera MOK40. Wszystkie połączenia poza zasilaniem 220V

przechodzą poprzez złącza na płycie drukowanej. Układ może być zasilany napię-

ciem +5V z zadajnika ZD100 lub niezależnego zasilacza stabilizowanego. Obrano

w niniejszym projekcie drugie rozwiązanie, stosując zewnętrzny zasilacz niestabi-

lizowany +9V ±3%. Stabilizator napięcia wraz z konwersją na standard zasilaniaTLL +5V został uwzględniony na płytce drukowanej. W ten oto sposób unieza-

leżniono układ od dodatkowych urządzeń — zadajnika Z100 i/lub liczników LP100

i MD100, które zasilały enkoder. Elementy przełączane w trakcie ćwiczeń również

zostały przeniesione w ten sposób na płytkę drukowaną.

3.4.1 Wyprowadzenie sygnałów z urządzeń zewnętrznych na płytkę

Minimalna funkcjonalność płytki sprowadzała się do wyeksponowania punktów

pomiarowych, udostępnienia łatwego w obsłudze panelu przełączania sygnałów ste-


rujących oraz ich prezentowania za pomocą diod świecących.

Projektowana płytka drukowana miała spełniać wiele funkcji na różnych stop-

niach powstawania projektu, dlatego postanowiono wyprowadzić wszystkie możliwe

sygnały, których dokładny opis został przedstawiony w tabelach 3.1..3.9. Dane te

posłużyły w projektowaniu układu PEdASK.

W ostatecznej wersji, gniazda G2, G3, G6 nie są wykorzystywane. Były one jed-

nak niezbędne podczas prób i testowania układu. Mogą również posłużyć w dalszej

rozbudowie stanowiska.

Tablica 3.1: Opis połączeń liczników z gniazdem G2 PEdASK

L.p. Złącze licznika DB9F DB9M Złącze płytki PEdASKLP100, MD100 LP/MD100(1) G2 LP/MD100 OUT: A B

1 Vcc 1 1 NC2 Index (C) 2 2 NC3 Kanał – A 3 3 Sygnał do liczników4 Kanał – B 4 4 Sygnał do liczników5 GND 5 5 GND6 /Index (/C) 6 6 NC7 Kanał - /A 7 7 NC8 Kanał - /B 8 8 NC9 NC 9 9 NC

Tablica 3.2: Opis połączeń liczników z gniazdem G3 PEdASK

L.p. Złącze licznika DB9F DB9M Złącze płytki PEdASKLP100, MD100 LP/MD100(1) G3 LP/MD100 OUT: A B C

1 Vcc 1 1 NC2 Index (C) 2 2 Sygnał do liczników3 Kanał – A 3 3 Sygnał do liczników4 Kanał – B 4 4 Sygnał do liczników5 GND 5 5 GND6 /Index (/C) 6 6 NC7 Kanał - /A 7 7 NC8 Kanał - /B 8 8 NC9 NC 9 9 NC

Tablica 3.3: Opis połączeń przetwornika obrotowo-impulsowego MOK40 z gniaz-dem G4 PEdASK

L.p. Złącze enkodera DB9F DB9M Złącze płytki PEdASKMOK40 W4U G4 MOK40 IN: A B C, OUT: Vcc GND

1 Vcc — brązowy 1 1 Vcc +12V zasilanie z płytki2 C — pomarańczowy 2 2 Sygnał do komputera i liczników3 A — czarny 3 3 Sygnał do komputera i liczników4 B — biały 4 4 Sygnał do komputera i liczników5 GND — niebieski 5 5 GND6 NC 6 6 NC7 NC 7 7 NC8 NC 8 8 NC9 NC 9 9 NC

3.4.2 Komunikacja PC — PEdASK

W niniejszym rozdziale przedstawiono komunikację między płytką edukacyjną

do analizy silnika krokowego a komputerem przy połączeniu portem równoległym


Tablica 3.4: Opis połączeń zadajnika ZD100 (2) z gniazdem G5 PEdASK

L.p. Złącze zadajnika DB9F DB9M Złącze płytki PEdASKZD100 ZD100 (2) G5 ZD100(2) IN: CLK DIR GND

1 DIR/ (GND) 1 1 GND2 CLK 2 2 Sygnał do komputera i sterownika SMC3 Kolektor OUT3 3 3 NC4 Kolektor OUT5 4 4 NC5 Kolektor OUT6 5 5 NC6 DIR 6 6 Sygnał do komputera i sterownika SMC7 CLK/ (GND) 7 7 GND8 Kolektor OUT4 8 8 NC9 Emiter OUT(3-6) (GND) 9 9 GND

Tablica 3.5: Opis połączeń zewnętrznego zasilacza niestabilizowanego z gniaz-dem G7 PEdASK

L.p. Zasilacz niestab. PWR 2.1M PWR 2.1F Złącze zasilania płytkiZN 4WZN 9/300 W7U G7 ZN9/300

1 +9V (+12V) 1 1 Zasilanie + 9V2 GND 2 2 Zasilanie – GND

Tablica 3.6: Opis połączeń uzwojeń silnika krokowego BYG57 081D z gniazdemG8 PEdASK

L.p. Wtykowa listwa łączeniowa Listwa 8F Listwa 8M Wtykowa listwa łączeniowaSilnik Krokowy 57BYG081 W8PB G8 Złącze płytki – Silnik BYG081

1 A – czerwony 1 1 A2 A/ - żółty 2 2 A/3 A* - niebieski 3 3 A*4 A*/ - czarny 4 4 A*/5 B – brązowy 5 5 B6 B/ - zielony 6 6 B/7 B* - biały 7 7 B*8 B*/ - fioletowy 8 8 B*/

LPT od strony sprzętowej. Natomiast w części dotyczącej oprogramowania inży-

nierskiego, zagadnienie to zostanie rozwinięte w innym kontekście.

Wspólnym punktem dla komputera i układu PEdASK jest złącze LPT, wypro-

wadzone na gniazdo G1 płytki. Wykorzystania poszczególnych pinów, z uwzględ-

nieniem ograniczeń do kierunku przesyłania danych przedstawiono na rys. 3.12(a).

Natomiast na rys. 3.12(b) umieszczono fragment schematu układu PEdASK z opi-

sem gniazda G1. Zebrano najistotniejsze informacje w tabeli 3.10. Zawiera ona opis

numeracji pinów, przydzielone sygnały w realizowanym projekcie, sygnały standar-

dowego interfejsu portu równoległego (ang. Interfacing the Standard Parallel Port)

na podstawie [10] oraz kierunek przepływu informacji i nazwę rejestru. Niektóre

z pinów standardowego portu LPT mają logikę odwrotną, dotyczy to trzech pinów

rejestru kontrolnego (1, 14, 17) i jednego pinu rejestru statusowego (11). Konse-

kwencją tego jest odczyt potencjału +5V jako stan logiczny „0”, a zwarcie pinu do

masy jako stan logiczny „1”.

Aby zapewnić prawidłową pracę dwukierunkowego rejestru kontrolnego, przy

odczycie danych, należało rozwiązać następujący problem. Bezpośrednie połącze-

nie tych pinów z wyjściem innego układu (np.: ADC0804) spowodowałby konflikt


Tablica 3.7: Opis połączeń sterownika SMC81RP z gniazdem G9 PEdASK

L.p. Złącze wyjściowe i zasilania Listwa 6F Listwa 6M Wtykowa listwa łączeniowaSMC81 sterownik silnika W9U G9 Złącze płytki wyjście i zasilanie

1 Faza A 1 1 Wejście wazy A2 Faza /A 2 2 Wejście fazy /A3 Faza B 3 3 Wejście fazy B4 Faza /B 4 4 Wejście fazy /B5 Zasilanie – GND 5 5 Zasilanie – GND6 Zasilanie – Vcc 6 6 Zasilanie – Vcc

Tablica 3.8: Opis połączeń zasilacza niestabilizowanego ZN100L z gniazdemG10 PEdASK

L.p. Zasilacz niestab. PWR 2.5M PWR 2.5F Złącze płytki– zasilanie 32VZN100L W10PC G10 ZN100L IN

1 +32V 1 1 Zasilanie +32V2 GND 2 2 Zasilanie – GND

Tablica 3.9: Opis połączeń zasilania i wyjściowych sterownika SMC81RPz gniazdem G11 PEdASK

L.p. Złącze sterujące MIL M MIL M Złącze płytki PEdASKSMC81RP Wtyk 8x2M G11 SMC81 OUT

1 GND 1 1 GND2 CLK 2 2 CLK – Sygnał z zadajnika lub komputera3 GND 3 3 GND4 EN 4 4 EN – Ustawianie zezwolenia pracy przełącznikiem5 GND 5 5 GND6 DIR 6 6 DIR – Sygnał z zadajnika lub komputera7 GND 7 7 GND8 M1 8 8 M1 - Ustawienie mikrokroku przełącznikiem9 GND 9 9 GND10 M2 10 10 M2 - Ustawienie mikrokroku przełącznikiem11 GND 11 11 GND12 M3 12 12 M3 - Ustawienie mikrokroku przełącznikiem13 GND 13 13 GND14 STOP 14 14 STOP – Ustawianie blokady CLK przełącznikiem15 GND 15 15 GND16 GND 16 16 GND

w przypadku, gdy wejście portu miałoby stan wysoki wymuszony przez układ lo-

giczny, a port próbowałby ściągnąć go w dół. Dlatego zastosowano układ z otwar-

tym kolektorem, którego działanie zostało opisane z rozdziale dotyczącym budowy

układu PEdASK. Wykonano analizę sygnałów logicznych podczas pracy układu

w aplikacji monitorującej (stworzonej na potrzeby projektu inżynierskiego) wszyst-

kie ważniejsze piny portu LPT. Wyniki przedstawiono w rozdziale 3.11.


IRQ CLR ⇒

A/B ⇒

STOP ⇒ SMC81

M3 ⇒ SMC81

M2 ⇒ SMC81

M1 ⇒ SMC81

DIR ⇒ SMC81

EN ⇒ SMC81

CLK ⇒ SMC81

IRQ ⇐

CLK ⇐ ZD100 / C ⇐ MOK40

A ⇐MOK40

B ⇐MOK40

BOARD ⇐

DIR ⇐ ZD100 / IRQ TEST ⇐

OVF CLR ⇒

OVF ⇐

1

14

13

25

(a) Wykorzystanie pinów w porcieLPT

(b) Fragment schematu układuPEdASK z gniazdem G1

Tablica 3.10: Opis pinów portu równoległego w zastosowanej komunikacji PC–PEdASK

Numer pinu Przydzielone Sygnały SPP Kierunek Rejestr Negacja(D 25) sygnały w proj. In/out sprzętowa

1 IRQ CLR ⇒ nStrobe In/Out Kontrolny tak2 A/B ⇒ Data 0 Out Danych3 STOP ⇒SMC81 Data 1 Out Danych4 M3 ⇒SMC81 Data 2 Out Danych5 M2 ⇒SMC81 Data 3 Out Danych6 M1 ⇒SMC81 Data 4 Out Danych7 DIR ⇒SMC81 Data 5 Out Danych8 EN ⇒SMC81 Data 6 Out Danych9 CLK ⇒SMC81 Data 7 Out Danych10 IRQ ⇐ nAck In Statusowy11 CLK ⇐ZD100 / C ⇐MOK40 Busy In Statusowy tak12 B ⇐MOK40 Paper-Out In Statusowy

PaperEnd13 A ⇐MOK40 Select In Statusowy14 BOARD nAuto-Linefeed In/Out Kontrolny tak15 DIR ⇐ZD100 / TEST IRQ nError / nFault In Statusowy16 OVR CLR ⇒ nInitialize In/Out Kontrolny17 OVR ⇐ nSelect-Printer In/Out Kontrolny tak

nSelect-In18 - 25 GND Ground Gnd

3.5. Płytka edukacyjna do analizy silnika krokowego — PEdASK 40

3.5 Płytka edukacyjna do analizy silnika krokowego —

PEdASK

3.5.1 Wskazówki do projektowania układów z elementami

cyfrowymi

Rodziny układów TTL i ich nazwy

Wszystkie układy pochodzące z różnych rodzin o tym samym numerze (np. 7400,

74L00, 74H00) mają taki sam układ wyprowadzeń ([11]). Z praktycznego punktu

widzenia – użytkownika, ich parametry różnią się tylko ze względu na pobór prądu,

wielkością prądu wejściowego i wyjściowego.

Pierwsza cyfra oznacza przedział temperatur pracy układu, 7 – jest przezna-

czony do zastosowań przemysłowych. Druga cyfra w układach logicznych TTL, to

zawsze 4.

Dwie, czasem trzy ewentualnie cztery ostatnie cyfry oznaczają typ i funkcję

układu cyfrowego. W ich numeracji nie ma jakiegoś porządku, kolejne numery były

przyznawane nowo powstałym układom, dlatego dobra pamięć elektronika lub ka-

talog może odszyfrować przeznaczenie układu scalonego. Natomiast została utrzy-

mana zasada, że elementy o jednakowych ostatnich cyfrach mają taki sam układ

wyprowadzeń.

Litery na początku nazwy wykazują tylko producenta i są często pomijane. Z ko-

lei środkowe litery oznaczają technologię i budowę wewnętrzną układu.

Często można spotkać oznaczenie literowe na końcu wskazujące typ obudowy,

np. „N” oznacza popularną obudowę typu DIL. Pozostałe to „J” dla obudowy

ceramicznej i litera „D” — miniaturowa obudowa do montażu powierzchniowego.

Wydajność prądowa bramek TTL

Klasyczne wyjście bramek TTL w stanie wysokim praktycznie nie pobiera prądu,

natomiast w stanie niskim pobór prądu jest znaczny, dlatego wyjścia kilku innych

bramek muszą dostarczyć wystarczającą ilość prądu, aby układ pracował prawi-

dłowo. Do typowej bramki 7400 serii TTL na jej wyjście można podłączyć tylko

ograniczoną liczbę wejść następnych bramek. Powszechnie przyjęto zasadę, że z jed-

nego wejścia typowej bramki TTL wpływa minimalny prąd 1, 6mA, natomiast wyj-

ście takiej bramki powinno wysterować dziesięcioma takimi wejściami. A zatem

minimalna wydajność prądowa wyjść typowych bramek serii TTL w stanie niskim

wynosi 16mA [11].


Wpływ pasożytniczych pojemności na szybkość pracy bramki serii TTL

W praktyce należy uwzględnić szkodliwe pojemności montażowe, zarówno po-

jemności wejściowe jak i pojemności między masą a ścieżkami układu. Typowy czas

narastania, czy opadania zbocza oraz opóźnienia bramki serii TTL wynosi ok. 10ns.

Ogranicza to szybkość pracy z pasożytniczymi pojemnościami do rzędu kilkudzie-

sięciu megaherców.

Wady i zalety technologii CMOS

Najważniejszą cechą tej technologii od strony praktycznej jest fakt, że w stanie

spoczynku praktycznie nie pobierają prądu ze źródła zasilania oraz to, że ich wejścia

również nie wymagają przepływu prądu. Wypadkowy pobór prądu zależy zatem od

częstotliwości przełączania oraz szkodliwych pojemności obciążenia.

Ich zaletą jest zatem fakt, że w stanie spoczynku nie pobierają prądu. Pobór

prądu rośnie liniowo ze wzrostem częstotliwości przełączania. Drugim istotnym

atutem jest napięciowe sterowanie wejściami, nie wymagające przepływu prądu.

Wadą starszych układów tego typu była wrażliwość na ładunki statyczne. Pro-

ducenci zadbali o odporność dzisiejszych układów, jednak zaleca się przy montażu

układów CMOS na płytce drukowanej na początek wlutować wszystkie kondensa-

tory odsprzęgające zasilanie. Kolejnym zaleceniem jest przy ręcznym lutowaniu

płytki, wlutować w pierwszej kolejności nóżki zasilania.

Niewykorzystane wejścia układów CMOS

Nie wolno pozostawiać niepodłączonych wejść układów logicznych CMOS [11],

ponieważ nie sposób przewidzieć stanu na nim. Dodatkowo istnieje możliwość ciągłej

zmiany potencjału na niepodłączonym wejściu, najczęściej o częstotliwości z sieci

50Hz, co znacznie zwiększa pobór prądu. Zawsze należy podłączyć „wiszące” wejścia

albo do masy układu albo do zasilania, bezpośrednio lub przez rezystor 0..100kΩ.

W przypadku układów bipolarnych typu TTL, takie zachowanie jest dopuszczalne,

jednak nie zaleca się ze względu na obniżoną odporność na zakłócenia.

Zatrzaskiwanie

Zjawisko to było często spotykane w układach CMOS i jest nadal w przypadku

podania na wejście układu wyższego potencjału niż wynosi napięcie zasilania.

Zamienniki

Jako zamienniki popularnych układów TTL, czyli z takimi samymi wyprowa-

dzeniami, pojawiły się już dawno układy rodziny 74HCT (ang. High-speed CMOS


(TTL)). Rodzina 74HC może pracować przy częstotliwości rzędu 100MHz, a za-

kres zasilania wynosi 2..6V , przy czym próg przełączania jest w połowie napięcia

zasilania.

Symbol „L” jest przeznaczony dla układów o wartości napięcia zasilania poniżej

5V , a oznaczenie „S” jest spotykane w układach z tranzystorami bipolarnymi ze

złączem Schottky’ego.

Próg przełączania w układach m.in. serii 74LS jest na poziomie 1, 5V , a dozwo-

lone wejściowe stany logiczne L = 0..0, 8V , natomiast H = 2, 0..5, 5V .

Seria HCT stanowi wierny zamiennik serii TTL ze względu na poziomy zasilania

i przełączania. Natomiast seria HC, również wykonana w technologii CMOS cha-

rakteryzuje się poziomem przełączania w połowie wartości napięcia zasilania, który

mieści się w zakresie 2..6V . Obie powyższe rodziny mogą pracować przy częstotli-

wościach do 40..60MHz. Duża wydajność prądowa tych układów pomaga szybko

przełączać pojemności pasożytnicze.

Zaprojektowany układ elektroniczny można podzielić na zasadnicze części opi-

sane w kolejnych podrozdziałach...

3.5.2 Układ optoizolacji wejścia

Układy PC814 zawierają po jednym optoizolatorze którego skróconą notę kata-

logową zamieszczono w dodatku A.3. Zapewnia izolację napięciową pomiędzy wej-

ściem a jego wyjściem. Transoptory charakteryzują się parametrem CTR (ang. Cur-

rent transfer ratio), który dla tego układu wynosi minimum 20% przy wejściowymprądzie ±1mA, wartość napięcia wyjściowego wynosi VCE = 5V . Układ ten wraz

z towarzyszącymi rezystancjami zapewnia skuteczną separację galwaniczną prze-

twornika obrotowo-impulsowego, dostarczającego wygnały z zakresu 0..12V i płytki

PEdASK pracującej w standardzie TTL, czyli do 5V .

3.5.3 Układ multipleksowania sygnałów sterujących

Układ przełączający sygnały sterujące z komputera i zadajnika wraz z kluczami

(S3-S7) jest oparty na następujących elementach U8 oraz U9. Odpowiadają one za

wybór kompletu sygnałów sterujących. Wybór jest ustawiany sygnałem A/B stero-

wanym z komputera — 2 pin portu LPT. Linia ta jest podpięta do napięcia zasilania

rezystorem podciągającym i przechodzi również do układu U7. Stanowi on wyjście

z tej części, dostarczając sygnałów generujących przerwanie sprzętowe w dalszej

części płytki drukowanej. U7 dostarcza sygnały z enkodera MOK40 lub z przyci-

sków testujących układ wyzwalania przerwania. Stan poszczególnych sygnałów jest

przekierowany na U10, który odpowiada za sterowanie diodami DS8 − DS15.


11

22

33

44

55

66

77

88

DD

CC

BB

AA

Title

Num

ber

Rev

isio

nSi

ze A3

Dat

e:20

07-0

1-10

Shee

t o

fFi

le:

W:\w

ork_

stud

ia\..

\PED

ASK

.SC

HD

OC

Dra

wn

By:

120 221 322 423 524 625 78910111213 141516171819

2726

G1

LPT

- PC

12345 6789

1110

G6

ZD 1

00 (1

)

12345 6789

1110

G5

ZD 1

00 (2

)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

G2

LP 1

00/M

D 1

00

1615

1413

1211

109

87

65

43

21

G11

OU

T: S

MC

81

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

G3

LP 1

00/M

D 1

00

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

G4

MO

K 4

0

A <

MO

K40

B <

MO

K40

CLK

DIR

CLK

DIR

A/B

1

1A2

1B3

1Y4

2A5

2B6

2Y7

GN

D8

3Y9

3B10

3A11

4Y12

4B13

4A14

OE

15V

CC

16U

9

SN74

HC

T157

N

A/B

1

1A2

1B3

1Y4

2A5

2B6

2Y7

GN

D8

3Y9

3B10

3A11

4Y12

4B13

4A14

OE

15V

CC

16U

8

SN74

HC

T157

N

EN STO

P

A/B

>

CLK

> S

MC

81

DIR

> S

MC

81

EN >

SM

C81

STO

P >

SMC

81

M1

> SM

C81

M2

> SM

C81

M3

> SM

C81

CLK

< Z

D10

0 / C

< M

OK

40

DIR

< Z

D10

0 / T

EST

IRQ

<

IRQ

<

IRQ

CLR

>

Q3

1

P<Q

in2

P=Q

in3

P>Q

in4

P>Q

out

5P=

Qou

t6

P<Q

out

7

GN

D8

Q0

9

P010

Q1

11

P112

P213

Q2

14

P315

VC

C16

U6

SN74

85N

12U

1ASN

74H

C05

N

34

U1B

SN74

HC

05N

5 6

U1C

SN74

HC

05N

9 8

U1D

SN74

HC

05N

13 12

U1F

SN74

HC

05N

1D2

1Q16

1Q1

2D3

2Q15

2Q14

1C,2

C13

VC

C5

GN

D12

3D6

3Q10

3Q11

4D7

4Q9

4Q8

3C,4

C4

U4

SN74

LS75

N

Ukł

ad w

yzw

alan

ia IR

Q

4700

uF/1

6VC

1

220u

F /1

0V

C3

4K7

R12

4K7

R11

M1

>M

2 >

M3

>

DS3 C

DS2 A

PC

DS5

4K7R10

4K7

R7

4K7

R8

470R

R13

DS1

0M

2D

S8ST

OP

DS1

2D

IR

11 10

U1E

SN74

HC

05N

DS7

LED

6

B <

MO

K40

DIR

/ TES

T IR

Q <

A <

MO

K40

CLK

< Z

D10

0/PC

123

U2A

SN74

HC

00N

56

4

U2B

SN74

HC

00N

89

10

U2C

SN74

HC

00N

1112 13

U2D

SN74

HC

00N

4

CLK

3

D2

1

Q5

Q6

CLRPR

U5A

SN74

HC

74N

10

CLK

11

D12

13

Q9

Q8

CLRPR

U5B

SN74

HC

74N

Cx

C6

1 23

U3A

SN74

HC

00N

56

4U

3B

SN74

HC

00N

8910

U3C

SN74

HC

00N

111213

U3D

SN74

HC

00N

470R

R14

Cx

C7

OV

R <

OV

R C

LR >

S1 SW-P

B2

DS1

4C

LK

DS1

1M

1D

S13

END

S9M

3

Zasi

l.SM

C81

GN

DZa

sil.S

MC

81 3

2V +

Faza

- A

Faza

- A

/Fa

za -

BFa

za -

B/

1 2 3 4 5 6 7 8G8

OU

T: 5

7 B

YG

081

123456G9

IN: S

MC

81

A

- C

zerw

ony

A/

- Żółty

A*

- N

iebi

eski

A*/

- C

zarn

yB

-

Brą

zow

yB

/ -

Ziel

ony

B*

- B

iały

B*/

- Fi

olet

owy

RU

N +

GN

D

DS4 B

4K7

R9

A/B

1

1A2

1B3

1Y4

2A5

2B6

2Y7

GN

D8

3Y9

3B10

3A11

4Y12

4B13

4A14

OE

15V

CC

16U

7

SN74

HC

T157

N

B <

MO

K40

C <

MO

K40

A <

MO

K40

CLK

< Z

D10

0

DIR

< Z

D10

0TE

ST IR

Q <

S2 SW-P

B1

4K7

R16

TEST

IRQ

DS6

LED

5

R20

= 0

,1 O

hm /2

W

R20

0.1u

F

C8

0.1u

FC

9

0.1u

FC

10

0.1u

FC

5

1 23

G7

PWR

2.1

RU

N --

0,1

Ohm

/2W

R18

0,1

Ohm

/2W

R19

R18

=R

19 =

Ręcz

ne k

asow

anie

prz

epeł

nien

ia IR

Q

IN3

2

OU

T1

GN

D

U11

µA78

05

240R

R5

DS1

+5V

470R

R6

0.1u

F

C4

Cap

220u

F/16

V

C2

23 1

S8 SW-S

PDT 2

3 1

S9 SW-S

PDT

S4M

1

S3EN

S7ST

OP

S6M

3

S5M

2

1 23

G10

PWR

2.5

K1

Rel

ay-D

PDT K

2

Rel

ay-D

PDT

K3

Rel

ay-D

PDT

IN11

IN22

IN33

IN44

IN55

IN66

IN77

IN88

GND9 Com 10OUT8 11OUT7 12OUT6 13OUT5 14OUT4 15OUT3 16OUT2 17OUT1 18

U10

ULN

2803

A

D2

Dio

de 1

N41

48

D1

Dio

de 1

N41

48

DS1

5/C

LK

RÓ

WN

OLE

GLE

UZW

.

JED

NO

UZW

.

SZER

EGO

WO

UZW

.

123456789

R3

8x 4

K7

123456789

R2

8x 4

K7

123456789

R1

8x 4

K7

RÓ

WN

OLE

GLE

UZW

.

123456789

R4

8x 4

K7

STO

P

M3

M2

LED

M1

EN CLK

DIR

0.1u

F

C12

0.1u

FC

11

0.1u

FC

13

U13

PC81

4

U14

PC81

4

U12

PC81

4

2K0

R24

2K0

R25

2K0

R26

2K0

R21

2K0

R22

2K0

R23

IN: Z

N 1

2V

MO

K40

>A

DIR

MO

K40

> B

CLK

CLK

/

DIR

/

CLK

/

DIR

/

IN: Z

N 1

00

OU

T: Z

N 1

00

DB

9 M

DB

9 M

DB

9 M

DB

9 M

DB

9 M

OU

T: A

B G

ND

OU

T: A

B C

GN

DIN

: A B

C, O

UT:

Vcc

GN

D

MO

K40

> A

MO

K40

> B

MO

K40

> C

12 V

+/-3

%

DH

P8 -

25 M

4K7R17

Sche

mat

pły

tki e

duka

cyjn

ej d

o an

aliz

y si

lnik

a kr

okow

ego

Ann

a C

ieśn

ik

12

G 1

3

OU

T

12

G 1

2

OU

T

P0C101 P0C102

P0C201 P0C202

P0C301 P0C302

P0C401 P0C402

P0C501 P0C502

P0C601 P0C602 P0C701 P0C702

P0C801

P0C802

P0C901

P0C902

P0C1001 P0C1002

P0C1101 P0C1102

P0C1201 P0C1202

P0C1301 P0C1302

P0D101 P0D102 P0D201 P0D202

P0DS101 P0DS102

P0DS201 P0DS202

P0DS301 P0DS302

P0DS401 P0DS402

P0DS601

P0DS602

P0DS701

P0DS702

P0DS801 P0DS802

P0DS901 P0DS902

P0DS1001 P0DS1002

P0DS1101 P0DS1102

P0DS1201 P0DS1202

P0DS1301 P0DS1302

P0DS1401 P0DS1402

P0DS1501 P0DS1502

P0G101

P0G102

P0G103

P0G104

P0G105

P0G106

P0G107

P0G108

P0G109

P0G1010

P0G1011

P0G1012

P0G1013

P0G1014

P0G1015

P0G1016

P0G1017

P0G1018

P0G1019

P0G1020

P0G1021

P0G1022

P0G1023

P0G1024

P0G1025

P0G1026

P0G1027

P0G201

P0G202

P0G203

P0G204

P0G205

P0G206

P0G207

P0G208

P0G209

P0G2010

P0G2011

P0G301

P0G302

P0G303

P0G304

P0G305

P0G306

P0G307

P0G308

P0G309

P0G3010

P0G3011

P0G401

P0G402

P0G403

P0G404

P0G405

P0G406

P0G407

P0G408

P0G409

P0G4010

P0G4011

P0G501

P0G502

P0G503

P0G504

P0G505

P0G506

P0G507

P0G508

P0G509

P0G5010

P0G5011

P0G601

P0G602

P0G603

P0G604

P0G605

P0G606

P0G607

P0G608

P0G609

P0G6010

P0G6011

P0G701

P0G701A

P0G701B

P0G702

P0G702A

P0G702B

P0G703

P0G703A

P0G703B

P0G801

P0G802

P0G803

P0G804

P0G805

P0G806

P0G807

P0G808

P0G901

P0G902

P0G903

P0G904

P0G905

P0G906

P0G1001

P0G1001A

P0G1001B

P0G1002

P0G1002A

P0G1002B

P0G1003

P0G1003A

P0G1003B

P0G1101

P0G1102

P0G1103

P0G1104

P0G1105

P0G1106

P0G1107

P0G1108

P0G1109

P0G11010

P0G11011

P0G11012

P0G11013

P0G11014

P0G11015

P0G11016

P0G 1201

P0G 1202

P0G 1301

P0G 1302

P0K101

P0K102

P0K103

P0K104

P0K105

P0K106

P0K107

P0K108

P0K201

P0K202

P0K203

P0K204

P0K205

P0K206

P0K207

P0K208

P0K301

P0K302

P0K303

P0K304

P0K305

P0K306

P0K307

P0K308

P0PC01 P0PC02

P0R101

P0R102

P0R103

P0R104

P0R105

P0R106

P0R107

P0R108

P0R109

P0R201

P0R202

P0R203

P0R204

P0R205

P0R206

P0R207

P0R208

P0R209

P0R301

P0R302

P0R303

P0R304

P0R305

P0R306

P0R307

P0R308

P0R309

P0R401

P0R402

P0R403

P0R404

P0R405

P0R406

P0R407

P0R408

P0R409

P0R501 P0R502

P0R601 P0R602

P0R701 P0R702

P0R801 P0R802

P0R901 P0R902

P0R1001 P0R1002

P0R1101 P0R1102

P0R1201 P0R1202

P0R1301

P0R1302

P0R1401

P0R1402

P0R1601

P0R1602

P0R1701 P0R1702

P0R1801

P0R1802

P0R1901

P0R1902

P0R2001

P0R2002

P0R2101

P0R2102

P0R2201

P0R2202

P0R2301

P0R2302

P0R2401

P0R2402

P0R2501

P0R2502

P0R2601

P0R2602

P0S101

P0S102

P0S201

P0S202

P0S301

P0S302

P0S401

P0S402

P0S501

P0S502

P0S601

P0S602

P0S701

P0S702

P0S801

P0S802

P0S803

P0S901

P0S902

P0S903

P0U1A01

P0U1A02

P0U1B03

P0U1B04

P0U1C05 P0U1C06

P0U1D08 P0U1D09

P0U1E010 P0U1E011

P0U1F012 P0U1F013

P0U2A01

P0U2A02

P0U2A03

P0U2B04

P0U2B05

P0U2B06

P0U2C08

P0U2C09

P0U2C010

P0U2D011

P0U2D012

P0U2D013

P0U3A01

P0U3A02

P0U3A03

P0U3B04

P0U3B05

P0U3B06

P0U3C08

P0U3C09

P0U3C010

P0U3D011

P0U3D012

P0U3D013

P0U401

P0U402

P0U403

P0U404

P0U405

P0U406

P0U407

P0U408

P0U409

P0U4010

P0U4011

P0U4012

P0U4013

P0U4014

P0U4015

P0U4016

P0U5A01

P0U5A02

P0U5A03

P0U5A04

P0U5A05

P0U5A06

P0U5B08

P0U5B09

P0U5B010

P0U5B011

P0U5B012

P0U5B013

P0U601

P0U602

P0U603

P0U604

P0U605

P0U606

P0U607

P0U608

P0U609

P0U6010

P0U6011

P0U6012

P0U6013

P0U6014

P0U6015

P0U6016

P0U701

P0U702

P0U703

P0U704

P0U705

P0U706

P0U707

P0U708

P0U709

P0U7010

P0U7011

P0U7012

P0U7013

P0U7014

P0U7015

P0U7016

P0U801

P0U802

P0U803

P0U804

P0U805

P0U806

P0U807

P0U808

P0U809

P0U8010

P0U8011

P0U8012

P0U8013

P0U8014

P0U8015

P0U8016

P0U901

P0U902

P0U903

P0U904

P0U905

P0U906

P0U907

P0U908

P0U909

P0U9010

P0U9011

P0U9012

P0U9013

P0U9014

P0U9015

P0U9016

P0U1001

P0U1002

P0U1003

P0U1004

P0U1005

P0U1006

P0U1007

P0U1008

P0U1009 P0U10010

P0U10011

P0U10012

P0U10013

P0U10014

P0U10015

P0U10016

P0U10017

P0U10018

P0U1101

P0U1102

P0U1103

P0U1201

P0U1202

P0U1203

P0U1204

P0U1301

P0U1302

P0U1303

P0U1304

P0U1401

P0U1402

P0U1403

P0U1404

P0C102

P0C202

P0C302

P0C401

P0C501

P0C601 P0C701

P0C801

P0C901

P0C1001

P0C1101

P0C1202

P0C1301

P0D101

P0G1014

P0G1018

P0G1019

P0G1020

P0G1021

P0G1022

P0G1023

P0G1024

P0G1025

P0G1026

P0G1027

P0G205

P0G2010

P0G2011

P0G305

P0G3010

P0G3011

P0G405

P0G4010

P0G4011

P0G501

P0G507

P0G509

P0G5010

P0G5011

P0G6010

P0G6011

P0G702

P0G702A

P0G702B

P0G703

P0G703A

P0G703B

P0G902

P0G1002

P0G1002A

P0G1002B

P0G1003

P0G1003A

P0G1003B

P0G1101

P0G1102

P0G1104

P0G1106

P0G1108

P0G11010

P0G11012

P0G11014

P0G11016

P0K107

P0K207

P0R502

P0R601

P0R701

P0R801

P0R901

P0S102

P0S201

P0S301

P0S401

P0S501

P0S601

P0S701

P0S801

P0S901

P0U1A07

P0U2A07

P0U3A07

P0U4012

P0U5A07

P0U602

P0U604

P0U608

P0U708

P0U7015

P0U808

P0U8014

P0U8015

P0U908

P0U9015

P0U1009

P0U1102

P0U1202

P0U1204

P0U1302

P0U1304

P0U1402

P0U1404

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

N0GND

P0CLK/

P0CLK/

P0DIR/

P0DIR/

P0GND

P0ZASIL0SMC81 GND

P0C101

P0G401

P0G701

P0G701A

P0G701B

P0U1103

P012 V +/03%

P0C201

P0C301

P0C402

P0C502

P0C802

P0C902

P0C1002

P0C1102

P0C1201

P0C1302

P0DS101

P0G606

P0PC01

P0R101

P0R201

P0R301

P0R401

P0R1102

P0R1202

P0R1602

P0R1701

P0R2401

P0R2501

P0R2601

P0S803

P0U405

P0U5A04

P0U5B010

P0U5B012

P0U603

P0U6016

P0U7016

P0U8013

P0U8016

P0U9016

P0U10010

P0U1101

P0RUN +

P0C602

P0R1302 P0U3C09

P0C702

P0R1402 P0U3D012

P0D102 P0D202

P0K108

P0K208

P0K308

P0S802

P0S903

P0D201

P0K307

P0S902

P0DS102 P0R602

P0DS201

P0G203

P0G303

P0G403

P0R2102

P0MOK40 > A

P0DS202 P0R702

P0DS301

P0G302

P0G402

P0R2202

P0MOK40 > C

P0DS302 P0R802

P0DS401

P0G1012

P0G204

P0G304

P0G404

P0R203

P0R2302

P0R2602

P0U1D08

P0U403

P0U6011

P0U705

P0U706

P0U707

P0U1403

P0B < MOK40

P0B < MOK40

P0B < MOK40

P0MOK40 > B

P0MOK40 > B

P0DS402 P0R902

P0DS601

P0R208

P0DS602

P0U1A01

P0U2A03

P0U2B04

P0DS701

P0R209

P0DS702

P0U2D011

P0DS801

P0R402

P0DS802

P0U10018

P0DS901

P0R403

P0DS902

P0U10017

P0DS1001 P0R404

P0DS1002

P0U10016 P0DS1101

P0R405

P0DS1102

P0U10015

P0DS1201

P0R406

P0DS1202

P0U10014

P0DS1301

P0R407

P0DS1302

P0U10013

P0DS1401

P0R408

P0DS1402

P0U1008

P0U10012

P0DS1501

P0R409

P0DS1502

P0U10011

P0G101

P0R1702

P0U3A01

P0U3A02

P0U3D013

P0IRQ CLR >

P0G102

P0R102

P0U701

P0U801

P0U901

P0A/B >

P0G103

P0R103

P0U802

P0STOP > SMC81

P0G104

P0R104

P0U805

P0M3 > SMC81

P0G105

P0R105

P0U8011

P0M2 > SMC81

P0G106

P0R106

P0U902

P0M1 > SMC81

P0G107

P0R107

P0U9014

P0DIR > SMC81

P0G108

P0R108

P0U905

P0EN > SMC81

P0G109

P0R109

P0U9011

P0CLK > SMC81

P0G1010

P0R205

P0U1A02

P0IRQ <

P0G1011

P0R204

P0U1C06

P0CLK < ZD100/PC

P0G1013

P0R202

P0R2402

P0U1E010

P0U406

P0U6014

P0U7012

P0U7013

P0U7014

P0U1203

P0A < MOK40

P0A < MOK40

P0A < MOK40

P0MOK40 >A

P0G1015

P0R307

P0U1F012

P0DIR/ TEST IRQ <

P0G1016

P0R207

P0S101

P0U5B013

P0OVR CLR >

P0G1017

P0R206

P0U1B04

P0OVR <

P0G201

P0G202

P0G206

P0G207

P0G208

P0G209

P0G301

P0G306

P0G307

P0G308

P0G309

P0G406

P0G407

P0G408

P0G409

P0G502

P0G11015

P0R1101

P0U402

P0U609

P0U709

P0U7010

P0U909

P0U9010

P0U1007

P0CLK

P0CLK

P0CLK

P0CLK < ZD100

P0CLK < ZD100 / C < MOK40

P0G503

P0G504

P0G505

P0G506

P0G11011

P0R1201

P0U407

P0U601

P0U703

P0U704

P0U9012

P0U9013

P0U1005

P0DIR

P0DIR

P0DIR

P0DIR < ZD100

P0DIR < ZD100 / TEST IRQ <

P0G508

P0G601

P0G602

P0R501

P0RUN 00

P0G603

P0G604

P0G605

P0G607

P0G608

P0G609

P0G801

P0G 1202

P0K203

P0R1801

P0A 0 CZERWONY

P0G802

P0K202

P0K204

P0A/ 0 ¯ó³TY

P0G803

P0K201

P0A* 0 NIEBIESKI

P0G804

P0G905

P0K304

P0A*/ 0 CZARNY

P0FAZA 0 A/

P0G805

P0G 1302

P0K301

P0R1901

P0B 0 BR¹ZOWY

P0G806

P0K102

P0K104

P0B/ 0 ZIELONY

P0G807

P0K101

P0B* 0 BIA³Y

P0G808

P0G903

P0K106

P0B*/ 0 FIOLETOWY

P0FAZA 0 B/

P0G901

P0R2001

P0ZASIL0SMC81 32V +

P0G904

P0G 1301

P0R1902

P0FAZA 0 B

P0G906

P0G 1201

P0R1802

P0FAZA 0 A

P0G1001

P0G1001A

P0G1001B

P0R2002

P0G1103

P0U804

P0U1001

P0STOP

P0G1105

P0U807

P0U1002

P0M3 >

P0G1107

P0U809

P0U1003

P0M2 >

P0G1109

P0U904

P0U1004

P0M1 >

P0G11013

P0U907

P0U1006

P0EN

P0K103

P0K302

P0K105

P0K205

P0K206

P0K305

P0K303

P0K306

P0PC02 P0R1002

P0R302

P0S302

P0U906

P0R303

P0S402

P0U903

P0R304

P0S502

P0U8010

P0R305

P0S602

P0U806

P0R306

P0S702

P0U803

P0R308

P0R309

P0R1001

P0U8012

P0R1301

P0U3B06

P0U404

P0U4013

P0R1401

P0U3A03

P0R1601

P0S202

P0U702

P0TEST IRQ <

P0R2101

P0U1201 P0R2201

P0U1301 P0R2301

P0U1401

P0R2502

P0U7011

P0U1303

P0C < MOK40

P0U1B03

P0U2D012

P0U2D013

P0U5B09

P0U1C05 P0U2C08

P0U1D09

P0U4015

P0U6012

P0U1E011

P0U4010

P0U6013

P0U1F013

P0U409

P0U6015

P0U2A01

P0U3D011

P0U5A01

P0U2A02

P0U2B06

P0U2B05

P0U3C08

P0U2C09

P0U2C010

P0U4016

P0U6010

P0U3B04

P0U3B05

P0U3C010

P0U5A03

P0U606

P0U401

P0U408

P0U4011

P0U4014

P0U5A02

P0U5A06

P0U5B011

P0U5A05

P0U5B08

P0U605

P0U607

P0U1A014

P0U2A014

P0U3A014

P0U5A014

P0CLK/

P0DIR/

P0GND

P0ZASIL0SMC81 GND

P012 V +/03%

P0RUN +

P0MOK40 > A

P0MOK40 > C

P0B < MOK40

P0MOK40 > B

P0IRQ CLR >

P0A/B >

P0STOP > SMC81

P0M3 > SMC81

P0M2 > SMC81

P0M1 > SMC81

P0DIR > SMC81

P0EN > SMC81

P0CLK > SMC81

P0IRQ <

P0CLK < ZD100/PC

P0DIR/ TEST IRQ <

P0OVR CLR >

P0OVR <

P0CLK

P0CLK < ZD100


P0DIR

P0DIR < ZD100


P0RUN 00

P0A 0 CZERWONY

P0A/ 0 ¯ó³TY

P0A* 0 NIEBIESKI

P0A*/ 0 CZARNY

P0FAZA 0 A/

P0B 0 BR¹ZOWY

P0B/ 0 ZIELONY

P0B* 0 BIA³Y

P0B*/ 0 FIOLETOWY

P0FAZA 0 B/

P0ZASIL0SMC81 32V +

P0FAZA 0 B

P0FAZA 0 A

P0STOP

P0M3 >

P0M2 >

P0M1 >

P0EN

P0TEST IRQ <

P0A < MOK40

P0MOK40 >A

P0C < MOK40

N0GND

P0C102

P0C202

P0C302

P0C401

P0C501

P0C601 P0C701

P0C801

P0C901

P0C1001

P0C1101

P0C1202

P0C1301

P0D101

P0G1014

P0G1018

P0G1019

P0G1020

P0G1021

P0G1022

P0G1023

P0G1024

P0G1025

P0G1026

P0G1027

P0G205

P0G2010

P0G2011

P0G305

P0G3010

P0G3011

P0G405

P0G4010

P0G4011

P0G501

P0G507

P0G509

P0G5010

P0G5011

P0G6010

P0G6011

P0G702

P0G702A

P0G702B

P0G703

P0G703A

P0G703B

P0G902

P0G1002

P0G1002A

P0G1002B

P0G1003

P0G1003A

P0G1003B

P0G1101

P0G1102

P0G1104

P0G1106

P0G1108

P0G11010

P0G11012

P0G11014

P0G11016

P0K107

P0K207

P0R502

P0R601

P0R701

P0R801

P0R901

P0S102

P0S201

P0S301

P0S401

P0S501

P0S601

P0S701

P0S801

P0S901

P0U1A07

P0U2A07

P0U3A07

P0U4012

P0U5A07

P0U602

P0U604

P0U608

P0U708

P0U7015

P0U808

P0U8014

P0U8015

P0U908

P0U9015

P0U1009

P0U1102

P0U1202

P0U1204

P0U1302

P0U1304

P0U1402

P0U1404

P0CLK/

P0DIR/

P0GND

P0ZASIL0SMC81 GND

P0C101

P0G401

P0G701

P0G701A

P0G701B

P0U1103

P012 V +/03%

P0C201

P0C301

P0C402

P0C502

P0C802

P0C902

P0C1002

P0C1102

P0C1201

P0C1302

P0DS101

P0G606

P0PC01

P0R101

P0R201

P0R301

P0R401

P0R1102

P0R1202

P0R1602

P0R1701

P0R2401

P0R2501

P0R2601

P0S803

P0U405

P0U5A04

P0U5B010

P0U5B012

P0U603

P0U6016

P0U7016

P0U8013

P0U8016

P0U9016

P0U10010

P0U1101

P0RUN +

P0C602

P0R1302 P0U3C09

P0C702

P0R1402 P0U3D012

P0D102 P0D202

P0K108

P0K208

P0K308

P0S802

P0S903

P0D201

P0K307

P0S902

P0DS102 P0R602

P0DS201

P0G203

P0G303

P0G403

P0R2102

P0MOK40 > A

P0DS202 P0R702

P0DS301

P0G302

P0G402

P0R2202

P0MOK40 > C

P0DS302 P0R802

P0DS401

P0G1012

P0G204

P0G304

P0G404

P0R203

P0R2302

P0R2602

P0U1D08

P0U403

P0U6011

P0U705

P0U706

P0U707

P0U1403

P0B < MOK40

P0MOK40 > B

P0DS402 P0R902

P0DS601

P0R208

P0DS602

P0U1A01

P0U2A03

P0U2B04

P0DS701

P0R209

P0DS702

P0U2D011

P0DS801

P0R402

P0DS802

P0U10018

P0DS901

P0R403

P0DS902

P0U10017

P0DS1001 P0R404

P0DS1002

P0U10016 P0DS1101

P0R405

P0DS1102

P0U10015

P0DS1201

P0R406

P0DS1202

P0U10014

P0DS1301

P0R407

P0DS1302

P0U10013

P0DS1401

P0R408

P0DS1402

P0U1008

P0U10012

P0DS1501

P0R409

P0DS1502

P0U10011

P0G101

P0R1702

P0U3A01

P0U3A02

P0U3D013

P0IRQ CLR >

P0G102

P0R102

P0U701

P0U801

P0U901

P0A/B >

P0G103

P0R103

P0U802

P0STOP > SMC81

P0G104

P0R104

P0U805

P0M3 > SMC81

P0G105

P0R105

P0U8011

P0M2 > SMC81

P0G106

P0R106

P0U902

P0M1 > SMC81

P0G107

P0R107

P0U9014

P0DIR > SMC81

P0G108

P0R108

P0U905

P0EN > SMC81

P0G109

P0R109

P0U9011

P0CLK > SMC81

P0G1010

P0R205

P0U1A02

P0IRQ <

P0G1011

P0R204

P0U1C06

P0CLK < ZD100/PC

P0G1013

P0R202

P0R2402

P0U1E010

P0U406

P0U6014

P0U7012

P0U7013

P0U7014

P0U1203

P0A < MOK40

P0MOK40 >A

P0G1015

P0R307

P0U1F012

P0DIR/ TEST IRQ <

P0G1016

P0R207

P0S101

P0U5B013

P0OVR CLR >

P0G1017

P0R206

P0U1B04

P0OVR <

P0G201

P0G202

P0G206

P0G207

P0G208

P0G209

P0G301

P0G306

P0G307

P0G308

P0G309

P0G406

P0G407

P0G408

P0G409

P0G502

P0G11015

P0R1101

P0U402

P0U609

P0U709

P0U7010

P0U909

P0U9010

P0U1007

P0CLK

P0CLK < ZD100


P0G503

P0G504

P0G505

P0G506

P0G11011

P0R1201

P0U407

P0U601

P0U703

P0U704

P0U9012

P0U9013

P0U1005

P0DIR

P0DIR < ZD100


P0G508

P0G601

P0G602

P0R501

P0RUN 00

P0G603

P0G604

P0G605

P0G607

P0G608

P0G609

P0G801

P0G 1202

P0K203

P0R1801

P0A 0 CZERWONY

P0G802

P0K202

P0K204

P0A/ 0 ¯ó³TY

P0G803

P0K201

P0A* 0 NIEBIESKI

P0G804

P0G905

P0K304

P0A*/ 0 CZARNY

P0FAZA 0 A/

P0G805

P0G 1302

P0K301

P0R1901

P0B 0 BR¹ZOWY

P0G806

P0K102

P0K104

P0B/ 0 ZIELONY

P0G807

P0K101

P0B* 0 BIA³Y

P0G808

P0G903

P0K106

P0B*/ 0 FIOLETOWY

P0FAZA 0 B/

P0G901

P0R2001

P0ZASIL0SMC81 32V +

P0G904

P0G 1301

P0R1902

P0FAZA 0 B

P0G906

P0G 1201

P0R1802

P0FAZA 0 A

P0G1001

P0G1001A

P0G1001B

P0R2002

P0G1103

P0U804

P0U1001

P0STOP

P0G1105

P0U807

P0U1002

P0M3 >

P0G1107

P0U809

P0U1003

P0M2 >

P0G1109

P0U904

P0U1004

P0M1 >

P0G11013

P0U907

P0U1006

P0EN

P0K103

P0K302

P0K105

P0K205

P0K206

P0K305

P0K303

P0K306

P0PC02 P0R1002

P0R302

P0S302

P0U906

P0R303

P0S402

P0U903

P0R304

P0S502

P0U8010

P0R305

P0S602

P0U806

P0R306

P0S702

P0U803

P0R308

P0R309

P0R1001

P0U8012

P0R1301

P0U3B06

P0U404

P0U4013

P0R1401

P0U3A03

P0R1601

P0S202

P0U702

P0TEST IRQ <

P0R2101

P0U1201 P0R2201

P0U1301 P0R2301

P0U1401

P0R2502

P0U7011

P0U1303

P0C < MOK40

P0U1B03

P0U2D012

P0U2D013

P0U5B09

P0U1C05 P0U2C08

P0U1D09

P0U4015

P0U6012

P0U1E011

P0U4010

P0U6013

P0U1F013

P0U409

P0U6015

P0U2A01

P0U3D011

P0U5A01

P0U2A02

P0U2B06

P0U2B05

P0U3C08

P0U2C09

P0U2C010

P0U4016

P0U6010

P0U3B04

P0U3B05

P0U3C010

P0U5A03

P0U606

P0U401

P0U408

P0U4011

P0U4014

P0U5A02

P0U5A06

P0U5B011

P0U5A05

P0U5B08

P0U605

P0U607

P0U1A014

P0U2A014

P0U3A014

P0U5A014

Rysunek 3.12: Schemat płytki drukowanej


3.5.4 Układ wyzwalania przerwania sprzętowego

Ten fragment układu oparty jest na zatrzasku czterobitowym U4 oraz kompa-

ratorze danych U6. Układ U5 stanowi licznik impulsów generowanego przerwania

w odpowiedzi na zmianę danych na wejściu układu U6. Dalszy opis działania układu

płytki od strony praktycznej znajduje się w rozdziale 3.8.2.

3.5.5 Konfiguracja uzwojeń silnika

Konfiguracja połączeń uzwojeń silnika przy wykorzystaniu przełączników i prze-

kaźników została opisana na schematach 3.14, 3.13. Na pierwszym schemacie 3.13

zamieszczono opis połączeń uzwojeń silnika wraz z ustawieniem przełączników od-

powiedzialnych za sterowanie przekaźnikami K1− K3 3.14. Wykreślony układ połą-

czeń powstał na postawie przeprowadzonych pomiarów rezystancji i zwarć między

poszczególnymi wyprowadzeniami G8 płytki PEDASK. Przeprowadzony pomiar jest

propozycją ćwiczenia dla studentów na tym stanowisku.

Na drugim schemacie zilustrowano fizyczne połączenia poszczególnych faz sil-

nika, przejście przez okablowanie oraz wyjście faz ze sterownika silnika krokowego

SMC81RP. Zaznaczono gniazda G12, G13 wraz z bocznikami prądowymi na fazach

silnika. Przy wykonywaniu pomiarów należy bezwzględnie zastosować się do uwag

zamieszczonych w rozdziale 3.12.

1

1

2

2

3

3

4

4

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A4

Date: 2007-01-30 Sheet ofFile: W:\work_studia\..\przelaczanie_uzwojen.schdocDrawn By:

10mH

L4

Inductor10mH

L3

Inductor10mH

L2

Inductor10mH

L1

Inductor

AA/A*A*/BB/B*/ B*

10mH

L4

Inductor10mH

L3

Inductor10mH

L2

Inductor10mH

L1

Inductor

AA/A*A*/BB/B*/ B*

Faza - AFaza - A/Faza - BFaza - B/

10mH

L4

Inductor10mH

L3

Inductor10mH

L2

Inductor10mH

L1

Inductor

AA/A*A*/BB/B*/ B*

10mH

L4

Inductor10mH

L3

Inductor10mH

L2

Inductor10mH

L1

Inductor

AA/A*A*/BB/B*/ B*

Ustawienie wyłączników:

SZER./ JEDNORÓWN. UZW.

D D



G D



G G



D G

Połączenie uzwojeń na PEDASK

Anna Cieśnik

Położenie przełączników opisane powyżej na schemacie połączeń: D - dół, G - góraodpowiadają stanowi dwóch przełączników umieszczonych na płytce PEDASK.

P0L101 P0L102

P0L101 P0L102

P0L101 P0L102

P0L101 P0L102

P0L201 P0L202

P0L201 P0L202

P0L201 P0L202

P0L201 P0L202

P0L301 P0L302

P0L301 P0L302

P0L301 P0L302

P0L301 P0L302

P0L401 P0L402

P0L401 P0L402

P0L401 P0L402

P0L401 P0L402

P0FAZA 0 B/

P0L101 P0L202 P0L102 P0L202 P0L301

P0L302

P0L302

P0L302

P0L302

P0FAZA 0 B

P0L401 P0L402

P0FAZA 0 B/

P0FAZA 0 B

P0FAZA 0 B/

P0L101 P0L202 P0L102 P0L202 P0L301

P0L302

P0FAZA 0 B

P0L401 P0L402

Rysunek 3.13: Konfiguracja połączeń uzwojeń silnika


1

1

2

2

3

3

4

4

H H

G G

F F

E E

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A3

Date: 2007-02-01 Sheet ofFile: W:\work_studia\..\silnik przełączniki.SCHDOCDrawn By:

Zasil.SMC81 32V -Zasil.SMC81 32V +


12345678

G8

OUT: 57 BYG 081

123456

G9

IN: SMC 81

A - CzerwonyA/ - ŻółtyA* - NiebieskiA*/ - CzarnyB - BrązowyB/ - ZielonyB* - BiałyB*/ - Fioletowy

R20 = 0,1 Ohm /2W

R20

0,1 Ohm /2W

R18

0,1 Ohm /2W

R19

R18 =R19 =

23

1

S8

SW-SPDT

23

1

S9

SW-SPDT

1

23

G10 PWR2.5

K1

Relay-DPDT

K2

Relay-DPDT

K3

Relay-DPDTD2Diode 1N4148

D1Diode 1N4148

RÓWNOLEGLE UZW.

JEDNO UZW.

SZEREGOWO UZW.

RÓWNOLEGLE UZW.

IN: ZN 100

OUT: ZN 100

Anna Cieśnik

VCC = 5V

Q?NPN

Q?NPN Q?

NPN

Q?NPN

Q?PNP

Q?PNP Q?

PNP

Q?PNP

10mH

L1Inductor

10mH

L2Inductor

10mH

L4

Inductor10mH

L3

Inductor

M

SMC81RP

Anna Cieśnik

Przełączanie uzwojeń silnika - przekaźniki

12

G 12

OUT

12

G 13

OUT

123456

W9 P/B

Header 6 PRZEWODY PODŁĄCZONE NA STAŁE Z GNIAZDEM 6-PINOWYM

GND - NIEBIESKIVcc - CZERWONY

FAZA B/ - ZIELONYFAZA B - BRĄZOWYFAZA A/ - ZÓŁTYFAZA A - CZERWONY

Wycinek płytki z elementami do przełączania uzwojeń silnika

PEDASK

P0D101

P0D102

P0D201

P0D202

P0G801

P0G802

P0G803

P0G804

P0G805

P0G806

P0G807

P0G808

P0G901

P0G902

P0G903

P0G904

P0G905

P0G906

P0G1001 P0G1001A P0G1001B

P0G1002 P0G1002A P0G1002B

P0G1003 P0G1003A P0G1003B

P0G 1201

P0G 1202

P0G 1301

P0G 1302

P0K101

P0K102

P0K103

P0K104

P0K105

P0K106

P0K107 P0K108

P0K201

P0K202

P0K203

P0K204

P0K205

P0K206

P0K207 P0K208

P0K301

P0K302

P0K303

P0K304

P0K305

P0K306

P0K307 P0K308

P0L101

P0L102

P0L201

P0L202

P0L301 P0L302 P0L401 P0L402

P0Q?01

P0Q?02

P0Q?03

P0Q?01

P0Q?02

P0Q?03

P0Q?01

P0Q?02

P0Q?03

P0Q?01

P0Q?02

P0Q?03

P0Q?01

P0Q?02

P0Q?03

P0Q?01

P0Q?02

P0Q?03

P0Q?01

P0Q?02

P0Q?03

P0Q?01

P0Q?02

P0Q?03

P0R1801 P0R1802

P0R1901 P0R1902

P0R2001 P0R2002

P0S801

P0S802

P0S803

P0S901

P0S902

P0S903

P0W9 P/B01

P0W9 P/B02

P0W9 P/B03

P0W9 P/B04

P0W9 P/B05

P0W9 P/B06

P0D101

P0K107

P0K207

P0S801

P0S901

P0D102

P0D202

P0K108

P0K208 P0K308

P0S802

P0S903

P0D201

P0K307

P0S902

P0G801

P0G 1202

P0K203

P0R1801

P0A 0 CZERWONY

P0G802

P0K202

P0K204

P0A/ 0 ¯ó³TY

P0G803

P0K201

P0A* 0 NIEBIESKI

P0G804

P0G905

P0K304

P0A*/ 0 CZARNY

P0FAZA 0 A/

P0G805

P0G 1302

P0K301

P0R1901

P0B 0 BR¹ZOWY

P0G806

P0K102

P0K104

P0B/ 0 ZIELONY

P0G807

P0K101

P0B* 0 BIA³Y

P0G808

P0G903

P0K106

P0B*/ 0 FIOLETOWY

P0FAZA 0 B/

P0G901

P0R2001

P0ZASIL0SMC81 32V +

P0G902

P0G1002 P0G1002A P0G1002B

P0G1003 P0G1003A P0G1003B

P0ZASIL0SMC81 32V 0

P0G904

P0G 1301

P0R1902 P0FAZA 0 B

P0G906

P0G 1201

P0R1802 P0FAZA 0 A

P0G1001 P0G1001A P0G1001B P0R2002

P0K103

P0K302

P0K105

P0K205

P0K206

P0K305

P0K303

P0K306

P0L101

P0L102

P0L201

P0L202

P0L301 P0L302 P0L401 P0L402

P0Q?01

P0Q?01

P0Q?01

P0Q?01

P0W9 P/B02 P0GND 0 NIEBIESKI

P0Q?02

P0Q?03

P0Q?03

P0W9 P/B06 P0FAZA A 0 CZERWONY

P0S803

P0A 0 CZERWONY

P0A/ 0 ¯ó³TY

P0A* 0 NIEBIESKI

P0A*/ 0 CZARNY

P0FAZA 0 A/

P0B 0 BR¹ZOWY

P0B/ 0 ZIELONY

P0B* 0 BIA³Y

P0B*/ 0 FIOLETOWY

P0FAZA 0 B/

P0ZASIL0SMC81 32V +

P0ZASIL0SMC81 32V 0

P0FAZA 0 B

P0FAZA 0 A

P0GND 0 NIEBIESKI

P0FAZA A 0 CZERWONY

P0D101

P0K107

P0K207

P0S801

P0S901

P0D102

P0D202

P0K108

P0K208 P0K308

P0S802

P0S903

P0D201

P0K307

P0S902

P0G801

P0G 1202

P0K203

P0R1801

P0A 0 CZERWONY

P0G802

P0K202

P0K204

P0A/ 0 ¯ó³TY

P0G803

P0K201

P0A* 0 NIEBIESKI

P0G804

P0G905

P0K304

P0A*/ 0 CZARNY

P0FAZA 0 A/

P0G805

P0G 1302

P0K301

P0R1901

P0B 0 BR¹ZOWY

P0G806

P0K102

P0K104

P0B/ 0 ZIELONY

P0G807

P0K101

P0B* 0 BIA³Y

P0G808

P0G903

P0K106

P0B*/ 0 FIOLETOWY

P0FAZA 0 B/

P0G901

P0R2001

P0ZASIL0SMC81 32V +

P0G902

P0G1002 P0G1002A P0G1002B

P0G1003 P0G1003A P0G1003B

P0ZASIL0SMC81 32V 0

P0G904

P0G 1301

P0R1902 P0FAZA 0 B

P0G906

P0G 1201

P0R1802 P0FAZA 0 A

P0G1001 P0G1001A P0G1001B P0R2002

P0K103

P0K302

P0K105

P0K205

P0K206

P0K305

P0K303

P0K306

P0L101

P0L102

P0L201

P0L202

P0L301 P0L302 P0L401 P0L402

P0Q?01

P0W9 P/B02 P0GND 0 NIEBIESKI

P0Q?02

P0Q?03

P0W9 P/B06 P0FAZA A 0 CZERWONY

P0S803

Rysunek 3.14: Schemat połączeń uzwojeń silnika z fragmentem opisu płytki

drukowanej


3.5.6 Wyprowadzenie sygnałów typu OC

Rysunek 3.15: Schemat wyjścia typu otwarty kolektor [2]

Wykorzystany w budowie płytki PEdASK układ SN74LS05N zawiera cześć in-

werterów z wyjściem typu otwarty kolektor OC ang. Open Collector. Wiadomo

również, że pozostawienie „w powietrzu” wejść bramek serii TTL jest równoważne

ze stanem wysokim. Aby ta zasada była utrzymana dla wysokich częstotliwości

przełączania stanów, należy za wyjściem bramki z otwartym kolektorem umieścić

rezystor podciągający (ang. pull-up resistor) [11]. Oporność tego rezystora powinna

wynosić 4, 7kΩ [10]. Bez niego układ będzie działał, jednak nie przy wysokich

częstotliwościach.

Układ taki jest wymagany w przypadku wykorzystania portów kontrolnych jako

piny wejściowe ([10]). Rozwiązuje to konflikt, który miałby miejsce w przypadku

bezpośredniego połączenia zewnętrznego układu, który dawałby stan logiczny „1”

na wejście portu, a ten z kolei próbowałby ściągną potencjał do stanu logicznego

„0”. Groziłoby to uszkodzeniem układu lub poru LPT.

W ogólności bramki z otwartym kolektorem mają przydatną zaletę — pozwalają

na zrealizowanie funkcji AND lub OR „na drucie” ([11]), (ang. wired-AND lub

ang. wired-OR). Jest to własność dawniej często stosowana w układach.

Rezystory podciągające

Zasadniczą funkcją rezystorów podpiętych na wejściu układów logicznych oraz

na wejściu portu LPT komputera jest zapewnienie „czystego” stanu logicznego dla

potencjału 5V . Rezystory podciągające drabinkowe 4, 7kΩ świetnie nadają się do

tego typu zastosowań.

3.5.7 Zasilanie układu

Zasilanie układu powinno być utrzymane w standardzie TTL (+5V). Zrealizo-

wano je na układzie (U11) µA7805 — wykorzystywany m.in w zestawie edukacyj-

3.6. Dokumentacja elektroniki PEdASK 47

nym ZL1MCS51 [22]. Dobór wartości pojemności na podstawie sugestii zawartych

w dokumentacji technicznej [24]. Wejściowy potencjał jest w zakresie 9 − 12V ,

w zależności od obciążenia.

3.6 Dokumentacja elektroniki PEdASK

Spis elementów płytki drukowanej zamieszczono w tabelach 3.11..3.12. W do-

datku A.3 umieszczono skrócony opis wykorzystanych układów scalonych sporzą-

dzony na podstawie instrukcji Texas Instruments [24]. Pozostałe elementy można

odszukać w katalogu np. ELFA [3].

Tablica 3.11: Spis układów scalonych użytych do montażu płytki drukowanejPEdASK

Nazwa Opis elementu Numer elementu Element biblioteki Ilość

SN74HC05N Hex Inverter with Open-Drain Outputs U1 SN74HC05N 1SN74HC00N Quadruple 2-Input Positive-NAND Gate U2, U3 SN74HC00N 2SN74LS75N 4-Bit Bistable Latch U4 SN74LS75N 1SN74HC74N Dual D-Type Positive-Edge-Triggered U5 SN74HC74N 1

Flip-Flop with Clear and PresetSN7485N 4-Bit Magnitude Comparator U6 SN7485N 1SN74HCT157N Quadruple 2-Line to 1-Line Data U7, U8, U9 SN74HCT157N 3

Selector/MultiplexerULN2803A U10 Component 1 1µA7805 Positive-Voltage Regulator U11 µA78L05CPKR 1PC814 Optoisolator U12, U13, U14 Optoisolator1 3

3.7 Płytka drukowana

3.7.1 Zasady projektowania płytki drukowanej

Odsprzęganie zasilania

Wszelkie układy cyfrowe pobierają prąd zasilający w sposób impulsowy, dlatego

zapewniono szerokie i możliwie krótkie ścieżki zasilania i masy. Są one szerokie,

nawet na kilka milimetrów, a masa została rozprowadzona po szerokim paśmie wokół

układu na płytce drukowanej.

Przy projektowaniu płytki drukowanej zalecany jest zwarty montaż układów cy-

frowych. Miniaturyzacja i upakowanie są zalecane [11]. Ze względu na zastosowaną

technologię płytki dwustronnej ze złączówkami i edukacyjny charakter płytki, bar-

dziej skondensowana architektura nie była możliwa.

W celu zredukowania impulsów prądu, które popłyną podczas przełączania, za-

stosowano lokalne kondensatory odsprzęgające o małej pojemności przy pomiędzy

ścieżką zasilania i masy dochodzącą do układu scalonego.

Zalecane jest w niektórych źródłach montowanie jednego kondensatora filtrują-

cego w pobliżu każdego układu scalonego (np. kondensator ceramiczny o pojemności

3.7. Płytka drukowana 48

Tablica 3.12: Spis pozostałych elementów do montażu płytki drukowanej PE-dASK

Nazwa Opis elementu Numer elementu Element biblioteki Ilość

Cap Pol1 Polarized Capacitor (Radial) C1, C2, C3 Cap Pol1 3Cap Capacitor C4, C5, C6, C7, Cap 10

C8, C9, C10, C11,C12, C13

Diode 1N4148 High Conductance Fast Diode D1, D2 Diode 1N4148 2+5V Typical INFRARED GaAs LED DS1 LED0 1A Typical INFRARED GaAs LED DS2 LED0 1C Typical INFRARED GaAs LED DS3 LED0 1B Typical INFRARED GaAs LED DS4 LED0 1LED5 Typical INFRARED GaAs LED DS6 LED0 1LED6 Typical INFRARED GaAs LED DS7 LED0 1STOP Typical INFRARED GaAs LED DS8 LED0 1M3 Typical INFRARED GaAs LED DS9 LED0 1M2 Typical INFRARED GaAs LED DS10 LED0 1M1 Typical INFRARED GaAs LED DS11 LED0 1DIR Typical INFRARED GaAs LED DS12 LED0 1ENR Typical INFRARED GaAs LED DS13 LED0 1CLK Typical INFRARED GaAs LED DS14 LED0 1/CLK Typical INFRARED GaAs LED DS15 LED0 1LPT - PC Receptacle Assembly, G1 D Connector 25 1

25 Position, Right AngleLP 100/MD 100 Receptacle Assembly, G2, G3 D Connector 9 2

9 Position, Right AngleMOK 40 Receptacle Assembly, G4 D Connector 9 1

9 Position, Right AngleZD 100 (2) Receptacle Assembly, G5 D Connector 9 1

9 Position, Right AngleZD 100 (1) Receptacle Assembly, G6 D Connector 9 1

9 Position, Right AnglePWR2.1 Low Voltage Power Supply Conn. G7 PWR2.1 1OUT: 57 BYG 081 Header, 8-Pin G8 Header 8 1IN: SMC 81 Header, 6-Pin G9 Header 6 1PWR2.5 Low Voltage Power Supply Conn. G10 PWR2.5 1OUT: SMC 81 Header, 8-Pin, Dual row G11 Header 8X2 1OUT Header, 2-Pin, Right Angle G 12, G 13 Header 2H 2Relay-DPDT Dual-Pole Dual-Throw Relay K1, K2, K3 Relay-DPDT 3DS5 Typical INFRARED GaAs LED PC LED0 18x 4K7 R1, R2, R3, R4 RezDrab 8x 4Res2 Resistor R5, R6, R7, R8, Res2 21

R9, R10, R11, R12,R13, R14, R16, R17,R18, R19, R20, R21,R22, R23, R24, R25,R26

SW-PB2 Switch S1 SW-PB 1SW-PB1 Switch S2 SW-PB 1EN Single-Pole, Single-Throw Sw. S3 SW-SPST 1M1 Single-Pole, Single-Throw Sw. S4 SW-SPST 1M2 Single-Pole, Single-Throw Sw. S5 SW-SPST 1M3 Single-Pole, Single-Throw Sw. S6 SW-SPST 1STOP Single-Pole, Single-Throw Sw. S7 SW-SPST 1SW-SPDT SPDT Subminiature Toggle Sw., S8, S9 SW-SPDT 2

Right Angle Mounting,Vertical Actuation

47..100nF). W urządzeniach z układami 74HC lub 74HCT wskazany jest jeden kon-

densator elektrolityczny o pojemności 10..100/muF na pięć układów scalonych oraz

jeden kondensator ceramiczny dla każdego układu [11].


3.7.2 Projekt PCB płytki drukowanej PEdASK

Do wykonania całości projektu – schematu układu oraz schematu PCB, wyko-

rzystano rozbudowane narzędzie Altium Designer 6.0, którego licencja została in-

dywidualnie wykupiona na rok na potrzeby wykonania pracy inżynierskiej. Projekt

płytki PCB został wykonany przez nałożenie kilku warstw oznaczonych kolorami,

m.in.

niebieski – ang. bottom layer, warstwa mozaiki ścieżek,

czerwony – ang. top layer, połączenia górnej warstwy (złączówki),

żółty – ang. top overlay, elementy układu pobrane z biblioteki programu z opisami,

Złożenie wszystkich warstw na jednym schemacie zamieszczono na rys. 3.16

C1

P0C10+ P0C100

C2 P0C201

P0C202

C3

P0C301

P0C302

C4

P0C401

P0C402

C5

P0C501

P0C502

C6

P0C601

P0C602

C7

P0C701

P0C702

C8 P0C801 P0C802

C9 P0C901 P0C902

C10

P0C1001

P0C1002

C11

P0C1101

P0C1102

C12

P0C1201

P0C1202

C13

P0C1301

P0C1302

D1 P0D101

P0D102

D2 P0D201

P0D202

DS1

P0DS10A

P0DS10K

DS2 P0DS20A

P0DS20K

DS3

P0DS30A

P0DS30K

DS4

P0DS40A

P0DS40K

DS5 P0DS50A

P0DS50K

DS6

P0DS60A

P0DS60K

DS7

P0DS70A

P0DS70K

DS8

P0DS80A

P0DS80K

DS9

P0DS90A

P0DS90K

DS10

P0DS100A

P0DS100K

DS11

P0DS110A

P0DS110K

DS12

P0DS120A

P0DS120K

DS13

P0DS130A

P0DS130K

DS14

P0DS140A

P0DS140K

DS15

P0DS150A

P0DS150K

G1

P0G100

P0G101

P0G102

P0G103

P0G104

P0G105

P0G106

P0G107

P0G108

P0G109

P0G1010

P0G1011

P0G1012

P0G1013

P0G1014

P0G1015

P0G1016

P0G1017

P0G1018

P0G1019

P0G1020

P0G1021

P0G1022

P0G1023

P0G1024

P0G1025

G2

P0G20

P0G201

P0G202

P0G203

P0G204

P0G205

P0G206

P0G207

P0G208

P0G209

G3

P0G30

P0G301

P0G302

P0G303

P0G304

P0G305

P0G306

P0G307

P0G308

P0G309

G4

P0G40

P0G401

P0G402

P0G403

P0G404

P0G405

P0G406

P0G407

P0G408

P0G409

G5

P0G50

P0G501

P0G502

P0G503

P0G504

P0G505

P0G506

P0G507

P0G508

P0G509

G6

P0G60

P0G601

P0G602

P0G603

P0G604

P0G605

P0G606

P0G607

P0G608

P0G609

G7

P0G70265

P0G70266

P0G70267

P0G70268 P0G70269

P0G70270

P0G70271

P0G70272 P0G70273

G8

P0G801

P0G802

P0G803

P0G804

P0G805

P0G806

P0G807

P0G808

G9

P0G901

P0G902

P0G903

P0G904

P0G905

P0G906

G10 P0G100265 P0G100266

P0G100267

P0G100268 P0G100269

P0G100270 P0G100271

P0G100272 P0G100273

G11

P0G1100

P0G1101

P0G1102

P0G1103 P0G1104

P0G1105 P0G1106

P0G1107 P0G1108

P0G1109 P0G11010

P0G11011 P0G11012

P0G11013 P0G11014

P0G11015 P0G11016

K1 P0K10175

P0K10176

P0K10177

P0K10179

P0K10180

P0K10181

P0K10182

P0K10184

K2 P0K20175

P0K20176

P0K20177

P0K20179

P0K20180

P0K20181

P0K20182

P0K20184

K3

P0K30175

P0K30176

P0K30177

P0K30179

P0K30180

P0K30181

P0K30182

P0K30184

R1

P0R101

P0R102

P0R103

P0R104

P0R105

P0R106

P0R107

P0R108

P0R109

R2

P0R201

P0R202

P0R203

P0R204

P0R205

P0R206

P0R207

P0R208

P0R209

R3

P0R301

P0R302

P0R303

P0R304

P0R305

P0R306

P0R307

P0R308

P0R309

R4

P0R401

P0R402

P0R403

P0R404

P0R405

P0R406

P0R407

P0R408

P0R409

R5

P0R501 P0R502

R6

P0R601

P0R602

R7 P0R701 P0R702 R8

P0R801 P0R802

R9

P0R901

P0R902

R10

P0R1001

P0R1002

R11

P0R1101

P0R1102 R12

P0R1201

P0R1202

R13

P0R1301

P0R1302

R14

P0R1401

P0R1402

R16

P0R1601

P0R1602

R17 P0R1701 P0R1702

R18

P0R1801

P0R1802

R19 P0R1901

P0R1902

R20

P0R2001 P0R2002

S1

P0S101 P0S101A

P0S102 P0S102A

S2

P0S201 P0S201A

P0S202 P0S202A

S3

P0S30

P0S30293

P0S30294

P0S30295

P0S30296

P0S30298

P0S30299

S4

P0S40

P0S40293

P0S40294

P0S40295

P0S40296 P0S40298

P0S40299

S5

P0S50

P0S50293

P0S50294

P0S50295

P0S50296

P0S50298

P0S50299

S6

P0S60

P0S60293

P0S60294

P0S60295

P0S60296

P0S60298

P0S60299

S7

P0S70

P0S70293

P0S70294

P0S70295

P0S70296

P0S70298

P0S70299

S8

P0S80

P0S80293

P0S80294

P0S80295

P0S80296 P0S80298

P0S80299

S9

P0S90

P0S90293

P0S90294

P0S90295

P0S90296 P0S90298

P0S90299

U1

P0U101

P0U102

P0U103

P0U104

P0U105

P0U106

P0U107 P0U108

P0U109

P0U1010

P0U1011

P0U1012

P0U1013

P0U1014

U2

P0U201

P0U202

P0U203

P0U204

P0U205

P0U206

P0U207 P0U208

P0U209

P0U2010

P0U2011

P0U2012

P0U2013

P0U2014

U3

P0U301

P0U302

P0U303

P0U304

P0U305

P0U306

P0U307 P0U308

P0U309

P0U3010

P0U3011

P0U3012

P0U3013

P0U3014

U4

P0U401

P0U402

P0U403

P0U404

P0U405

P0U406

P0U407

P0U408 P0U409

P0U4010

P0U4011

P0U4012

P0U4013

P0U4014

P0U4015

P0U4016

U5

P0U501

P0U502

P0U503

P0U504

P0U505

P0U506

P0U507 P0U508

P0U509

P0U5010

P0U5011

P0U5012

P0U5013

P0U5014

U6

P0U601

P0U602

P0U603

P0U604

P0U605

P0U606

P0U607

P0U608 P0U609

P0U6010

P0U6011

P0U6012

P0U6013

P0U6014

P0U6015

P0U6016

U7

P0U701

P0U702

P0U703

P0U704

P0U705

P0U706

P0U707

P0U708 P0U709

P0U7010

P0U7011

P0U7012

P0U7013

P0U7014

P0U7015

P0U7016

U8

P0U801

P0U802

P0U803

P0U804

P0U805

P0U806

P0U807

P0U808 P0U809

P0U8010

P0U8011

P0U8012

P0U8013

P0U8014

P0U8015

P0U8016

U9 P0U901

P0U902

P0U903

P0U904

P0U905

P0U906

P0U907

P0U908 P0U909

P0U9010

P0U9011

P0U9012

P0U9013

P0U9014

P0U9015

P0U9016

U10

P0U1001

P0U1002

P0U1003

P0U1004

P0U1005

P0U1006

P0U1007

P0U1008

P0U1009

P0U10010

P0U10011

P0U10012

P0U10013

P0U10014

P0U10015

P0U10016

P0U10017

P0U10018

U11

P0U1101

P0U1102

P0U1103

Rysunek 3.16: Projekt PCB płytki drukowanej PEdASK wykonany za po-

mocą programu Altium Designer 6.0

3.7.3 Wizualizacja płytki

Przed przystąpieniem do fizycznego wykonania układu, dzięki wykorzystywa-

nemu oprogramowaniu Altium Designer 6.0 otrzymano wizualizację płytki druko-

wanej z naniesionymi elementami. Obraz ten dał przestrzenne wyobrażenie budo-

wanego układu i rozmieszczenia elementów.


Rysunek 3.17: Wizualizacja płytki PEdASK w programie Altium Designer 6.0

3.7.4 Technologia wykonania płytki drukowanej

Proces wytwarzania płytki drukowanej2

1. Przygotowanie „kliszy mozaiki płytki” — wykorzystano środowisko Altium

Designer schemat PCB.

2. Wydruk na drukarce laserowej mozaiki ścieżek na folii bezbarwnej w taki spo-

sób, aby metodą „stykową” można było naświetlić warstwę światłoczułą la-

kieru naniesionego na część miedzianą laminatu płytki.

3. Przygotowanie laminatu obejmuje:

• wycięcie z marginesem około 2cm wokół przewidywanego obszaru na-

świetlania płytki,

• odtłuszczenie części miedzianej laminatu i naniesienie sprajem „Pozitiv”

cienkiej równomiernej warstwy w przyciemnionym pomieszczeniu,

• poddanie suszeniu płytki z naniesioną warstwą światłoczułą w ciemni

(np. szczelnym pudełku kartonowym),

• suszenie — przebiega ono 1h w temp. 70oC lub dobę w temperaturze

pokojowej;

4. Zestaw do naświetlania składa się z lampy halogenowej reflektorowej (prosto-

kątna) z żarnikiem o mocy 400W. Czoło lampy należy umieścić na wysokości

2Wykonano płytkę w przedstawionej technologii pod kierunkiem i nadzorem Technika Elek-tronika z Uprawnieniami Mistrzowskimi


około 45cm nad blatem, na którym umieszcza się materiał do naświetlenia.

Wypraktykowany czas naświetlenia wynosi około 50min. Stosowany jest mi-

nutnik fotograficzny.

5. Teraz wszystkie operacje należy wykonać w dobrze przyciemnionym pomiesz-

czeniu:

• ułożyć laminat na blacie warstwą światłoczułą w kierunku lampy oświe-

tlającej,

• położyć na laminacie (precyzyjnie) „klisze” w taki sposób, aby „toner”

był od strony warstwy światłoczułej (ogranicza to błąd paralaksy),

• „Kliszę” docisnąć cienką szybą (większa niż pole płytki).

6. Włączyć minutnik fotograficzny z określonym czasem naświetlania.

7. Gdy naświetlanie zakończy się, wychłodzić płytkę (10min.).

8. Przygotować roztwór do „wywoływania” warstwy światłoczułej. Rozpuścić

płaską małą łyżeczkę Wodorotlenku Sodowego (sprzedawany w sklepach AGD

jako „Krecik”, „Mr.Mysz”) w 1 litrze wody.

9. Przygotowany roztwór o temp. 20oC wlać do kuwety o powierzchni większej

niż płytka.

10. W przygotowanym roztworze zatopić płytkę i poruszając delikatnie za pomocą

pensety plastikowej czekać na „wywołanie” warstwy światłoczułej. Naświe-

tlone (niezakryte) powierzchnie ulegają rozmyciu.

11. Wypłukać i wysuszyć płytkę.

12. Wytrawić w roztworze chlorku żelazowego (stężenie optymalne — tak aby to

trwało około godziny w temp. 20oC).

13. Nawiercić otwory rozpoczynając od najmniejszej średnicy wiertła.

14. Zmyć pozostałą część lakieru światłoczułego.

15. Nanieść lakier — topnik (SK10 — ang. Protektor solder active) na stronę

miedzianą płytki i wysuszyć.

16. Wlutować elementy

3.8. Zasada działania układu 52

Rysunek 3.18: Fotografia PEdASK od strony mozaiki ścieżek

3.8 Zasada działania układu

3.8.1 Możliwe konfiguracje układu

Praca na stanowisku do badania własności silnika krokowego jest możliwa w czte-

rech konfiguracjach, których montaż zostanie opisany szczegółowo w dalszej części

tej pracy. Wymieniony jako pierwszy tryb pracy nie wymaga zastosowania płytki

PEdASK. Całość sterowania i pomiarów odbywa się w tym trybie zerowym (wyj-

ściowym) za pomocą urządzeń przemysłowych. Kolejne konfiguracje, to kombinacja

pracy płytki PEdASK z komputerem oraz urządzeniami przemysłowymi.

0 sterowanie z zadajnika (lub komputera — oprogramowanie firmowe WinSMC),

pomiary na licznikach LP100 i MD100;

1 sterowanie z zadajnika (oraz firmowego programu WinSMC), pomiar na licz-

nikach;

2 sterowanie z zadajnika (lub komputera — WinSMC), pomiar na komputerze;

3 sterowanie oraz pomiar przez oprogramowanie inżynierskie;


3.8.2 Opis działania układu PEdASK

Rysunek 3.19: Fotografia płytki PEdASK

Począwszy od pracy na samych urządzeniach zewnętrznych, wszystkie sygnały

zostały przeniesione na płytkę drukowaną, umożliwiając ostatecznie przejście ze

sterowaniem i pomiarami na komputer.

Podczas pracy na urządzeniach przemysłowych — zadajniku ZD100 i licznikach

MD100 i LP100, możliwa jest zmiana mikrokroku dla SMC81RP za pomocą wygod-

nych ang. DIP-switch’y na płycie PEdASK, co ogranicza ryzyko uszkodzenia układu

przez użytkownika przy przedkładaniu zworek w sterowniku.

Przewidziany jest tryb ang. PC Host’a (gospodarza). Wówczas wszystkie sygnały

sterujące dla SMC81RP pochodzą z komputera (przez rejestr danych portu LPT).

W obu wypadkach — sterowania z programu WINSMC lub stworzonego pro-

gramu inżynierskiego, komputer ma możliwość pobierania sygnałów z przetwornika

obrotowo-impulsowego MOK40.

Gdy sterowanie przejmuje zadajnik ZD100, dostępna jest również analiza sygna-

łów pochodzących z enkodera (kanał A, kanał B) oraz sygnałów sterujących dla

sterownika SMC81RP (DIR, CLK).

Tryb PC Host umożliwia wygodną zmianę wszystkich trybów pracy sterownika

silnika krokowego SMC81RP z komputera, wszystkich możliwych sygnałów sterują-

cych

DIR — kierunek obrotu silnika,


CLK — sygnał taktujący,

EN — sygnał zezwolenia,

STOP — sygnał blokowania

M1, M2, M3 — ustawienie kroku pracy silnika

oraz analizę sygnałów przychodzących z enkodera MOK40

kanał A, kanał B — przebiegi prostokątne, przesunięte w fazie,

kanał C — sygnał kontrolny.

Dla umożliwienia obserwacji, zostały wbudowane w układ diody LED dla wszyst-

kich sygnałów docierających do sterownika SMC81 oraz pobieranych z przetwornika

obrotowo-impulsowego MOK40. Jedną diodę świecącą (DS5) wykorzystano jako

wskaźnik rodzaju pracy PEdASK (PC/ZD100).

DS6 wskazuje żądanie obsługi przerwania IRQ, DS7 — przepełnienie IRQ, za-

znaczony jako ERR (gdy nastąpiły zmiany, a komputer jeszcze nie jest gotowy do

obsługi kolejnego przerwania). Przycisk S1 służy do ręcznego skasowania przepeł-

nienia, S2 do sprawdzenia układu, czy generuje IRQ poprawnie.

Dostępne są również przełączniki uzwojeń silnika krokowego — szeregowo, rów-

nolegle, po jednym uzwojeniu których szczegółowe działanie zostało przedstawione

na schemacie 3.13. Zainstalowane są również rezystory boczniki (0, 1Ω/2W) do

pomiarów prądu w uzwojeniach i prądu zasilania. Bezpieczny dostęp do boczni-

ków prądowych, pokazany na rys. 3.20, na uzwojeniach został wyprowadzony na

dwa gniazda G12 i G13, aby zmniejszyć ryzyko uszkodzenia sterownika przy zwarciu

dwóch faz. Dodatkowe informacje na ten temat zostaną opisane w rozdziale dotyczą-

cym zasad użytkowania płytki. Masa układu do pomiarów zastała wyprowadzona

Rysunek 3.20: Widok gniazd G12 i G13 płytki PEdASK

na metalową podpórkę w prawym dolnym rogu płytki PEdASK.

Jak już zostało wyżej wspomniane, możliwa jest praca w czterech konfiguracjach.

Pracę z płytką PEdASK można jednak ograniczyć do dwóch: z/bez komunikacji

z komputerem przez port LPT.


Rysunek 3.21: Widok płytki PEdASK od strony gniazda DB25

Bez połączenia z komputerem

Płytka z odłączonym komputerem pracuje tylko jako listwa połączeniowa. Multi-

pleksery sygnałów są ustawione w pozycji sterowania z zadajnika ZD100. Umożliwia

to przeprowadzenie dotychczasowych ćwiczeń bez zmian, z wyjątkiem sygnałów ste-

rujących SMC81RP —M1,M2,M3, EN, STOP, które teraz znajdują się na płycie

jako DIP-switch’e.

Ponadto wygodnie wyeksponowano punkty pomiarowe sygnałów do badania

oscyloskopem.

Rysunek 3.22: Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej PEdASK

3.9. Montaż układu w poszczególnych konfiguracjach 56

W połączeniu z komputerem przez port LPT

Wszystkie sygnały dla sterownika SMC81RP pochodzą z rejestru danych portu

LPT. Dostarczane są do multiplekserów, a następnie do sterownika. Wolny bit

rejestru danych został wykorzystany do sterowania przełączaniem multiplekserów

w tryb pracy PC Host/ZD100.

Multiplekser pobierania sygnałów (U7) teraz pobiera sygnały z enkodera (kanał

A, B, C) i dostarcza je do rejestru zatrzaskowego (U4) gdzie dalej sygnał trafia do

złącza LPT.

Układ wyzwalania przerwania IRQ dla komputera został zbudowany w oparciu

o komparator danych (U6), rys. A.1. W dwóch portach tego układu (P i Q) porów-

nywane są dane 4-bitowe, przed rejestrem ’75 i po rejestrze ’75. Gdy dane różnią się,

komparator ’85 na wyjściu zgodności wystawia stan „0”. Ten sygnał podlega negacji

w bramce NAND (U3B) i steruje wpisem nowej aktualnej wartości do ’75. Kompa-

rator danych rozpoznaje ten stan rzeczy i wystawiając „1” powoduje zatrzaśnięcie

informacji w ’75. Zostanie w ten sposób wygenerowane zbocze narastające, które

w detektorze zbocza narastającego, steruje przerzutnikiem RS (układy U2A, U2B).

Pobrany sygnał po zanegowaniu dostarczany jest do LPT na pin 10-ty jako żąda-

nie obsługi przerwania sprzętowego. DiodaDS6 wskazuje ten stan. Sygnał powinien

zostać obsłużony, czyli porcja danych pobrana i w odpowiedzi wystawiona przez

port LPT na pinie 1-wszym sygnał ze zboczem narastającym jako potwierdzenie

gotowości do przyjęcia następnego przerwania. Tutaj też jest detektor zbocza na-

rastającego, który przełącza przerzutnik RS w stan oczekiwania na następną porcję

danych (czyli nowe przerwanie).

Na układzie ’74 zbudowano detektor przepełnienia IRQ. Jeżeli nastąpi następny

wpis danych do ’75 podczas przerwania, informacja zostanie dostarczona do kompu-

tera i zaświeci diodę DS7 ERR. W ten sposób można określić maksymalną częstotli-

wość pobierania danych bez przekłamań. Oczywiście prędkość ta jest już zależna od

podłączonego komputera, systemu operacyjnego i oprogramowania inżynierskiego.

3.9 Montaż układu w poszczególnych konfiguracjach

3.9.1 0 tryb pracy — praca wyłącznie na urządzaniach

przemysłowych

Aby było możliwe łatwe przełączanie układu do pozostałych konfiguracji, opra-

cowano i wykonano nowe okablowanie. Dzięki temu jednoznacznie oznaczono wtyki

i gniazda poszczególnych urządzeń. Nadano odpowiednie oznaczenia na schemacie

montażowym i przewodach.


Opis działania

Rysunek 3.23: Fotografia stanowiska w 0 trybie pracy

W tej konfiguracji układu nie jest używana płytka PEdASK. Można przeprowa-

dzać ćwiczenia na tym stanowisku bez żadnych zmian.

Montaż

Sygnały sterujące z zadajnika ZD100 (2) wyprowadzić na złącze sterujące ste-

rownika silnika krokowego SMC81RP za pomocą zworek i końcówek oznaczonych

kolorami. Parę przewodów zielony z czarnym należy połączyć odpowiednio z pinem

2 i 1 — sygnał taktowania CLK. Parę przewodów czerwony z czarnym, załączyć od-

powiednio do pinu 6 i 5 — sygnał kierunku obortu silnika DIR. Pojedynczy czarny

przewód wyprowadzić na masę sterownika, czyli najlepiej na pin 15. Zezwolenie na

pracę sterownika ustawić przez zwarcie pinu 4 do masy — pin 3 (za pomocą zworki).

Mikrokrok obrotu silnika ustawić za pomocą zworek na parach pinów: 7, 8 – M1;

9, 10 – M2, 11, 12 – M3. Podział kroku jest opisany dokładnie w instrukcji do

sterownika SMC [27]. Sygnał STOP zostawić niepodłączony. Zwarcie go do masy

spowoduje blokowanie sygnału taktowania. Podczas ćwiczeń z wykorzystaniem pro-


gramu WINSMC, należy jeszcze podłączyć kabel do 4 gniazda zadajnika i połączyć

z komputerem.

Sygnały wyjściowe ze sterownika oraz zasilanie zostanie doprowadzone przez

przejściówkąW8UA−W9UB podłączając odpowiednio wtykW9UB doW9U (ozna-

czony na schemacie) oraz W8UA do W8U wyprowadzonego bezpośrednio ze silnika

i zasilacza jako wspólne gniazdo.

Należy zwrócić szczególna uwagę na prawidłowe połączenie przewodów, ponieważ

przesunięcie o jedno miejsce może spowodować uszkodzenie układu. Kolory prze-

wodów dochodzących i wychodzących z punktów łączonych mają być takie same

3.25.

Ostatni przewód z czterema gniazdami DB9, należy połączyć liczniki oraz en-

koder. Wtyk W4A połączyć z W4U enkodera, W3A i W3B w dowolnej kolejności

z licznikami LP100 (1), i MD100 (1). W tej konfiguracji odgałęzienie W3C nie jest

wykorzystane.

Schemat połączeń

Schemat poszczególnych połączeń wraz ze szczegółowym opisem gniazd i kolorów

przedstawia rys. 3.24.

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

8

8

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A3

Date: 2007-01-26 Sheet ofFile: W:\work_studia\..\uzwojenia_sil_ster.schdocDrawn By:

10mH

L4Inductor

10mH

L3Inductor

10mH

L2

Inductor10mH

L1

Inductor

M

12345678

W8 PB

Header 8 - F

123456 W9 U

Header 6 - F

123456

G9

OUT: ZN100 / IN: SMC81

0.1RR18

0.1RR19

0.1R

R20

1 23

G10 PWR2.5

12345678910

W8U

Header 10 - F

123456789

10

W8 UA

Header 10 - M

123456789

10

W8 PA

Header 10 - M

+32V

GND

123456

W9 UB Header 6 - M

PRZEJŚCIÓWKA (ZASILANIE + FAZY SILNIKA) ZN100L I 5BYG081D Z SMC81RP

BEZPOŚREDNIE POŁĄCZENIE STEROWNIKA DO SILNIKA

SMC81RP

123456

Header 6

PRZEWODY PODŁĄCZONE NA STAŁE Z GNIAZDEM 6-PINOWYM

PRZEJŚCIÓWKA DO PRACY Z PŁYTKĄ ( STEROWANIE Z PC LUB ZD100 )

ZASILACZ ZN100L



A A/ B B/ GND Vcc

GND - CZAR+CZERWVcc - CZARNY

SILNIK KROKOWY 2-FAZOWY 57BYG 081D1.8 5V 1A 55N cm 5 OhmA CZERWONYA\ ŻÓŁTYA* NIEBIESKIA*\ CZARNYB BRĄZOWYB\ ZIELONYB* BIAŁYB*\ FIOLETOWY

ZASILACZ NIESTABILIZOWANY ZN 100L 2A/4A peak +36V DC

STEROWNIK SILNIKA KROKOWEGO SMC 81RP max 1,5A / faze +10...36V DC # 05-001087

A - CZERWONYA/ - ŻÓŁTYA* - NIEBIESKIA*/ - CZARNYB - BRĄZOWYB/ - ZIELONYB* - BIAŁYB*/ - FIOLETOWY


1

23

W10 PC

PWR2.5

A - CZERWONYA/ - ŻÓŁTYA* - NIEBIESKIA*/ - CZARNYB - BRĄZOWYB/ - ZIELONYB* - BIAŁYB*/ - CZAR+CZERW

A - CZERWONYA/ - ŻÓŁTY

B - BRĄZOWYB/ - ZIELONY


PRACA SILNIKA NA POJEDYNCZYM UZWOJENIU

1) PRACA Z PŁYTKĄ (P):-> WTYCZKA ŁĄCZONA DO PŁYTKI ( G9 )

2) PRACA BEZPOŚREDNIA (B):-> WTYCZKA ŁĄCZONA DO WTYKU PRZEJŚCIÓWKI ( W9 UB )

12345678

G8

OUT: 57 BYG 081

AA/A*A*/BB/B*B*/

K1

Relay-DPDT

K2

Relay-DPDT

K3

Relay-DPDTD1

Diode 1N4148

23

1

S9

SW-SPDTRÓWNOLEGLE UZW.

SZEREGOWO UZW.

Vcc +5V DC

D2

Diode 1N4148

23

1

S8

SW-SPDT

PO 1 UZW.

PO 2 UZW.

Anna Cieśnik

PEDASKSchemat połączeń uzwojeń silnika w pracy bezpośredniej lub z płytką

Header 8 - M

Header 6 - M

P0D101 P0D102 P0D201 P0D202

P0G801

P0G802

P0G803

P0G804

P0G805

P0G806

P0G807

P0G808

P0G901

P0G902

P0G903

P0G904

P0G905

P0G906

P0G1001

P0G1001A

P0G1001B

P0G1002

P0G1002A

P0G1002B

P0G1003

P0G1003A

P0G1003B

P0Header 601

P0Header 602

P0Header 603

P0Header 604

P0Header 605

P0Header 606

P0K101

P0K102

P0K103

P0K104

P0K105

P0K106

P0K107 P0K108

P0K201

P0K202

P0K203

P0K204

P0K205

P0K206

P0K207 P0K208

P0K301

P0K302

P0K303

P0K304

P0K305

P0K306

P0K307 P0K308

P0L101 P0L102 P0L201 P0L202

P0L301

P0L302

P0L401

P0L402

P0R1801

P0R1802

P0R1901

P0R1902

P0R2001 P0R2002

P0S801

P0S802

P0S803

P0S901

P0S902

P0S903

P0W8 PA01

P0W8 PA02

P0W8 PA03

P0W8 PA04

P0W8 PA05

P0W8 PA06

P0W8 PA07

P0W8 PA08

P0W8 PA09

P0W8 PA010

P0W8 PB01

P0W8 PB02

P0W8 PB03

P0W8 PB04

P0W8 PB05

P0W8 PB06

P0W8 PB07

P0W8 PB08

P0W8U01

P0W8U02

P0W8U03

P0W8U04

P0W8U05

P0W8U06

P0W8U07

P0W8U08

P0W8U09

P0W8U010

P0W8 UA01

P0W8 UA02

P0W8 UA03

P0W8 UA04

P0W8 UA05

P0W8 UA06

P0W8 UA07

P0W8 UA08

P0W8 UA09

P0W8 UA010

P0W9 U01

P0W9 U02

P0W9 U03

P0W9 U04

P0W9 U05

P0W9 U06

P0W9 UB01

P0W9 UB02

P0W9 UB03

P0W9 UB04

P0W9 UB05

P0W9 UB06

P0W10 PC01 P0W10 PC01A P0W10 PC01B



P0D101

P0K107

P0K207

P0S801

P0S901

P0D102 P0D202

P0K108

P0K208 P0K308

P0S802

P0S903

P0D201

P0K307

P0S902

P0G801

P0K203

P0R1801

P0A

P0G802

P0K202

P0K204

P0A/

P0G803

P0K201

P0A*

P0G804

P0G905

P0K304

P0A*/

P0G805

P0K301

P0R1901

P0B

P0G806

P0K102

P0K104

P0B/

P0G807

P0K101

P0B*

P0G808

P0G903

P0K106

P0B*/

P0G901

P0R2001

P0G902

P0G1002

P0G1002A

P0G1002B

P0G1003

P0G1003A

P0G1003B

P0G904

P0R1902

P0G906

P0R1802

P0G1001

P0G1001A

P0G1001B

P0R2002

P0K103

P0K302

P0K105

P0K205

P0K206

P0K305

P0K303

P0K306

P0L101

P0W8U010 P0B*/ 0 FIOLETOWY

P0L102

P0W8 PA09 P0W8 PB07 P0W8U09 P0B* 0 BIA£Y P0B* 0 BIA£Y

P0L201

P0W8 PA08 P0W8 PB06

P0W8 UA08

P0W8U08

P0W9 UB03

P0B/ 0 ZIELONY

P0B/ 0 ZIELONY

P0B/ 0 ZIELONY

P0L202 P0W8 PA07 P0W8 PB05

P0W8 UA07

P0W8U07

P0W9 UB04

P0B 0 BR¥ZOWY

P0B 0 BR¥ZOWY

P0B 0 BR¥ZOWY

P0L301

P0W8 PA06 P0W8 PB04 P0W8U06 P0A*/ 0 CZARNY P0A*/ 0 CZARNY

P0L302

P0W8 PA05 P0W8 PB03 P0W8U05 P0A* 0 NIEBIESKI P0A* 0 NIEBIESKI

P0L401

P0W8 PA04 P0W8 PB02

P0W8 UA04

P0W8U04

P0W9 UB05

P0A/ 0 ¯Ó£TY

P0A/ 0 ¯Ó£TY

P0A/ 0 ¯Ó£TY

P0L402

P0W8 PA03 P0W8 PB01

P0W8 UA03

P0W8U03

P0W9 UB06

P0A 0 CZERWONY

P0A 0 CZERWONY

P0A 0 CZERWONY

P0S803 P0VCC +5V DC

P0W8 PA01


P0VCC 0 CZARNY

P0W8 PA02



P0GND 0 CZAR+CZERW

P0W8 PA010 P0W8 PB08 P0B*/ 0 CZAR+CZERW

P0W8 UA05

P0W8 UA06

P0W8 UA09

P0W8 UA010

P0Header 601

P0W8 UA01

P0W8U01

P0W9 UB01

P0W9 U01

P0VCC 0 CZERWONY

P0VCC 0 CZERWONY

P0VCC 0 CZERWONY

P0Header 602

P0W8 UA02

P0W8U02

P0W9 UB02

P0W9 U02

P0GND 0 NIEBIESKI

P0GND 0 NIEBIESKI

P0GND 0 NIEBIESKI

P0Header 603

P0W9 U03

P0FAZA B/ 0 ZIELONY

P0Header 604

P0W9 U04

P0FAZA B 0 BR¥ZOWY

P0Header 605

P0W9 U05

P0FAZA A/ 0 ZÓ£TY

P0Header 606

P0W9 U06

P0FAZA A 0 CZERWONY

P0VCC 0 CZERWONY

P0GND 0 NIEBIESKI

P0FAZA B/ 0 ZIELONY

P0FAZA B 0 BR¥ZOWY

P0FAZA A/ 0 ZÓ£TY

P0FAZA A 0 CZERWONY

P0A

P0A/

P0A*

P0A*/

P0B

P0B/

P0B*

P0B*/

P0B*/ 0 FIOLETOWY

P0VCC +5V DC

P0VCC 0 CZARNY

P0GND 0 CZAR+CZERW

P0A 0 CZERWONY

P0A/ 0 ¯Ó£TY

P0A* 0 NIEBIESKI

P0A*/ 0 CZARNY

P0B 0 BR¥ZOWY

P0B/ 0 ZIELONY

P0B* 0 BIA£Y

P0B*/ 0 CZAR+CZERW

P0D101

P0K107

P0K207

P0S801

P0S901

P0D102 P0D202

P0K108

P0K208 P0K308

P0S802

P0S903

P0D201

P0K307

P0S902

P0G801

P0K203

P0R1801

P0A

P0G802

P0K202

P0K204

P0A/

P0G803

P0K201

P0A*

P0G804

P0G905

P0K304

P0A*/

P0G805

P0K301

P0R1901

P0B

P0G806

P0K102

P0K104

P0B/

P0G807

P0K101

P0B*

P0G808

P0G903

P0K106

P0B*/

P0G901

P0R2001

P0G902

P0G1002

P0G1002A

P0G1002B

P0G1003

P0G1003A

P0G1003B

P0G904

P0R1902

P0G906

P0R1802

P0G1001

P0G1001A

P0G1001B

P0R2002

P0K103

P0K302

P0K105

P0K205

P0K206

P0K305

P0K303

P0K306

P0L101


P0L102

P0W8 PA09 P0W8 PB07 P0W8U09 P0B* 0 BIA£Y

P0L201

P0W8 PA08 P0W8 PB06

P0W8 UA08

P0W8U08

P0W9 UB03

P0B/ 0 ZIELONY

P0L202 P0W8 PA07 P0W8 PB05

P0W8 UA07

P0W8U07

P0W9 UB04

P0B 0 BR¥ZOWY

P0L301

P0W8 PA06 P0W8 PB04 P0W8U06 P0A*/ 0 CZARNY

P0L302

P0W8 PA05 P0W8 PB03 P0W8U05 P0A* 0 NIEBIESKI

P0L401

P0W8 PA04 P0W8 PB02

P0W8 UA04

P0W8U04

P0W9 UB05

P0A/ 0 ¯Ó£TY

P0L402

P0W8 PA03 P0W8 PB01

P0W8 UA03

P0W8U03

P0W9 UB06

P0A 0 CZERWONY

P0S803 P0VCC +5V DC

P0W8 PA01


P0VCC 0 CZARNY

P0W8 PA02



P0GND 0 CZAR+CZERW


P0W8 UA05

P0W8 UA06

P0W8 UA09

P0W8 UA010

P0Header 601

P0W8 UA01

P0W8U01

P0W9 UB01

P0W9 U01

P0VCC 0 CZERWONY

P0Header 602

P0W8 UA02

P0W8U02

P0W9 UB02

P0W9 U02

P0GND 0 NIEBIESKI

P0Header 603

P0W9 U03

P0FAZA B/ 0 ZIELONY

P0Header 604

P0W9 U04

P0FAZA B 0 BR¥ZOWY

P0Header 605

P0W9 U05

P0FAZA A/ 0 ZÓ£TY

P0Header 606

P0W9 U06

P0FAZA A 0 CZERWONY

Rysunek 3.24: Schemat połączeń uzwojeń silnika do pracy w trybie 0


Okablowanie

Dokładny opis sygnałów i przewodów wraz z zaznaczeniem kolorów znajduje się

na rys. 3.25.

3.9.2 1 tryb pracy — sterowanie z ZD100, pomiary na licznikach

Ta konfiguracja wykorzystuje płytkę edukacyjną jako listwę złączeniową. Wszyst-

kie sygnały zostają wyprowadzone na PEdASK. Zaletą tego układu jest możliwość

obserwacji sygnałów sterujących SMC81RP na diodach DS8 − DS15, m.in. sygnał

kierunku DIR i taktowania CLK pochodzące z zadajnika. Dodatkowo przełączanie

mikrokroku (M1 − M3) oraz zmiana stanu sygnału zezwolenia EN i STOP’u zo-

stała przeniesiona na wygodne przełączniki na płytce drukowanej. Dużym atutem

w stosunku do 0-wego trybu pracy jest przełączanie uzwojeń silnika, co wcześniej

nie było możliwe. Stosowne przełączniki znajdują się po prawej stronie PEdASK.

Wyprowadzenie kanałów A ,B i C z przetwornika obrotowo-impulsowego MOK40

steruje diodami DS7 − DS9 oznaczającymi stan logiczny tych sygnałów.

Montaż stanowiska

Gniazdo G4 połączyć z wtykiem W3C, natomiast pozostałe rozgałęzienia ka-

bla pozostawić jak w 0-wym trybie pracy — W4A z W4U, W3A z MD100 (1),

W3B z LP100 (1), przy czym ostanie dwa można połączyć zamiennie. Pod żad-

nym pozorem nie podłączać innego wtyku tego rozgałęzionego przewodu do płytki

poza wtykiemW3C, ponieważ spowoduje uszkodzenie elektorniki PEdASK. Sygnały

sterujące z zadajnika ZD100 (2) wyprowadzić na płytkę, przez podłączenie wtyku

W5A do złącza ZD100 (2) oraz W5B z G5 płytki drukowanej. Doprowadzić za-

silanie dla płytki zewnętrznym zasilaczem ZN9/300 do gniazda G7. G8 połączyć

z W8PB, drugi koniec W8PA z W8U — wyprowadzonymi uzwojeniami silnika. Ko-

lory przewodów po obu stronach złącza powinny się zgadzać. Zasilanie z ZN100L

wprowadzić do układu przez podłączenieW10PC z G10. Przypadkowa zamiana obu

zasilań nie spowoduje uszkodzenia, ponieważ przekrój złącza PWR został dobrany

w ten sposób, aby nie było możliwe załączenie wyższego napięcia na płytkę niż do-

puszczalne. Gniazdo G9 wprowadza sygnały sterowania fazami silnika przez wtyk

W9U. Natomiast sterowania do SMC81RP należy doprowadzić przez taśmę, zwra-

cając szczególną uwagę na oznaczenia pierwszego pinu na płytce (czarną kropką) —

W11A do gniazda G11, a drugi koniec taśmy W11B do złącza sterującego sterow-

nika silnika krokowego, po uprzednim wyciągnięciu ewentualnych zworek. Listwa

zaciskowa powinna w obu przypadkach kierować taśmę na zewnątrz urządzenia.

Szczegółowy opis pinów znajduje się na rys. 3.26.


Okablowanie

Do montażu należy wykorzystać okablowanie z rys. 3.26.

3.9.3 2 tryb pracy — jednoczesne wykorzystanie komputera

i urządzeń do sterowania/pomiarów

Do tego trybu pracy należy podłączyć jeszcze jeden przewód do łącza LPT kom-

putera. Zasadniczo tą konfigurację można podzielić na dwa przypadki: sterowanie

z komputera za pomocą portu LPT i oprogramowania inżynierskiego, przy pomia-

rach prowadzonych na licznikach. Wystarczy wówczas tylko połączyć G1 z PC,

reszta połączeń pozostawić jak w 1-wszym trybie pracy. Drugi przypadek polega

na sterowaniu z zadajnika i dokonywaniu pomiarów na komputerze, przy czym nie

jest konieczne odłączanie przewodów z zadajnika. Ogólny schemat połączeń został

przedstawiony na rys. 3.27.

Montaż stanowiska

Dodatkowo w stosunku do trybu drugiego należy połączyć gniazdo G1 z wtykiem

W1A, natomiast drugi koniec W1B z portem LPT komputera.

Okablowanie


3.9.4 3 tryb pracy — sterowanie i pomiar na komputerze

Montaż stanowiska

Montaż układu w tej konfiguracji jest analogiczny do poprzedniego trybu pracy,

za wyjątkiem połączenia z zadajnikiem, które jest całkowicie zbędne oraz połącze-

niem enkoder – PEdASK, gdzie należy bezpośrednio połączyć wtyk W4U z gniaz-

dem G4. Przetwornik obrotowo-impulsowy jest teraz zasilany z płytki. Kompletny

opis wszystkich połączeń do pracy w tej konfiguracji, stanowiącej ostateczną wersję

nowego stanowiska został przedstawiony na schemacie montażowym (rys.3.28).

Okablowanie


3.10. Zbudowane stanowisko do badania własności silnika krokowego 61

3.10 Zbudowane stanowisko do badania własności silnika

krokowego

Fotografia w pełni funkcjonalnego stanowiska w ostatecznym połączeniu zamiesz-

czono na rys. 3.29 Konfiguracja połączeń jest zgodna z opisem z rozdziału 3.9.4 oraz

schematem montażowym 3.28.

Rysunek 3.29: Fotografia zbudowanego stanowiska do badania własności silnika

krokowego

3.11 Pomiary i ograniczenia

Zbadano sygnał taktujący CLK generowany przez zadajnik ZD100 na wejściu

sterownika silnika krokowego SMC81RP. Ma on przebieg typowo impulsowy (rys.

3.30), natomiast ten sam sygnał na wejściu portu LPT, po odfiltrowaniu wysokich

częstotliwości przez układ PEdASK ma o wiele ładniejszy, wygładzony przebieg

z wyraźnym stanem logicznym na poziomie 0V (rys. 3.30). Niestety impulsy te

trwają zbyt krótko, aby odczytać je na komputerze z aktualnym systemem.

Sterowanie impulsowe okazuje się bardzo dobrze sprawdzać, zwłaszcza przy du-

żych częstotliwościach.

Sygnał taktujący generowany przez komputer (oprogramowanie inżynierskie) ma

przebieg prostokątny o zmiennym czasie wypełnienia, ściśle zależnym od obciążenia

systemu innymi zadaniami. Błędy w opóźnieniach sygnałów oraz nawet ich chwilowy

3.11. Pomiary i ograniczenia 62

zanik może powodować drgania silnika, którego praca jest uzależniona od sygnałów

sterujących i bezwładności przy niezerowej masie silnika, które można zaniedbać

przy odpowiednim sterowaniu.

Rysunek 3.30: Pomiar sygnału sterującego CLK pomiędzy zadajnikiem a ste-

rownikiem SMC81RP

Rysunek 3.31: Pomiar sygnału sterującego CLK na wejściu portu LPT

Natomiast analiza stanów logicznych na porcie LPT w czasie trwania pracy

układu sterowanego z zadajnika umieszczono poniżej (rys. 3.32). Jednoznacznie wi-

dać przebieg sygnałów z obu kanałów pochodzących z enkodera MOK40. W ostat-

nim wierszu tego wykresu sygnał umieszczono przebieg obsługi przerwania. Czas

obsługi przyjęcia pojedynczej porcji danych jest wyznaczony czasem trwania stanu

„L”.

3.12. Zalecenia użytkowania układu 63

Rysunek 3.32: Pomiar sygnałów w monitorze portu LPT

Wyznaczanie przebytej drogi i położenia silnika opiera się zliczaniu impulsów,

a kierunek obrotu jest wyznaczony przez przesunięcie fazowe tych dwóch kanałów

pochodzących z przetwornik obrotowo-impulsowego (rys. 3.33).

Rysunek 3.33: Zmiana kierunku obrotu silnika

3.12 Zalecenia użytkowania układu

Do zezwolenia pracy sterownika SMC81RP należy ustawić przełączniki STOP

w stan logiczny „1”, natomiast ENABLE „0”, zgodnie z zaleceniami w dokumentacji

sterownika silnika krokowego [27].

Przed przystąpieniem do pomiarów należy podpiąć sondę lub specjalne „żabki”,

ustawić maksymalny zakres pomiarów na przyrządzie pomiarowym dopiero wtedy

załączy zasilanie do układu i poszukiwać odpowiednich ustawień.

3.13. Wnioski 64

Przy dokonywaniu pomiarów na bocznikach prądowych R19 i R20 oscyloskopem,

należy zwrócić szczególną uwagę, aby nie zewrzeć tych dwóch sygnałów. W celu

zabezpieczenia układu przed takimi ewentualnościami, wyprowadzono odpowiednie

potencjały na gniazda pomiarowe G12 i G13.

W żadnym przypadku nie wolno załączać dwóch kanałów jednoczenie do jednego

oscyloskopu, ponieważ grozi to uszkodzeniem sterownika. Jest to związane z typową

budową oscyloskopów, bez separacji galwanicznej kanałów. Pomiary te można wy-

konywać tylko na wyraźne polecenie prowadzącego. Do przeprowadzania pomiaru

na jednym oscyloskopie należy wykorzystać specjalne sondy pomiarowe, które ze

względu na specyfikę nie są jeszcze zawarte w zestawie tego stanowiska.

3.13 Wnioski

Układ PEdASK został zaprojektowany jako uniwersalny układ do pracy w wielu

konfiguracjach na tym stanowisku. Jego zasada działania jest względnie prosta,

a wykonanie stosowne do charakteru pracy. Dużym atutem tego układu było wy-

korzystanie w kolejnych etapach powstawania projektu.

W dalszej części rozwijania zagadnienia sterowania silnikami krokowymi nale-

żałoby się jednak skupić na miniaturyzacji układu, zapewnia sprzętowego wspo-

magania przy sterowaniu (pamięć układu). Idąc w drugim kierunku – pomiarów,

wskazane jest wykorzystanie zegara i pamięci zewnętrznej, aby czas zmiany sygna-

łów i ich stan był zapisany niezależnie od obciążenia systemu operacyjnego. Wy-

korzystanie układów FPGA do w.w. celów jest możliwe i umożliwia uniezależnienie

dokonywania zmian w budowie samej płytki drukowanej od wprowadzania kolejnych

udoskonaleń i funkcji pomiędzy stałą liczbą połączonych portów we/wy.

3.13. Wnioski 65

1

1

2

2

3

3

4

4

H H

G G

F F

E E

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A3

Date: 2007-01-26 Sheet ofFile: W:\work_studia\..\kabelki_bez_plytki.schdocDrawn By:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

G2

DB9 - M

1

SMC81 IN

CLK

GND

1 ENDIRM1M2M3STOPGND

M1, M2, M3 - ustawianie mikrokroku,ENABLE zwarte do masy - zezwolenie na pracę sterownika,

Bez płytki PEDASK niezbędne są zworki.Przy podłączeniu płytki należy zdjąć wszystkie zworki z M1, M2, M3 oraz ENABLE i nałożyć taśmę.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

ZD100 (2)

DB9 - F

CLKCLK/ (GND)

DIRDIR/ (GND)

GND EMITER OUT(3-6)

PORTY WYJŚCIOWE OPTOIZOLOWANE

KOLEKTOR OUT3KOLEKTOR OUT4KOLEKTOR OUT5

KOLEKTOR OUT6

CLK - ZIELONYCLK/ (GND) - CZARNY

DIR - CZERWONYDIR/ (GND) - CZARNY

GND - CZARNY

256

15

16

ZD100 ZłĄCZE WYJŚCIOWE STERUJĄCE

SILNIK KROKOWY 57BYG081

12345678910

W8U

Header 10 - F



123456

W9 UB

Header 6 - M


A - CZERWONYA/ - ŻÓŁTY

B - BRĄZOWYB/ - ZIELONY Zasil.SMC81 GND

Zasil.SMC81 32V +


123456

W9U

SMC 81

123456789

10

W8 UA

Header 10 - M

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

W3 A

DB9 - M

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

W4 A

DB9 - M

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

W3 B

DB - M

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

W4 U

DB9 - F

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

LP100 (1)

DB9 - F

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

MD100 (1)

DB9 - F

ENKODER MOK40

LP100

MD100

Vcc - BRĄZOWY

KANAŁ B - BIAŁY

KANAŁ A - CZARNY

GND - NIEBIESKI

KANAŁ C - POMAR.

KANAŁ - A

KANAŁ - B

GND

Vcc +12V

KANAŁ - C

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

W3 C

DB9 - F

SZARY

ZIELONY

CZERWONY

ŻÓŁTY

BIAŁY

SZARY

ZIELONY

CZERWONY

ŻÓŁTY

KANAŁ - A

KANAŁ - B

GND

Vcc +12V

KANAŁ - C

Przy połączeniu bezpośrednim urządzeń, należy podłączyć przewody jak na schemacie.

Należy zwrócić uwagę na przewód z czterema gniazdami DB9.Przy pracy układu bez płytki PEDASK, jeden przewód (najdłuższy) pozostaje niepodłączony - W3 C.

Zamienienie wtyków W3 A, W3 B nie ma znaczenia.Zasilanie do enkodera MOK jest doprowadzone z liczników przez wtyk W4 A.

SMC81 ZŁĄCZE WYJŚCIOWE, ZASILANIA

ZŁĄCZE - TAŚMA DO SMC81

URZĄDZENIA URZĄDZENIAPRZEWODY

Anna Cieśnik

Przewody i połączenia do pracy bezpośredniej

Header 6 - F

P0G201

P0G202

P0G203

P0G204

P0G205

P0G206

P0G207

P0G208

P0G209

P0G2010

P0G2011

P0LP100 (1)01

P0LP100 (1)02

P0LP100 (1)03

P0LP100 (1)04

P0LP100 (1)05

P0LP100 (1)06

P0LP100 (1)07

P0LP100 (1)08

P0LP100 (1)09

P0LP100 (1)010

P0LP100 (1)011

P0MD100 (1)01

P0MD100 (1)02

P0MD100 (1)03

P0MD100 (1)04

P0MD100 (1)05

P0MD100 (1)06

P0MD100 (1)07

P0MD100 (1)08

P0MD100 (1)09

P0MD100 (1)010

P0MD100 (1)011

P0W3 A01

P0W3 A02

P0W3 A03

P0W3 A04

P0W3 A05

P0W3 A06

P0W3 A07

P0W3 A08

P0W3 A09

P0W3 A010

P0W3 A011

P0W3 B01

P0W3 B02

P0W3 B03

P0W3 B04

P0W3 B05

P0W3 B06

P0W3 B07

P0W3 B08

P0W3 B09

P0W3 B010

P0W3 B011

P0W3 C01

P0W3 C02

P0W3 C03

P0W3 C04

P0W3 C05

P0W3 C06

P0W3 C07

P0W3 C08

P0W3 C09

P0W3 C010

P0W3 C011

P0W4 A01

P0W4 A02

P0W4 A03

P0W4 A04

P0W4 A05

P0W4 A06

P0W4 A07

P0W4 A08

P0W4 A09

P0W4 A010

P0W4 A011

P0W4 U01

P0W4 U02

P0W4 U03

P0W4 U04

P0W4 U05

P0W4 U06

P0W4 U07

P0W4 U08

P0W4 U09

P0W4 U010

P0W4 U011

P0W8U01

P0W8U02

P0W8U03

P0W8U04

P0W8U05

P0W8U06

P0W8U07

P0W8U08

P0W8U09

P0W8U010

P0W8 UA01

P0W8 UA02

P0W8 UA03

P0W8 UA04

P0W8 UA05

P0W8 UA06

P0W8 UA07

P0W8 UA08

P0W8 UA09

P0W8 UA010

P0W9U01

P0W9U02

P0W9U03

P0W9U04

P0W9U05

P0W9U06

P0W9 UB01

P0W9 UB02

P0W9 UB03

P0W9 UB04

P0W9 UB05

P0W9 UB06

P0ZD100 (2)01

P0ZD100 (2)02

P0ZD100 (2)03

P0ZD100 (2)04

P0ZD100 (2)05

P0ZD100 (2)06

P0ZD100 (2)07

P0ZD100 (2)08

P0ZD100 (2)09

P0ZD100 (2)010

P0ZD100 (2)011

P0LP100 (1)05

P0MD100 (1)05

N0GND

P0GND

P0GND

P0GND

P0STOP

P0G201

P0DIR 0 CZERWONY

P0G202

P0CLK 0 ZIELONY

P0G203

P0G204

P0G205

P0G206

P0DIR/ (GND) 0 CZARNY

P0G207

P0CLK/ (GND) 0 CZARNY

P0G208

P0G209

P0GND 0 CZARNY

P0G2010

P0G2011

P0LP100 (1)01

P0MD100 (1)01

P0VCC +12V

P0VCC +12V

P0LP100 (1)02

P0MD100 (1)02

P0KANA£ 0 C

P0KANA£ 0 C

P0LP100 (1)03

P0MD100 (1)03

P0KANA£ 0 A

P0KANA£ 0 A

P0LP100 (1)04

P0MD100 (1)04

P0KANA£ 0 B

P0KANA£ 0 B

P0LP100 (1)06

P0LP100 (1)07

P0LP100 (1)08

P0LP100 (1)09

P0LP100 (1)010

P0LP100 (1)011

P0MD100 (1)06

P0MD100 (1)07

P0MD100 (1)08

P0MD100 (1)09

P0MD100 (1)010

P0MD100 (1)011

P0W3 A01

P0W3 B01

P0W4 A01

P0BIA£Y

P0W3 A02

P0W3 B02

P0W3 C02 P0W4 A02

P0SZARY

P0SZARY

P0W3 A03

P0W3 B03

P0W3 C03 P0W4 A03

P0¯Ó£TY

P0¯Ó£TY

P0W3 A04

P0W3 B04

P0W3 C04 P0W4 A04

P0CZERWONY

P0CZERWONY

P0W3 A05

P0W3 B05

P0W3 C05 P0W4 A05

P0ZIELONY

P0ZIELONY

P0W3 A06

P0W3 A07

P0W3 A08

P0W3 A09

P0W3 A010

P0W3 A011

P0W3 B010

P0W3 B011

P0W4 A010

P0W4 A011

P0W3 B06

P0W3 B07

P0W3 B08

P0W3 B09

P0W3 C01

P0W3 C06

P0W3 C07

P0W3 C08

P0W3 C09

P0W3 C010

P0W3 C011

P0W4 A06

P0W4 A07

P0W4 A08

P0W4 A09

P0W4 U01 P0VCC 0 BR¥ZOWY

P0W4 U02 P0KANA£ C 0 POMAR0

P0W4 U03 P0KANA£ A 0 CZARNY

P0W4 U04 P0KANA£ B 0 BIA£Y

P0W4 U05 P0GND 0 NIEBIESKI

P0W4 U06

P0W4 U07

P0W4 U08

P0W4 U09

P0W4 U010

P0W4 U011

P0W8 UA01

P0W9 UB01

P0VCC 0 CZERWONY

P0W8 UA05

P0W8 UA06

P0W8 UA09

P0W8 UA010

P0W8U01 P0VCC 0 CZERWONY

P0W8 UA02 P0W8U02

P0W9 UB02

P0GND 0 NIEBIESKI P0GND 0 NIEBIESKI

P0W8 UA03 P0W8U03

P0W9 UB06

P0A 0 CZERWONY P0A 0 CZERWONY

P0W8 UA04 P0W8U04

P0W9 UB05

P0A/ 0 ¯Ó£TY P0A/ 0 ¯Ó£TY

P0W8U05 P0A* 0 NIEBIESKI

P0W8U06 P0A*/ 0 CZARNY

P0W8 UA07 P0W8U07

P0W9 UB04

P0B 0 BR¥ZOWY P0B 0 BR¥ZOWY

P0W8 UA08 P0W8U08

P0W9 UB03

P0B/ 0 ZIELONY P0B/ 0 ZIELONY

P0W8U09 P0B* 0 BIA£Y


P0W9U01 P0ZASIL0SMC81 32V +

P0W9U02 P0ZASIL0SMC81 GND

P0W9U03 P0FAZA 0 B/

P0W9U04 P0FAZA 0 B

P0W9U05 P0FAZA 0 A/

P0W9U06 P0FAZA 0 A

P0ZD100 (2)01 P0DIR/ (GND)

P0ZD100 (2)02 P0CLK

P0CLK

P0ZD100 (2)03 P0KOLEKTOR OUT3



P0ZD100 (2)06 P0DIR

P0DIR P0ZD100 (2)07 P0CLK/ (GND)


P0ZD100 (2)09 P0GND EMITER OUT(306)

P0ZD100 (2)010

P0ZD100 (2)011

P0GND

P0STOP

P0DIR

P0CLK

P0DIR 0 CZERWONY

P0CLK 0 ZIELONY



P0GND 0 CZARNY

P0VCC +12V

P0KANA£ 0 C

P0KANA£ 0 A

P0KANA£ 0 B

P0BIA£Y

P0SZARY

P0¯Ó£TY

P0CZERWONY

P0ZIELONY

P0VCC 0 BR¥ZOWY

P0KANA£ C 0 POMAR0

P0KANA£ A 0 CZARNY

P0KANA£ B 0 BIA£Y

P0GND 0 NIEBIESKI

P0VCC 0 CZERWONY

P0A* 0 NIEBIESKI

P0A*/ 0 CZARNY

P0B* 0 BIA£Y

P0B*/ 0 FIOLETOWY

P0VCC 0 CZERWONY

P0GND 0 NIEBIESKI

P0A 0 CZERWONY

P0A/ 0 ¯Ó£TY

P0B 0 BR¥ZOWY

P0B/ 0 ZIELONY

P0ZASIL0SMC81 32V +

P0ZASIL0SMC81 GND

P0FAZA 0 B/

P0FAZA 0 B

P0FAZA 0 A/

P0FAZA 0 A

P0DIR/ (GND)

P0KOLEKTOR OUT3

P0KOLEKTOR OUT5

P0KOLEKTOR OUT6

P0CLK/ (GND)

P0KOLEKTOR OUT4

P0GND EMITER OUT(306)

N0GND

P0LP100 (1)05

P0MD100 (1)05

P0GND

P0STOP

P0G201

P0DIR 0 CZERWONY

P0G202

P0CLK 0 ZIELONY

P0G203

P0G204

P0G205

P0G206


P0G207


P0G208

P0G209

P0GND 0 CZARNY

P0G2010

P0G2011

P0LP100 (1)01

P0MD100 (1)01

P0VCC +12V

P0LP100 (1)02

P0MD100 (1)02

P0KANA£ 0 C

P0LP100 (1)03

P0MD100 (1)03

P0KANA£ 0 A

P0LP100 (1)04

P0MD100 (1)04

P0KANA£ 0 B

P0LP100 (1)06

P0LP100 (1)07

P0LP100 (1)08

P0LP100 (1)09

P0LP100 (1)010

P0LP100 (1)011

P0MD100 (1)06

P0MD100 (1)07

P0MD100 (1)08

P0MD100 (1)09

P0MD100 (1)010

P0MD100 (1)011

P0W3 A01

P0W3 B01

P0W4 A01

P0BIA£Y

P0W3 A02

P0W3 B02

P0W3 C02 P0W4 A02

P0SZARY

P0W3 A03

P0W3 B03

P0W3 C03 P0W4 A03

P0¯Ó£TY

P0W3 A04

P0W3 B04

P0W3 C04 P0W4 A04

P0CZERWONY

P0W3 A05

P0W3 B05

P0W3 C05 P0W4 A05

P0ZIELONY

P0W3 A06

P0W3 A07

P0W3 A08

P0W3 A09

P0W3 A010

P0W3 A011

P0W3 B010

P0W3 B011

P0W4 A010

P0W4 A011

P0W3 B06

P0W3 B07

P0W3 B08

P0W3 B09

P0W3 C01

P0W3 C06

P0W3 C07

P0W3 C08

P0W3 C09

P0W3 C010

P0W3 C011

P0W4 A06

P0W4 A07

P0W4 A08

P0W4 A09






P0W4 U06

P0W4 U07

P0W4 U08

P0W4 U09

P0W4 U010

P0W4 U011

P0W8 UA01

P0W9 UB01

P0VCC 0 CZERWONY

P0W8 UA05

P0W8 UA06

P0W8 UA09

P0W8 UA010


P0W8 UA02 P0W8U02

P0W9 UB02

P0GND 0 NIEBIESKI

P0W8 UA03 P0W8U03

P0W9 UB06

P0A 0 CZERWONY

P0W8 UA04 P0W8U04

P0W9 UB05

P0A/ 0 ¯Ó£TY

P0W8U05 P0A* 0 NIEBIESKI

P0W8U06 P0A*/ 0 CZARNY

P0W8 UA07 P0W8U07

P0W9 UB04

P0B 0 BR¥ZOWY

P0W8 UA08 P0W8U08

P0W9 UB03

P0B/ 0 ZIELONY

P0W8U09 P0B* 0 BIA£Y


P0W9U01 P0ZASIL0SMC81 32V +

P0W9U02 P0ZASIL0SMC81 GND

P0W9U03 P0FAZA 0 B/

P0W9U04 P0FAZA 0 B

P0W9U05 P0FAZA 0 A/

P0W9U06 P0FAZA 0 A

P0ZD100 (2)01 P0DIR/ (GND)

P0ZD100 (2)02 P0CLK




P0ZD100 (2)06 P0DIR

P0ZD100 (2)07 P0CLK/ (GND)



P0ZD100 (2)010

P0ZD100 (2)011

Rysunek 3.25: Opis przewodów do montażu stanowiska w 0 trybie pracy

3.13. Wnioski 66

1

1

2

2

3

3

4

4

H H

G G

F F

E E

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A3

Date: 2007-01-10 Sheet ofFile: W:\work_studia\..\kabelki_z_plytka.schdoc Drawn By:

1

20

2

21

3

22

4

23

5

24

6

25

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

27

26

W1 B

DHP8 - 25 F

1

20

2

21

3

22

4

23

5

24

6

25

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

27

26

W1A

DHP8 - 25 M

1

20

2

21

3

22

4

23

5

24

6

25

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

27

26

DHP8 - 25 F

PC - LPT

SILNIK KROKOWY 57BYG081

SMC81 ZŁĄCZE WYJŚCIOWE, ZASILANIA

21436587

109121114131615

Header 8X2 - M

CLKENDIRM1M2M3STOP

SMC81 GNIAZDO WEJŚCIOWE ZŁĄCZE - TAŚMA DO SMC81

PEDASK

12345678910

W8U

Header 10 - F



12345678

G8

OUT: 57 BYG 081

AA/A*A*/BB/B*B*/

/DIR

/CLK2 14 36 58 710 912 1114 1316 15

Header 8X2 - M

CLKENDIRM1M2M3STOP

/DIR

/CLK

21436587

109121114131615

Header 8X2 - F

2 14 36 58 710 912 1114 1316 15

Header 8X2 - F

12345678

W8 PB

Header 8 - F

123456789

10

W8 PA

Header 10 - M

GND - CZAR+CZERWVcc - CZARNY

A - CZERWONYA/ - ŻÓŁTYA* - NIEBIESKIA*/ - CZARNYB - BRĄZOWYB/ - ZIELONYB* - BIAŁYB*/ - CZAR+CZERW

1

23

W10 PC

PWR2.51

23

G10

PWR2.5

Zasil.SMC81 GNDZasil.SMC81 32V +


123456

G9

IN: SMC 81

123456

W9U

SMC 81

Zasil.SMC81 GNDZasil.SMC81 32V +


1

20

2

21

3

22

4

23

5

24

6

25

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

27

26

G1

LPT - PC

A/B >

CLK > SMC81

DIR > SMC81

EN > SMC81

STOP > SMC81

M1 > SMC81

M2 > SMC81

M3 > SMC81

IRQ <

IRQ CLR >

B < MOK40

DIR/ TEST IRQ <

A < MOK40

CLK < ZD100/PC

OVR <

OVR CLR >

DHP8 - 25 M

Vcc +32VGND

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

ZD100 (2)

DB9 - F

ZD100 ZłĄCZE WYJŚCIOWE STERUJĄCE

CLKCLK/ (GND)

DIRDIR/ (GND)

GND EMITER OUT(3-6)

PORTY WYJŚCIOWE OPTOIZOLOWANE

KOLEKTOR OUT3KOLEKTOR OUT4KOLEKTOR OUT5

KOLEKTOR OUT6

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

G5

ZD 100 (2)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

W5 A

DB9 - M

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

W5 B

DB9 - F

CLKCLK/ (GND)

DIRDIR/ (GND)

GND

DB9 - M

SZARY

ZIELONYCZERWONY

ŻÓŁTY

BIAŁY

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

W3 A

DB9 - M

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

W4 A

DB9 - M

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

W3 B

DB - M

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

W4 U

DB9 - F

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

LP100 (1)

DB9 - F

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

MD100 (1)

DB9 - F

ENKODER MOK40

LP100

MD100

Vcc - BRĄZOWY

KANAŁ B - BIAŁY

KANAŁ A - CZARNY

GND - NIEBIESKI

KANAŁ C - POMAR.

KANAŁ - A

KANAŁ - B

GND

Vcc +12V

KANAŁ - C

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

W3 C

DB9 - F

SZARY

ZIELONY

CZERWONY

ŻÓŁTY

BIAŁY

SZARY

ZIELONY

CZERWONY

ŻÓŁTY

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

G3

LP 100/MD 100OUT: A B C GND

KANAŁ - A

KANAŁ - B

GND

Vcc +12V

KANAŁ - C

KANAŁ - A

KANAŁ - B

GND

KANAŁ - C

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

G4

MOK 40IN: A B C, OUT: Vcc GND

KANAŁ - A

KANAŁ - B

GND

Vcc +12V

KANAŁ - C

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11

10

G2

LP 100/MD 100OUT: A B GND

KANAŁ - A

KANAŁ - B

GND

Po lewej stronie schematu zaznaczono złącza urządzeń, po prawej stronie, gniazda w płytce PEDASK.

Zaleca się stosować bezpośrednie połączenie enkodera MOK40 z płytką PEDASK:- wtyk W4U do gniazda G4, bez korzystania z dodatkowego okablowania- liczniki LP100 i MD100 nie są wówczas wykorzystywane- enkoder w takim połączeniu zasialny jest z płytki.

PRZEWODYURZĄDZENIA

Anna Cieśnik

Przewody i połączenia do pracy z płytką PEDASK

Header 8 - M

Header 6 - MHeader 6 - F

G11

W11 BW11 A

P0DHP8 0 25 F01

P0DHP8 0 25 F02

P0DHP8 0 25 F03

P0DHP8 0 25 F04

P0DHP8 0 25 F05

P0DHP8 0 25 F06

P0DHP8 0 25 F07

P0DHP8 0 25 F08

P0DHP8 0 25 F09

P0DHP8 0 25 F010

P0DHP8 0 25 F011

P0DHP8 0 25 F012

P0DHP8 0 25 F013

P0DHP8 0 25 F014

P0DHP8 0 25 F015

P0DHP8 0 25 F016

P0DHP8 0 25 F017

P0DHP8 0 25 F018

P0DHP8 0 25 F019

P0DHP8 0 25 F020

P0DHP8 0 25 F021

P0DHP8 0 25 F022

P0DHP8 0 25 F023

P0DHP8 0 25 F024

P0DHP8 0 25 F025

P0DHP8 0 25 F026

P0DHP8 0 25 F027

P0Header 8X2 0 M01 P0Header 8X2 0 M02
















P0Header 8X2 0 F01 P0Header 8X2 0 F02
















P0G101

P0G102

P0G103

P0G104

P0G105

P0G106

P0G107

P0G108

P0G109

P0G1010

P0G1011

P0G1012

P0G1013

P0G1014

P0G1015

P0G1016

P0G1017

P0G1018

P0G1019

P0G1020

P0G1021

P0G1022

P0G1023

P0G1024

P0G1025

P0G1026

P0G1027

P0G201

P0G202

P0G203

P0G204

P0G205

P0G206

P0G207

P0G208

P0G209

P0G2010

P0G2011

P0G301

P0G302

P0G303

P0G304

P0G305

P0G306

P0G307

P0G308

P0G309

P0G3010

P0G3011

P0G401

P0G402

P0G403

P0G404

P0G405

P0G406

P0G407

P0G408

P0G409

P0G4010

P0G4011

P0G501

P0G502

P0G503

P0G504

P0G505

P0G506

P0G507

P0G508

P0G509

P0G5010

P0G5011

P0G801

P0G802

P0G803

P0G804

P0G805

P0G806

P0G807

P0G808

P0G901

P0G902

P0G903

P0G904

P0G905

P0G906

P0G1001

P0G1001A P0G1001B

P0G1002

P0G1002A P0G1002B

P0G1003

P0G1003A P0G1003B

P0LP100 (1)01

P0LP100 (1)02

P0LP100 (1)03

P0LP100 (1)04

P0LP100 (1)05

P0LP100 (1)06

P0LP100 (1)07

P0LP100 (1)08

P0LP100 (1)09

P0LP100 (1)010

P0LP100 (1)011

P0MD100 (1)01

P0MD100 (1)02

P0MD100 (1)03

P0MD100 (1)04

P0MD100 (1)05

P0MD100 (1)06

P0MD100 (1)07

P0MD100 (1)08

P0MD100 (1)09

P0MD100 (1)010

P0MD100 (1)011

P0W1A01

P0W1A02

P0W1A03

P0W1A04

P0W1A05

P0W1A06

P0W1A07

P0W1A08

P0W1A09

P0W1A010

P0W1A011

P0W1A012

P0W1A013

P0W1A014

P0W1A015

P0W1A016

P0W1A017

P0W1A018

P0W1A019

P0W1A020

P0W1A021

P0W1A022

P0W1A023

P0W1A024

P0W1A025

P0W1A026

P0W1A027

P0W1 B01

P0W1 B02

P0W1 B03

P0W1 B04

P0W1 B05

P0W1 B06

P0W1 B07

P0W1 B08

P0W1 B09

P0W1 B010

P0W1 B011

P0W1 B012

P0W1 B013

P0W1 B014

P0W1 B015

P0W1 B016

P0W1 B017

P0W1 B018

P0W1 B019

P0W1 B020

P0W1 B021

P0W1 B022

P0W1 B023

P0W1 B024

P0W1 B025

P0W1 B026

P0W1 B027

P0W3 A01

P0W3 A02

P0W3 A03

P0W3 A04

P0W3 A05

P0W3 A06

P0W3 A07

P0W3 A08

P0W3 A09

P0W3 A010

P0W3 A011

P0W3 B01

P0W3 B02

P0W3 B03

P0W3 B04

P0W3 B05

P0W3 B06

P0W3 B07

P0W3 B08

P0W3 B09

P0W3 B010

P0W3 B011

P0W3 C01

P0W3 C02

P0W3 C03

P0W3 C04

P0W3 C05

P0W3 C06

P0W3 C07

P0W3 C08

P0W3 C09

P0W3 C010

P0W3 C011

P0W4 A01

P0W4 A02

P0W4 A03

P0W4 A04

P0W4 A05

P0W4 A06

P0W4 A07

P0W4 A08

P0W4 A09

P0W4 A010

P0W4 A011

P0W4 U01

P0W4 U02

P0W4 U03

P0W4 U04

P0W4 U05

P0W4 U06

P0W4 U07

P0W4 U08

P0W4 U09

P0W4 U010

P0W4 U011

P0W5 A01

P0W5 A02

P0W5 A03

P0W5 A04

P0W5 A05

P0W5 A06

P0W5 A07

P0W5 A08

P0W5 A09

P0W5 A010

P0W5 A011

P0W5 B01

P0W5 B02

P0W5 B03

P0W5 B04

P0W5 B05

P0W5 B06

P0W5 B07

P0W5 B08

P0W5 B09

P0W5 B010

P0W5 B011

P0W8 PA01

P0W8 PA02

P0W8 PA03

P0W8 PA04

P0W8 PA05

P0W8 PA06

P0W8 PA07

P0W8 PA08

P0W8 PA09

P0W8 PA010

P0W8 PB01

P0W8 PB02

P0W8 PB03

P0W8 PB04

P0W8 PB05

P0W8 PB06

P0W8 PB07

P0W8 PB08

P0W8U01

P0W8U02

P0W8U03

P0W8U04

P0W8U05

P0W8U06

P0W8U07

P0W8U08

P0W8U09

P0W8U010

P0W9U01

P0W9U02

P0W9U03

P0W9U04

P0W9U05

P0W9U06




P0ZD100 (2)01

P0ZD100 (2)02

P0ZD100 (2)03

P0ZD100 (2)04

P0ZD100 (2)05

P0ZD100 (2)06

P0ZD100 (2)07

P0ZD100 (2)08

P0ZD100 (2)09

P0ZD100 (2)010

P0ZD100 (2)011

P0G1014

P0G1018

P0G1019

P0G1020

P0G1021

P0G1022

P0G1023

P0G1024

P0G1025

P0G1026

P0G1027

P0G205

P0G2010

P0G2011

P0G305

P0G3010

P0G3011

P0G405

P0G4010

P0G4011

P0G509

P0G5010

P0G5011

P0G1002

P0G1002A P0G1002B

P0G1003

P0G1003A P0G1003B

P0Header 8X2 0 M01



P0Header 8X2 0 M05

P0Header 8X2 0 M07

P0Header 8X2 0 M07

P0Header 8X2 0 M09

P0Header 8X2 0 M09

P0Header 8X2 0 M011

P0Header 8X2 0 M011

P0Header 8X2 0 M013

P0Header 8X2 0 M013

P0Header 8X2 0 M015


P0Header 8X2 0 M016

P0LP100 (1)05

P0MD100 (1)05

N0GND

N0GND

N0GND

P0/CLK

P0/CLK

P0/DIR

P0/DIR

P0GND

P0GND

P0GND P0GND

P0GND

P0GND

P0GND

P0G101

P0IRQ CLR >

P0G102

P0A/B >

P0G103

P0STOP > SMC81

P0G104

P0M3 > SMC81

P0G105

P0M2 > SMC81

P0G106

P0M1 > SMC81

P0G107

P0DIR > SMC81

P0G108

P0EN > SMC81

P0G109

P0CLK > SMC81

P0G1010

P0IRQ <

P0G1011

P0CLK < ZD100/PC

P0G1012

P0B < MOK40

P0G1013

P0A < MOK40

P0G1015

P0DIR/ TEST IRQ <

P0G1016

P0OVR CLR >

P0G1017

P0OVR <

P0G201

P0G202

P0G203

P0G303

P0G403

P0LP100 (1)03

P0MD100 (1)03 P0KANA£ 0 A

P0KANA£ 0 A P0KANA£ 0 A

P0KANA£ 0 A

P0KANA£ 0 A

P0G204

P0G304

P0G404

P0LP100 (1)04

P0MD100 (1)04 P0KANA£ 0 B

P0KANA£ 0 B P0KANA£ 0 B

P0KANA£ 0 B

P0KANA£ 0 B

P0G206

P0G207

P0G208

P0G209

P0G301

P0G302

P0G402

P0LP100 (1)02

P0MD100 (1)02 P0KANA£ 0 C

P0KANA£ 0 C

P0KANA£ 0 C

P0KANA£ 0 C P0G306

P0G307

P0G308

P0G309

P0G401

P0LP100 (1)01

P0MD100 (1)01

P0VCC +12V

P0VCC +12V

P0VCC +12V

P0G406

P0G407

P0G408

P0G409

P0G501 P0ZD100 (2)01

P0DIR/ (GND) P0DIR/ (GND)

P0G503

P0G504

P0G505

P0G507 P0ZD100 (2)07

P0CLK/ (GND) P0CLK/ (GND)

P0G508

P0G801 P0A

P0G802 P0A/

P0G803 P0A*

P0G804 P0A*/

P0G805 P0B

P0G806 P0B/

P0G807 P0B*

P0G808 P0B*/

P0G901 P0W9U01 P0ZASIL0SMC81 32V + P0ZASIL0SMC81 32V +

P0G902 P0W9U02 P0ZASIL0SMC81 GND P0ZASIL0SMC81 GND

P0G903 P0W9U03 P0FAZA 0 B/ P0FAZA 0 B/

P0G904 P0W9U04 P0FAZA 0 B P0FAZA 0 B

P0G905 P0W9U05 P0FAZA 0 A/ P0FAZA 0 A/

P0G906 P0W9U06 P0FAZA 0 A P0FAZA 0 A

P0G1001

P0G1001A P0G1001B P0VCC +32V

P0LP100 (1)06

P0LP100 (1)07

P0LP100 (1)08

P0LP100 (1)09

P0LP100 (1)010

P0LP100 (1)011

P0MD100 (1)06

P0MD100 (1)07

P0MD100 (1)08

P0MD100 (1)09

P0MD100 (1)010

P0MD100 (1)011

P0W1A01 P0W1 B01

P0W1A02 P0W1 B02

P0W1A03 P0W1 B03

P0W1A04 P0W1 B04

P0W1A05 P0W1 B05

P0W1A06 P0W1 B06

P0W1A07 P0W1 B07

P0W1A08 P0W1 B08

P0W1A09 P0W1 B09

P0W1A010 P0W1 B010

P0W1A011 P0W1 B011

P0W1A012 P0W1 B012

P0W1A013 P0W1 B013

P0W1A014 P0W1 B014

P0W1A015 P0W1 B015

P0W1A016 P0W1 B016

P0W1A017 P0W1 B017

P0W1A018

P0W1A019

P0W1A020

P0W1A021

P0W1A022

P0W1A023

P0W1A024

P0W1A025

P0W1 B018

P0W1 B019

P0W1 B020

P0W1 B021

P0W1 B022

P0W1 B023

P0W1 B024

P0W1 B025

P0W1A026

P0W1A027

P0W1 B026

P0W1 B027

P0W3 A01

P0W3 B01

P0W4 A01

P0W5 A09 P0W5 B09

P0BIA£Y

P0BIA£Y

P0W3 A02

P0W3 B02

P0W3 C02 P0W4 A02

P0W5 A01 P0W5 B01

P0SZARY

P0SZARY

P0SZARY

P0W3 A03

P0W3 B03

P0W3 C03 P0W4 A03

P0W5 A07 P0W5 B07

P0¯Ó£TY

P0¯Ó£TY

P0¯Ó£TY

P0W3 A04

P0W3 B04

P0W3 C04 P0W4 A04

P0W5 A06 P0W5 B06

P0CZERWONY

P0CZERWONY

P0CZERWONY

P0W3 A05

P0W3 B05

P0W3 C05 P0W4 A05

P0W5 A02 P0W5 B02

P0ZIELONY

P0ZIELONY

P0ZIELONY

P0W3 A06

P0W3 A07

P0W3 A08

P0W3 A09

P0W3 A010

P0W3 A011

P0W3 B010

P0W3 B011

P0W4 A010

P0W4 A011

P0W3 B06

P0W3 B07

P0W3 B08

P0W3 B09

P0W3 C01

P0W3 C06

P0W3 C07

P0W3 C08

P0W3 C09

P0W3 C010

P0W3 C011

P0W4 A06

P0W4 A07

P0W4 A08

P0W4 A09






P0W4 U06

P0W4 U07

P0W4 U08

P0W4 U09

P0W4 U010

P0W4 U011

P0W5 A03

P0W5 A04

P0W5 A05

P0W5 A08

P0W5 A010

P0W5 A011

P0W5 B03

P0W5 B04

P0W5 B05

P0W5 B08

P0W5 B010

P0W5 B011

P0W8 PA01

P0W10 PC01 P0W10 PC01A P0W10 PC01B P0VCC 0 CZARNY

P0W8 PA02


P0W10 PC03 P0W10 PC03A P0W10 PC03B P0GND 0 CZAR+CZERW

P0W8 PA03 P0W8 PB01 P0W8U03 P0A 0 CZERWONY P0A 0 CZERWONY

P0W8 PA04 P0W8 PB02 P0W8U04 P0A/ 0 ¯Ó£TY P0A/ 0 ¯Ó£TY

P0W8 PA05 P0W8 PB03 P0W8U05 P0A* 0 NIEBIESKI P0A* 0 NIEBIESKI

P0W8 PA06 P0W8 PB04 P0W8U06 P0A*/ 0 CZARNY P0A*/ 0 CZARNY

P0W8 PA07 P0W8 PB05 P0W8U07 P0B 0 BR¥ZOWY P0B 0 BR¥ZOWY

P0W8 PA08 P0W8 PB06 P0W8U08 P0B/ 0 ZIELONY P0B/ 0 ZIELONY

P0W8 PA09 P0W8 PB07 P0W8U09 P0B* 0 BIA£Y P0B* 0 BIA£Y



P0W8U02 P0GND 0 NIEBIESKI







P0ZD100 (2)010

P0ZD100 (2)011

P0Header 8X2 0 F01

P0G502

P0Header 8X2 0 M02

P0Header 8X2 0 M02

P0ZD100 (2)02 P0CLK

P0CLK

P0CLK

P0CLK

P0Header 8X2 0 F03

P0Header 8X2 0 M04

P0Header 8X2 0 M04

P0EN

P0EN

P0Header 8X2 0 F05

P0G506

P0Header 8X2 0 M06

P0Header 8X2 0 M06

P0ZD100 (2)06 P0DIR

P0DIR

P0DIR

P0DIR

P0Header 8X2 0 F07

P0Header 8X2 0 M08

P0Header 8X2 0 M08

P0M1

P0M1

P0Header 8X2 0 F09

P0Header 8X2 0 M010

P0Header 8X2 0 M010

P0M2

P0M2

P0Header 8X2 0 F011

P0Header 8X2 0 M012

P0Header 8X2 0 M012

P0M3

P0M3

P0Header 8X2 0 F013

P0Header 8X2 0 M014

P0Header 8X2 0 M014

P0STOP

P0STOP


P0DHP8 0 25 F017

P0DHP8 0 25 F018

P0DHP8 0 25 F019

P0DHP8 0 25 F020

P0DHP8 0 25 F021

P0DHP8 0 25 F022

P0DHP8 0 25 F023

P0DHP8 0 25 F024

P0DHP8 0 25 F025

P0DHP8 0 25 F026

P0DHP8 0 25 F027

P0CLK

P0EN

P0DIR

P0M1

P0M2

P0M3

P0STOP

P0IRQ CLR >

P0A/B >

P0STOP > SMC81

P0M3 > SMC81

P0M2 > SMC81

P0M1 > SMC81

P0DIR > SMC81

P0EN > SMC81

P0CLK > SMC81

P0IRQ <

P0CLK < ZD100/PC

P0B < MOK40

P0A < MOK40

P0DIR/ TEST IRQ <

P0OVR CLR >

P0OVR <

P0KANA£ 0 A

P0KANA£ 0 B

P0KANA£ 0 C

P0VCC +12V

P0DIR/ (GND)

P0CLK/ (GND)

P0A

P0A/

P0A*

P0A*/

P0B

P0B/

P0B*

P0B*/

P0ZASIL0SMC81 32V +

P0ZASIL0SMC81 GND

P0FAZA 0 B/

P0FAZA 0 B

P0FAZA 0 A/

P0FAZA 0 A

P0VCC +32V

P0/CLK

P0/DIR

P0GND

P0BIA£Y

P0SZARY

P0¯Ó£TY

P0CZERWONY

P0ZIELONY

P0VCC 0 BR¥ZOWY

P0KANA£ C 0 POMAR0

P0KANA£ A 0 CZARNY

P0KANA£ B 0 BIA£Y

P0GND 0 NIEBIESKI

P0VCC 0 CZARNY

P0GND 0 CZAR+CZERW

P0A 0 CZERWONY

P0A/ 0 ¯Ó£TY

P0A* 0 NIEBIESKI

P0A*/ 0 CZARNY

P0B 0 BR¥ZOWY

P0B/ 0 ZIELONY

P0B* 0 BIA£Y

P0B*/ 0 CZAR+CZERW

P0VCC 0 CZERWONY

P0GND 0 NIEBIESKI

P0B*/ 0 FIOLETOWY

P0KOLEKTOR OUT3

P0KOLEKTOR OUT5

P0KOLEKTOR OUT6

P0KOLEKTOR OUT4

P0GND EMITER OUT(306)

N0GND

P0G1014

P0G1018

P0G1019

P0G1020

P0G1021

P0G1022

P0G1023

P0G1024

P0G1025

P0G1026

P0G1027

P0G205

P0G2010

P0G2011

P0G305

P0G3010

P0G3011

P0G405

P0G4010

P0G4011

P0G509

P0G5010

P0G5011

P0G1002

P0G1002A P0G1002B

P0G1003

P0G1003A P0G1003B

P0Header 8X2 0 M01

P0Header 8X2 0 M03

P0Header 8X2 0 M05

P0Header 8X2 0 M07

P0Header 8X2 0 M09


P0Header 8X2 0 M015

P0Header 8X2 0 M016

P0LP100 (1)05

P0MD100 (1)05

P0/CLK

P0/DIR

P0GND

P0G101

P0IRQ CLR >

P0G102

P0A/B >

P0G103

P0STOP > SMC81

P0G104

P0M3 > SMC81

P0G105

P0M2 > SMC81

P0G106

P0M1 > SMC81

P0G107

P0DIR > SMC81

P0G108

P0EN > SMC81

P0G109

P0CLK > SMC81

P0G1010

P0IRQ <

P0G1011

P0CLK < ZD100/PC

P0G1012

P0B < MOK40

P0G1013

P0A < MOK40

P0G1015

P0DIR/ TEST IRQ <

P0G1016

P0OVR CLR >

P0G1017

P0OVR <

P0G201

P0G202

P0G203

P0G303

P0G403

P0LP100 (1)03

P0MD100 (1)03 P0KANA£ 0 A

P0G204

P0G304

P0G404

P0LP100 (1)04

P0MD100 (1)04 P0KANA£ 0 B

P0G206

P0G207

P0G208

P0G209

P0G301

P0G302

P0G402

P0LP100 (1)02

P0MD100 (1)02 P0KANA£ 0 C

P0G306

P0G307

P0G308

P0G309

P0G401

P0LP100 (1)01

P0MD100 (1)01

P0VCC +12V

P0G406

P0G407

P0G408

P0G409

P0G501 P0ZD100 (2)01

P0DIR/ (GND)

P0G503

P0G504

P0G505

P0G507 P0ZD100 (2)07

P0CLK/ (GND)

P0G508

P0G801 P0A

P0G802 P0A/

P0G803 P0A*

P0G804 P0A*/

P0G805 P0B

P0G806 P0B/

P0G807 P0B*

P0G808 P0B*/

P0G901 P0W9U01 P0ZASIL0SMC81 32V +

P0G902 P0W9U02 P0ZASIL0SMC81 GND

P0G903 P0W9U03 P0FAZA 0 B/

P0G904 P0W9U04 P0FAZA 0 B

P0G905 P0W9U05 P0FAZA 0 A/

P0G906 P0W9U06 P0FAZA 0 A

P0G1001

P0G1001A P0G1001B P0VCC +32V

P0LP100 (1)06

P0LP100 (1)07

P0LP100 (1)08

P0LP100 (1)09

P0LP100 (1)010

P0LP100 (1)011

P0MD100 (1)06

P0MD100 (1)07

P0MD100 (1)08

P0MD100 (1)09

P0MD100 (1)010

P0MD100 (1)011

P0W1A01 P0W1 B01

P0W1A02 P0W1 B02

P0W1A03 P0W1 B03

P0W1A04 P0W1 B04

P0W1A05 P0W1 B05

P0W1A06 P0W1 B06

P0W1A07 P0W1 B07

P0W1A08 P0W1 B08

P0W1A09 P0W1 B09

P0W1A010 P0W1 B010

P0W1A011 P0W1 B011

P0W1A012 P0W1 B012

P0W1A013 P0W1 B013

P0W1A014 P0W1 B014

P0W1A015 P0W1 B015

P0W1A016 P0W1 B016

P0W1A017 P0W1 B017

P0W1A018

P0W1A019

P0W1A020

P0W1A021

P0W1A022

P0W1A023

P0W1A024

P0W1A025

P0W1 B018

P0W1 B019

P0W1 B020

P0W1 B021

P0W1 B022

P0W1 B023

P0W1 B024

P0W1 B025

P0W1A026

P0W1A027

P0W1 B026

P0W1 B027

P0W3 A01

P0W3 B01

P0W4 A01

P0W5 A09 P0W5 B09

P0BIA£Y

P0W3 A02

P0W3 B02

P0W3 C02 P0W4 A02

P0W5 A01 P0W5 B01

P0SZARY

P0W3 A03

P0W3 B03

P0W3 C03 P0W4 A03

P0W5 A07 P0W5 B07

P0¯Ó£TY

P0W3 A04

P0W3 B04

P0W3 C04 P0W4 A04

P0W5 A06 P0W5 B06

P0CZERWONY

P0W3 A05

P0W3 B05

P0W3 C05 P0W4 A05

P0W5 A02 P0W5 B02

P0ZIELONY

P0W3 A06

P0W3 A07

P0W3 A08

P0W3 A09

P0W3 A010

P0W3 A011

P0W3 B010

P0W3 B011

P0W4 A010

P0W4 A011

P0W3 B06

P0W3 B07

P0W3 B08

P0W3 B09

P0W3 C01

P0W3 C06

P0W3 C07

P0W3 C08

P0W3 C09

P0W3 C010

P0W3 C011

P0W4 A06

P0W4 A07

P0W4 A08

P0W4 A09






P0W4 U06

P0W4 U07

P0W4 U08

P0W4 U09

P0W4 U010

P0W4 U011

P0W5 A03

P0W5 A04

P0W5 A05

P0W5 A08

P0W5 A010

P0W5 A011

P0W5 B03

P0W5 B04

P0W5 B05

P0W5 B08

P0W5 B010

P0W5 B011

P0W8 PA01

P0W10 PC01 P0W10 PC01A P0W10 PC01B P0VCC 0 CZARNY

P0W8 PA02


P0W10 PC03 P0W10 PC03A P0W10 PC03B P0GND 0 CZAR+CZERW

P0W8 PA03 P0W8 PB01 P0W8U03 P0A 0 CZERWONY

P0W8 PA04 P0W8 PB02 P0W8U04 P0A/ 0 ¯Ó£TY

P0W8 PA05 P0W8 PB03 P0W8U05 P0A* 0 NIEBIESKI

P0W8 PA06 P0W8 PB04 P0W8U06 P0A*/ 0 CZARNY

P0W8 PA07 P0W8 PB05 P0W8U07 P0B 0 BR¥ZOWY

P0W8 PA08 P0W8 PB06 P0W8U08 P0B/ 0 ZIELONY

P0W8 PA09 P0W8 PB07 P0W8U09 P0B* 0 BIA£Y



P0W8U02 P0GND 0 NIEBIESKI







P0ZD100 (2)010

P0ZD100 (2)011

P0Header 8X2 0 F01

P0G502

P0Header 8X2 0 M02

P0ZD100 (2)02 P0CLK

P0Header 8X2 0 F03

P0Header 8X2 0 M04 P0EN

P0Header 8X2 0 F05

P0G506

P0Header 8X2 0 M06

P0ZD100 (2)06 P0DIR

P0Header 8X2 0 F07

P0Header 8X2 0 M08 P0M1

P0Header 8X2 0 F09


P0Header 8X2 0 F011


P0Header 8X2 0 F013

P0Header 8X2 0 M014 P0STOP


P0DHP8 0 25 F017

P0DHP8 0 25 F018

P0DHP8 0 25 F019

P0DHP8 0 25 F020

P0DHP8 0 25 F021

P0DHP8 0 25 F022

P0DHP8 0 25 F023

P0DHP8 0 25 F024

P0DHP8 0 25 F025

P0DHP8 0 25 F026

P0DHP8 0 25 F027

Rysunek 3.26: Opis przewodów do montażu stanowiska w 1, 2 i 3 trybie pracy

3.13. Wnioski 67

1

1

2

2

3

3

4

4

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A4

Date: 2007-01-26 Sheet ofFile: W:\work_studia\..\schemat_blokowy_z.schdocDrawn By:

SMC81

STEROWNIK

M

+VC

CG

ND

A/AB/B

1

ZN 100LZASILACZ NIESTABILIZOWANY

ZD100ZADAJNIK

A B C D E F G H I

LP 100PRĘDKOŚCIOMIERZ

A B C D E F G H I

MD 100LICZNIK UNIWERSALNY

A B C D E F G H I

Vcc 230V 50Hz

MOK 40

PRZETWORNIK

ZERO220VAC220VAC

GNDGND

+32V+32V

SILNIK KROKOWY

57BYG 081D

1 1

1

1

SILNIKA KROKOWEGO

DB9 - F (1)

DB9 - M (2)

(3)

(4/5)

(6)

DB9 - F (1)

DB9 - F (1)

(2/3)

(2/3)

(4)

(4)

Anna Cieśnik

Schemat blokowy - sterowanie i pomiary na PC

W1

B

W1 A

W4 UDB9 - F





OBROTOWO-IMPULSOWY 2-FAZOWY (HYBRYDOWY)

W8 UHeader10 - F

DHP8 - 25 F

DHP8 - 25 M

W8 PA

Header10 - M

W8 PBHeader8 - F

W9 UHeader6 - F

Header2x8 - FW11 B

W11 AHeader2x8 - F

W7 UPWR2.1

PWR2.5W10 PC

P0FAZA A 0 CZERWONY P0FAZA A 0 CZERWONY P0FAZA A 0 CZERWONY

Rysunek 3.27: Schemat montażowy stanowiska do łączonej pracy komputerai urządzeń sterujących/pomiarowych

1

1

2

2

3

3

4

4

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A4

Date: 2007-01-26 Sheet ofFile: W:\work_studia\..\schemat_blokowy_z_min.schdocDrawn By:

SMC81

STEROWNIK

M

+VC

CG

ND

A/AB/B

1

ZN 100L

ZASILACZ NIESTABILIZOWANY Vcc 230V 50Hz

MOK 40

PRZETWORNIK

ZERO220VAC220VAC

GNDGND

+32V+32V

SILNIK KROKOWY

57BYG 081D

SILNIKA KROKOWEGO

Anna Cieśnik

Schemat montażowy - sterowanie i pomiary na PC

W1

B

W1 A

W4 U

DB9 - F





OBROTOWO-IMPULSOWY 2-FAZOWY (HYBRYDOWY)

W8 UHeader10 - F

DHP8 - 25 F

DHP8 - 25 M

W8 PAHeader10 - M

W8 PBHeader8 - F

W9 UHeader6 - F

Header2x8 - FW11 B

W11 AHeader2x8 - F

W7 UPWR2.1

PWR2.5W10 PC

P0FAZA A 0 CZERWONY P0FAZA A 0 CZERWONY P0FAZA A 0 CZERWONY

Rysunek 3.28: Schemat montażowy stanowiska do pracy z komputerem przezukład PEdASK

Rozdział 4

Oprogramowanie

4.1 Ogólny opis

Oprogramowanie składa się z programu głównego oraz ze sterownika progra-

mowego portu LPT komputera. Program główny został napisany w języku C++

przy pomocy środowiska Borland Builder 6 [36, 20, 23]. Sterownik natomiast został

stworzony w języku C przy pomocy środowiska Windows Driver Development Kit.

Oprogramowanie umożliwia sterowanie i analizowanie, poprzez port LPT oraz

układ zewnętrzny, pracy silnika krokowego.

Aplikacja może zostać uruchomiona tylko i wyłącznie na komputerze z 32 bi-

towym procesorem kompatybilnym z Intel i386, na 32 bitowym systemie Microsoft

Windows XP, wymagane jest konto z uprawnieniami administratora. Ograniczenia

te wynikają z zastosowanego sterownika systemowego, który został opracowany dla

wymienionego systemu. Możliwe, że program może także pracować poprawnie pod

innymi systemami NT, jednakże nie zostało to sprawdzone.

4.2 Założenia

Oprogramowanie powstawało równolegle z układem zewnętrznym. Na początku

zostały ustalone informacje i sygnały jakimi wymieniają się te dwa składniki sys-

temu sterowania. Jednym z założeń do oprogramowania było umożliwienie dużej

dokładności pomiaru. Z tego powodu zdecydowano się na wykorzystanie przerwania

dostępnego w porcie LPT. Jako, że komputery w laboratorium mają zainstalowany

system Microsoft Windows XP problemem okazał się dostęp do portu. Problem

ten wynika z zabezpieczeń systemu [18]. Niemożliwe jest bezpośredni zapis i odczyt

danych z tego portu. Można było wykorzystać darmowe biblioteki dostępne w In-

ternecie. Jednakże po zaznajomieniu się z kilkoma z nich okazało się, że co prawda

umożliwiają one bezpośredni dostęp do rejestrów portu, jednak żadna nie umożli-

wia obsłużenia przerwania generowanego przez port. Na podstawie opisów bibliotek

68

4.3. Opis portu LPT 69

komercyjnych obsługujących przerwanie okazało się, że wymagany dostęp do reje-

strów portu oraz obsługę przerwania można zrealizować wykorzystując sterownik

urządzenia pracujący w trybie jądra systemu [18].

4.3 Opis portu LPT

Rejestr bazowy portu LPT znajduje się pod adresem 378h lub 278h w zależno-

ści od ustawień BIOS’u komputera. Także przypisane do portu przerwanie można

zmienić (IRQ5 lub IRQ7). [17] W naszym oprogramowaniu wykorzystujemy adres

portu 378h i przerwanie IRQ7, i tylko przy takich ustawieniach możliwa jest współ-

praca oprogramowania z układem elektronicznym. Dodatkowo port powinien być

ustawiony w tryb Output only lub ECC 1.7. Natomiast w zakładce dotyczącej portu

LPT Menedżera urządzeń należy zaznaczyć opcję Korzystaj z dowolnego przerwania

przypisanego do portu. Napięcia na pinach portu wynoszą odpowiednio, dla jedynki

logicznej 2–5,5V, natomiast dla zera logicznego 0–0,8V — zgodnie ze standardemTTL.

STROBE

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

ACK

BUSY

P-ERR

ONLINE

AUTO-LINEFEED

ERROR

INIT

SELECT

1

14

13

25

(a) Rozmieszczenie pinów w porcieLPT

IRQ CLR ⇒

A/B ⇒

STOP ⇒ SMC81

M3 ⇒ SMC81

M2 ⇒ SMC81

M1 ⇒ SMC81

DIR ⇒ SMC81

EN ⇒ SMC81

CLK ⇒ SMC81

IRQ ⇐

CLK ⇐ ZD100 / C ⇐ MOK40

A ⇐MOK40

B ⇐MOK40

BOARD ⇐

DIR ⇐ ZD100 / IRQ TEST ⇐

OVF CLR ⇒

OVF ⇐

1

14

13

25

(b) Wykorzystanie pinów w porcieLPT

Na rysunkach przedstawiono wykorzystanie poszczególnych pinów portu LPT

oraz kierunki przepływu danych.

Sygnały odbierane przez płytkę:

IRQ CLR — Sygnał kasowania przerwania zgłoszonego przez płytkę.

A/B — Ustawienie płytki w odpowiedni stan pracy.

4.3. Opis portu LPT 70

Tablica 4.1: Opis pinów oraz wykorzystania portu równoległego w zastosowanejkomunikacji PC–PEdASK

Numer pinu Przydzielone Kierunek Rejestr Numer Negacja(D 25) sygnały w proj. In/out bitu rej. sprzętowa

1 IRQ CLR ⇒ In/Out Kontrolny 0 tak2 A/B ⇒ Out Danych 03 STOP ⇒ SMC81 Out Danych 14 M3 ⇒ SMC81 Out Danych 25 M2 ⇒ SMC81 Out Danych 36 M1 ⇒ SMC81 Out Danych 47 DIR ⇒ SMC81 Out Danych 58 EN ⇒ SMC81 Out Danych 69 CLK ⇒ SMC81 Out Danych 710 IRQ ⇐ In Statusowy 611 CLK ⇐ ZD100 / C ⇐ MOK40 In Statusowy 7 tak12 B ⇐ MOK40 In Statusowy 513 A ⇐ MOK40 In Statusowy 414 BOARD In/Out Kontrolny 1 tak15 DIR ⇐ ZD100 / TEST IRQ In Statusowy 316 OVR CLR ⇒ In/Out Kontrolny 217 OVR ⇐ In/Out Kontrolny 3 tak18–25 GND Gnd

STOP — Sygnał stopu (patrz opis płytki).

M1, M2, M3 — Sygnały podziału kroku.

DIR — Sygnał kierunku ruchu silnika.

CLK — Sygnał zegarowy sterujący pracą silnika.

OVF CLR — Sygnał kasowania przepełnienia w płytce.

Sygnały odbierane przez komputer:

ACK — Przerwanie generowane przez płytkę.

CLK ZD100 — Sygnał zegara generowany przez ZD100.

A — Sygnał kanału A enkodera.

B — Sygnał kanału B enkodera.

BOARD — Sygnalizacja obecności płytki.

DIR ZD100 — Sygnał kierunku ruchu generowany przez ZD100.

OVF — Sygnał przepełnienia generowany przez płytkę.

W oprogramowaniu nie zaimplementowano obsługi sygnałów: C enkodera MOK40,

BOARD, OVF, OVFCLR, TESTIRQ. Niemożliwe okazało się wykorzystanie sygnału

CLK ZD100. Sygnał C enkodera MOK40 nie jest niezbędny do poprawnego działa-

nia opracowanego systemu. Sygnał OVF nie jest obsługiwany ze względu na odczyt

danych z portu w momentach wystąpienia przerwania. Obecne ustawienie sygnału

OVFCLR uniemożliwia zgłoszenie przez płytkę przepełnienia.

4.4. Przeznaczenie sterownika systemowego 71

Dostęp do poszczególnych pinów jest realizowany poprzez trzy rejestry, pierw-

szy znajduje się pod adresem bazowym, a następne są przesunięte względem niego

odpowiednio o +1 i +2 [17].

Tablica 4.2: Rejestr danych portu LPT, źródło [17]

bit 7 6 5 4 3 2 1 0pin 9 8 7 6 5 4 3 2

Tablica 4.3: Rejestr statusowy portu LPT, źródło [17]

bit 7 6 5 4 3 2 1 0pin 11 10 12 13 15 - - -

Tablica 4.4: Rejestr kontrolny portu LPT, źródło [17]

bit 7 6 5 4 3 2 1 0pin - - dir int 17 16 14 1

4.4 Przeznaczenie sterownika systemowego

Sterownik jest odpowiedzialny za komunikację pomiędzy programem a układem

elektronicznym.

Zadania jakie wykonuje sterownik:

• przekazuje sygnały sterowania z programu głównego do portu,

• obsługuje przerwanie generowane przez płytkę PEdASK,

• dokonuje podstawowego przetworzenia otrzymanych danych.

Za podstawową komunikację programu ze sterownikiem (od strony sterownika) od-

powiedzialne są tzw. funkcje IOCTL (ang. Input/Output Controls) [16]. Zarówno

w programie głównym jak i w sterowniku definiowane są nazwy poszczególnych

funkcji oraz struktury danych, które będą wykorzystywane w trakcie komunikacji.

Każda funkcja IOCTL jest 32-bitowym numerem. Są one definiowane przy pomocy

dyrektywy #define. Funkcje te umożliwiają zapisywanie i odczyt danych z poszcze-

gólnych rejestrów. Są one używane gdy nie zachodzi potrzeba szybkiej wymiany

informacji. Od strony programu głównego wykorzystujemy funkcję Windows API:

DeviceIoControl podając w jej argumentach nazwę funkcji sterownika, którą chcemy

wywołać oraz odpowiednie struktury danych [16].

4.4. Przeznaczenie sterownika systemowego 72

Za komunikację programu głównego ze sterownikiem w trakcie odczytu enkodera

i/lub sterowania silnikiem odpowiedzialne są funkcje Write oraz Read. Są to stan-

dardowe funkcje sterownika, dla których dostarczamy implementacji. [15] Umoż-

liwiają one szybką komunikację ze sterownikiem i portem LPT (są wywoływane

bezpośrednio, a nie tak jak funkcje IOCTL poprzez dodatkową funkcję). Funkcja

Write służy do zapisu danych do rejestru danych portu LPT (możliwe linie, które

można zmienić przy pomocy tej funkcji to DIR, CLK oraz ENABLE). Funkcja

Read jest używana do odczytu danych w trakcie działania przerwania. Od strony

programu głównego wywołanie tych funkcji sterownika następuje za pomocą funkcji

WriteFile oraz ReadFile.

Funkcja obsługi przerwania [13] jest najważniejszą funkcją sterownika programo-

wego. Odpowiada ona za generowanie danych przesyłanych do programu głównego.

W momencie przyjścia przerwania od portu LPT odczytuje ona dokładny, aktualny

czas z zegara(licznika) dużej rozdzielczości (funkcja KeQueryPerformanceCounter

[14]) . Wpisując wartość 0 do czwartego bitu rejestru kontrolnego, zabraniamy

generowania przerwań. Następnie porównujemy stan poprzedni odpowiednich sy-

gnałów ze stanem aktualnym. Jeśli wykryjemy zbocze na sygnale A lub B enkodera

to zwiększamy/zmniejszamy zmienną odpowiedzialną za wartość drogi enkodera.

Cały kod sterownika powstał na podstawie [15, 16, 13, 8]. Funkcje pobrane w

całości z wymienionych źródeł zostały wyróżnione w kodzie źródłowym sterownika.

Ponieważ funkcja obsługi przerwania powinna być wykonywana w jak najkrót-

szym czasie, przesłanie danych do programu głównego odbywa się w innej funkcji

[9]. W obsłudze przerwania jedynie zaznaczamy, że powinna ona zostać wykonana

(umieszczamy ją w kolejce do wykonania). Następnie umożliwiamy dalsze odbiera-

nie przerwań.

Przy pomocy oscyloskopu zostały przeprowadzone pomiary czasu obsługi prze-

rwania (czas pomiędzy zmianami stanu sygnału kasowania przerwania). Uzyskany

czas na komputerze zainstalowanym w laboratorium wyniósł ok. 9µs.

Odczyt sterowania ZD100 okazał się niemożliwy ze względu na bardzo krótkie

impulsy tego sygnału (1µs). Przerwanie jest generowane lecz gdy rozpocznie się jego

obsługa stan sygnału jest już taki jak przed przerwaniem, co powoduje, że sterownik

nie zauważa zmiany, która nastąpiła.

Rozwiązanie które zostało wybrane okazało się, że bardzo dobrze sprawdza się

w projekcie ponieważ system Windows XP nie jest systemem czasu rzeczywistego

[25] i niemożliwe jest, aby pogram główny nadążał za zmieniającymi się sygnałami

na porcie LPT z tak dużą częstotliwością. Jednakże mamy sprzętowo zapewnione

wywołania przerwania, dlatego w sterowniku programowym jest zabezpieczone cią-

głe przetwarzanie danych. Nawet jeżeli program główny nie będzie mógł w danym

momencie odczytać sygnałów z enkodera, wewnętrzne zmienne enkodera będą za-

wierały poprawny, aktualny obraz danych.

4.5. Moduły aplikacji 73

4.5 Moduły aplikacji

Główne elementy aplikacji to trzy następujące obiekty:

• obiekt obsługi komunikacji ze sterownikiem,

• obiekt przetwarzający zebrane dane,

• obiekt generujący trajektorię sterowania.

4.5.1 Obiekt obsługi sterownika

Obiekt obsługi sterownika jest odpowiedzialny za ładowanie sterownika do pa-

mięci, rejestrację sterownika w systemie i utrzymywanie uchwytu (ang. handle) do

niego (wykonanie powyższych działań jest możliwe tylko na koncie z uprawnieniami

administratora). Są w nim zaimplementowane takie ogólne funkcje jak np.: odczyt

i zapis całych rejestrów portu LPT, a także funkcje szczegółowe odpowiedzialne

już za sterowanie PEdASK oraz całym układem (zmiana podziału kroków, zmiana

trybu pracy układu PCHost/ZD100).

4.5.2 Obiekt przetwarzania danych

Obiekt przetwarzania danych zawiera struktury zbierające dane w czasie po-

miarów, oraz funkcje je przetwarzające. Umożliwia także zapis i odczyt pobranych

danych do/z plików.

4.5.3 Obiekt generujący trajektorię

Obiekt generujący trajektorię to najbardziej rozbudowany obiekt. Zawiera wiele

funkcji odpowiedzialnych za generowanie odpowiednich danych, składających się na

zadany ruch silnika. Jest on maksymalnie przystosowany do łatwej obsługi przy po-

mocy elementów graficznych, ponieważ wchodzi on w największą interakcję z użyt-

kownikiem.

4.6 Współpraca elementów

W programie głównym, sterowanie i odczyt danych jest przeprowadzany przy

pomocy osobnych wątków.

4.6. Współpraca elementów 74

4.6.1 Odczyt danych ze sterownika

Wątek odczytu pobiera z obiektu obsługi sterownika „uchwyt” ( ang. handle )

do sterownika. „Uchwyt” umożliwia przeprowadzanie operacji na sterowniku. Ope-

racje te mogą zostać przez sterownik zawieszone. Wątek odczytu działa w pętli,

w której wysyła do sterownika za pomocą funkcji ReadFile żądanie przesłania da-

nych. Sterownik domyślnie zawiesza wykonanie tej operacji (zwraca status STA-

TUS PENDING). Pętla przechodzi do funkcji WaitFor czekając na przesłanie da-

nych. Gdy to nastąpi, te dane są odkładane do wektora znajdującego się w obiekcie

przetwarzania danych.

Gdy odczyt danych zakończy się, następuje wywołanie funkcji przetwarzania

danych.

4.6.2 Zapis danych do sterownika

Wątek sterowania pobiera dane z obiektu generującego trajektorię silnika i przy

pomocy funkcji WriteFile wysyła je do sterownika, a ten dalej na port LPT. Du-

żym problemem okazało się odmierzanie czasu pomiędzy kolejnymi zapisami. Czas

ten powinien być dokładnie tym czasem, który został określony w danej pobranej

z obiektu trajektorii. Niemożliwe okazało się wykorzystanie tutaj ang. timer’ów sys-

temowych ze względu na ich niską rozdzielczość. Zdecydowano się na zwykłe pętle

powiązane z odczytem dokładnego czasu za pomocą funkcji QueryPerformanceCo-

unter. Nie są one idealnie dokładne, ale jest to lepsze rozwiązanie niż wykorzystanie

ang. timer’ów. Udało się także powiązać je z danym komputerem, tak że czas ich

wykonania jest na każdym komputerze zbliżony, niezależnie od rozdzielczości posia-

danego zegara.

W trakcie sterowania, po wysłaniu na port zbocza narastającego sygnału CLK

odczytujemy aktualny czas zajścia zdarzenia i odkładamy jego wartość do obiektu

przetwarzania danych. Umożliwia to zobrazowanie rzeczywiście zadanego sterowa-

nia.

4.6.3 Praca programu w trybie ZD100

W trybie tym działa tylko i wyłącznie wątek odczytu danych z PEdASK. W każ-

dej chwili poprzez naciśnięcie przycisku Stop możliwe jest przerwanie pomiaru.

Pomiar należy przeprowadzać w następującej kolejności:

1. Naciśnięcie przycisku Start w programie.

2. Rozpoczęcie sterowania z zadajnika ZD100.

3. Zakończenie sterowania z zadajnika ZD100.

4.6. Współpraca elementów 75

4. Naciśnięcie przycisku Stop w programie.

Po czasie liniowo zależnym od ilości zebranych danych zostaną one przedstawione

na wykresach. Użytkownik jest o tym informowany przez komunikaty ukazujące się

na pasku stanu aplikacji.

4.6.4 Praca programu w trybie PCHost

W tym trybie działa zarówno wątek sterowania jak i odczytu. W każdej chwili

można przerwać sterownie oraz odczyt naciskając przycisk Stop. W przypadku

dużej prędkości (powyżej 10000 imp/s) możliwe są odstępstwa pomiędzy prędkością

żądaną, a rzeczywiście zadaną.

4.6.5 Możliwe błędy

W trakcie prób sterowania silnikiem w trybie PCHost pojawiły się problemy

z przełączaniem podziału kroków w sterowniku silnika krokowego SMC81RP, ry-

sunek 4.1. Objawiało się to tym, że pomimo przełączenia się PEdASK na żądany

podział (co jest widoczne na diodach M1, M2 i M3), sterownik nie przełączał się

natychmiast lecz po wykonaniu przez silnik kilku kroków jeszcze w poprzednim po-

dziale. Zachowanie takie jest łatwe do zauważenia na powstałych z takich pomiarów

wykresach. Nie zaobserwowano takiego zachowania silnika przy sterowaniu z zadaj-

nika ZD100.

Rysunek 4.1: Błędy po przełączeniu kroków

Jako, że system Microsoft Windows XP nie jest systemem operacyjnym czasu

rzeczywistego, mogą pojawić się problemy z przesyłaniem danych pomiędzy sterow-

nikiem systemowym, a programem głównym. Tylko najważniejsze zadania systemu

są wykonywane w czasie rzeczywistym. Należy do nich także obsługa przerwań.

4.7. Interfejs użytkownika 76

Dzięki temu, że podstawowe obliczenia są przeprowadzane bezpośrednio w funkcji

Rysunek 4.2: Moment braku komunikacji

obsługi przerwania sterownika systemowego, możemy mieć pewność uzyskiwanych

wyników pomiaru przemieszczenia enkodera. Przesłanie danych pomiędzy sterow-

nikiem a programem głównym nie zawsze jest możliwe. Powoduje to utratę punk-

tów pomiarowych w programie głównym, co jest przedstawione na rysunku 4.2. Ze

względu na obliczenia prowadzone bezpośrednio w sterowniku, jego dane są aktualne

i program główny także otrzymuje aktualne dane.

4.7 Interfejs użytkownika

4.7.1 Opis elementów graficznych

Interfejs użytkownika został stworzony przy pomocy biblioteki VCL znajdują-

cej się w pakiecie Borland Builder [36].

Składa się on z dwóch głównych okien.

Pierwsze z nich jest dostępne natychmiast po uruchomieniu programu. Więk-

szość jego powierzchni zajmuje wykres, na którym po wykonaniu pomiaru wykre-

ślane są przebiegi jak na rysunku 4.3.

W tej części interfejsu znajdują się również następujące kontrolki:

• Przycisk Start/Stop odpowiedzialny za początek/koniec odczytu lub odczytu

i sterowania.

• Panel diod (ang. Check box’y) obrazujące stan diod na płytce. Zaznaczony

ang. check box oznacza diodę zaświeconą.


Rysunek 4.3: Widok okna głównego

• Wybór rodzaju pracy przy pomocy ang. radio box’ów. Zaznaczony ang. radio

box ZD100 oznacza, że program tylko odczytuje dane dostarczane na port.

Sterowanie silnikiem odbywa się wtedy za pomocą zadajnika ZD100. Zazna-

czony PC Host oznacza, że sterowanie odbywa się przy pomocy komputera.

Komputer wysyła sterowanie na port LPT oraz odczytuje dostarczane sygnały.

• Przełącznik podziału kroków. Jest on aktywny tylko wtedy, gdy zaznaczony

jest tryb pracy PC Host. Umożliwia on zmianę podziału kroków sterownika

SMC81RP.

Pasek ikon zawiera skróty do niektórych operacji.

Pierwszy od lewej to nowy plik. Jego naciśnięcie powoduje powstanie nowego

pliku pomiaru. Polecenie to kasuje wszystkie dane zebrane we wcześniejszych po-

miarach oraz czyści wykresy.

Następny to otwarcie pliku pomiaru. Dzięki niemu możemy wczytać do programu

wcześniejsze pomiary i zobaczyć je na wykresie.

Dyskietka oznacza zapis pliku danych do określonej lokalizacji i pod określoną

nazwą. Ścieżka dostępu do pliku jest wyświetlana na pasku tytułowym programu.

Pasek menu zawiera następujące elementy:

• Dane,


• Wykres,

• Pomoc,

• O programie,

• Koniec.

Menu Dane zawiera polecenia:

• Nowy plik,

• Zapis danych,

• Otwarcie danych.

Menu Wykres:

• Zapis wykresu,

• Opcje wykresu,

• Drukowanie.

Zapis wykresu umożliwia zapis wykresu w aktualnej postaci w pliku BMP (mapa bi-

towa). Opcje wykresu umożliwiają podstawową zmianę wyglądu przebiegów. Dru-

kowanie umożliwia wydrukowanie wykresów. Drukowanie odbywa się na stronie

formatu A4, w pozycji poziomej.

Zaznaczenie sterowania PC Host powoduje pojawienie się drugiego okna. Jest

ono odpowiedzialne za przygotowanie trajektorii sterowania. Składa się ono z trzech

głównych elementów:

• zbioru przycisków,

• okna edycji,

• oraz pola wykresów.

Przyciski umożliwiają stworzenie pożądanej trajektorii. Naciskając je wstawiamy

w pole edycyjne kolejne polecenia generujące trajektorię. Po naciśnięciu przycisku

Oblicz sterowanie i wyświetl wyrysowywane są wykresy obrazujące aktualny wygląd

trajektorii przygotowany na podstawie komend zawartych w polu edycji.

Znajdujące się u góry okna przyciski umożliwiają wyczyszczenie danych trajek-

torii (nowy plik), otwarcie pliku trajektorii (otwórz plik) oraz jej zapisanie (zapisz

plik). Przycisk wyjście powoduje zamknięcie całego programu. W pasku tytułowym

okna znajduje się ścieżka dostępu do aktualnego pliku trajektorii.

Program został wyposażony w podstawową pomoc w postaci podpowiedzi (tzw.

chmurek) oraz plik pomocy, który można otworzyć przy pomocy klawisza F1, lub

wybierając z paska menu. Pomoc zawiera podstawowy opis poszczególnych okien

programu oraz sposób tworzenia trajektorii.


Rysunek 4.4: Widok okna przygotowania trajektorii

4.7.2 Opis użytkowania

Po uruchomieniu programu możemy natychmiast przystąpić do pomiarów. W try-

bie ZD100 najpierw klikamy przycisk Start, a następnie uruchamiamy sterowanie

z zadajnika ZD100. Po zakończeniu sterowania należy nacisnąć przycisk Stop (jest

to ten sam przycisk co Start, został zmieniony napis).

W zależności od długości pomiarów oraz prędkości obrotowej silnika pomiary

mogą się pojawić dopiero po pewnym czasie, przez który przeprowadzane są obli-

czenia.

W trybie PC Host pojawia się okno przygotowania trajektorii. Trajektorię wczy-

tujemy z wcześniej przygotowanego pliku lub tworzymy przy pomocy zestawu przy-

cisków. Po wygenerowaniu trajektorii (musi być ona widoczna na wykresach, jej

przygotowanie odbywa się po naciśnięciu przycisku Oblicz sterowanie i wyświetl)

przechodzimy do okna głównego. Ustalamy żądany podział kroków sterownika

SMC81RP. Następnie wciskamy przycisk Start. Rozpocznie się proces sterowania,

co jest uwidocznione komunikatem na pasku stanu okna oraz zmieniającym się sta-

nem diod na PEdASK. Silnik powinien pracować. Zatrzymanie sterowania następuje

po zakończeniu wykonania trajektorii lub po wciśnięciu przycisku Stop (ten sam co

Start — zmieniony napis).


Rysunek 4.5: Widok okna pomocy

Zamknięcie programu w trakcie odczytu/sterowania jest niemożliwe. Jego za-

mknięcie przy pomocy menedżera zadań Windows spowoduje po jego ponownym

uruchomieniu pojawienie się błędu „ERORR SERVICE ALREADY RUNING”. Jest

to ostrzeżenie o tym, że sterownik portu LPT jest już załadowany i zarejestrowany

w systemie. Normalne zamknięcie aplikacji zamknie sterownik poprawnie.

4.7.3 Opis funkcji przycisków okna przygotowania trajektorii

Prędkość startowa — jest to prędkość od jakiej silnik rozpoczyna ruch, a także

prędkość na jakiej kończony jest ruch silnika. Komendę tę można umieszczać

w dowolnym miejscu programu sterowania. Jest ona wymagana na początku

każdego programu sterowania.

Prędkość maksymalna — jest to prędkość wykorzystywana przy wykonywaniu ko-

mendy ruchu Znajdź pozycję.

Przyśpieszenie — jest to ilość kroków wykonywana przez silnik przy zmianie pręd-

kości (np. po wydaniu komendy Stała prędkość).

Stała prędkość — komenda ta powoduje, że silnik rozpędza się od prędkości starto-

wej lub końcowej poprzedniego ruchu, do prędkości zadanej, w ilości kroków

określonej przez Przyśpieszenie. Rozkazy te mogą następować jeden po dru-

gim. Nie jest konieczne zatrzymywanie silnika pomiędzy nimi. Niemożliwa


Rysunek 4.6: Prędkość startowa

Rysunek 4.7: Prędkość maksymalna

jest zmiana prędkości silnika na ujemną, musi to zostać poprzedzone wyha-

mowaniem silnika.

Czekaj — możliwe są dwie opcje dla tej komendy. Rozkaz ten może być wykonany

z lub bez ruchu silnika. Określany jest czas ruchu w sekundach. Jak widać na

rysunku 4.10 czas oczekiwania równy 1s przy prędkości 30 kroków/s powoduje

wygenerowanie 30 kroków. Bezpośrednio przed i za tą komendą mogą się

znaleźć dowolne rozkazy.

Hamuj — silnik hamuje od aktualnej prędkości do prędkości startowej w ilości kro-

ków określonych przez Przyśpieszenie po czym zatrzymuje się.

Zerowanie pozycji — komenda ta zeruje licznik pozycji, który jest uaktualniany

przy każdym rozkazie ruchu.

Znajdź pozycję — rozkaz ten powoduje, że silnik wykonuje następującą sekwencję

ruchów. Rozpędza się od prędkości startowej do maksymalnej, następnie po-


Rysunek 4.8: Przyspieszenie

Rysunek 4.9: Przyspieszenie = 10 kroków Prędkość startowa = 20 kroków/sStała prędkość = 30 kroków/s

rusza się z prędkością maksymalną, a w momencie znalezienia się w odległości

równej Przyśpieszeniu od pozycji zadanej rozpoczyna hamowanie i zatrzy-

muje się na zadanej pozycji. W przypadku, gdy pozycja zadana znajduje się

bliżej niż dwie odległości Przyśpieszenia silnik osiąga prędkość maksymalną

i natychmiast zaczyna hamować. Gdy zadana pozycja jest bliżej aktualnej niż

jedna odległość Przyśpieszenia, silnik wykonuje przyśpieszanie i zatrzymuje się

na zadanej pozycji. Wykonanie tej komendy musi zostać poprzedzone zatrzy-

maniem silnika.

Ustaw licznik — komenda ta ustawia licznik programowy dzięki któremu wraz z ko-

mendą Skocz do linii można wykonywać pewne zadania w pętli.

Skocz do linii — rozkaz ten korzysta z wewnętrznego licznika programu. Po na-

potkaniu tej komendy zawartość licznika jest zmniejszana o jeden. Jeżeli nie

zostało osiągnięte zero program skacze do linii określonej jako argument roz-

kazu. Jeżeli zero zostało osiągnięte wykonywany jest rozkaz następujący po


Rysunek 4.10: Przyspieszenie = 10 kroków Prędkość startowa = 20 kroków/sStała prędkość = 30 kroków/s Czekaj = 1s

Rysunek 4.11: Przyspieszenie = 10 kroków Prędkość startowa = 20 kroków/sStała prędkość = 30 kroków/s Czekaj = 1s

Rysunek 4.12: Przyspieszenie = 10 kroków Prędkość startowa = 10 kroków/sPrędkość maksymalna = 40 kroków/s Znajdź pozycję = 40

Skocz do linii.

Koniec — w momencie napotkania tej komendy program kończy działanie. Wszel-

kie rozkazy znajdujące po komendzie Koniec są pomijane.

Edytuj — umożliwia edycję wcześniej wprowadzanych rozkazów. Edycji podlega

4.8. Formaty plików 84



zaznaczona w oknie programu linia.

Usuń — usuwa zaznaczoną komendę.

Oblicz sterowanie i wyświetl — następuje obliczenie trajektorii na podstawie wpro-

wadzonej sekwencji rozkazów. W przypadku błędów użytkownik jest o nich

informowany odpowiednimi komunikatami. Zaznaczana jest linia, w której

prawdopodobnie znajduje się błąd.

4.8 Formaty plików

4.8.1 Plik trajektorii

Plik trajektorii posiada rozszerzenie tra. Jest on jednak plikiem tekstowym.

Zawartość pliku stanowią trzy kolumny. Pierwsza kolumna to reprezentacja rozkazu

używana wewnątrz programu ( zmienna typu enum ). Druga kolumna to tekstowe

przedstawienie rodzaju rozkazu. Trzecia to argument rozkazu. Dodatkowe dwie

4.9. Przetwarzanie danych 85

Rysunek 4.15: Przykładowa zawartość pliku trajektorii

kolumny występują dla komendy Czekaj jest to związane z tym, że przyjmuje ona

dwa argumenty.

4.8.2 Plik danych pomiarowych

Plik wynikowy zawierający zebrane dane pomiarowe jest plikiem tekstowym.

Jako pierwsze zapisywane są dane pochodzące z enkodera. Podawana jest ilość

rekordów, wypisywane są nazwy kolumn: Czas, Droga, Prędkość chwilowa, a poniżej

kolejne wartości.

Następnym elementem są dane sterowania. Podawana jest ich ilość, nazwy ko-

lumn: Czas, Droga, Prędkość, a poniżej ich wartości.

Kolejnym elementem pliku jest średnia prędkość enkodera. Dane te są umiesz-

czone na końcu pliku ponieważ ich ilość nie jest w ścisły sposób związana z ilością

próbek drogi enkodera.

4.9 Przetwarzanie danych

4.9.1 Dane sterowania

W trakcie sterowania jest odczytywany dokładny czas jego zadania. Umożliwia

to późniejsze wykreślenie rzeczywiście zadanego sterowania. Podstawową funkcją

przetwarzania danych jest obliczanie czasu wystąpienia zdarzenia. Droga sterownika

jest bezpośrednio obliczana w trakcie sterowania, natomiast czas zadania kroku

w późniejszej funkcji ObliczDrogeS.

Prędkość sterownika jest obliczana jako zmiana drogi w czasie pomiędzy każdymi

dwoma krokami sterowania.

4.9.2 Dane enkodera

Droga enkodera jest obliczana bezpośrednio w sterowniku systemowym w funk-

cji obsługi przerwania. Czas zdarzenia jest zwracany jako zmienna LARGE IN-


Rysunek 4.16: Przykładowa zawartość pliku danych

TEGER. Wymaga to przetworzenia do zmiennej typu double. W trybie PCHost

droga enkodera jest skalowana zgodnie z ustawionym podziałem kroków, umożli-

wia to porównanie zadanej i otrzymanej trajektorii. Współczynniki skalowania są

następujące:

Tablica 4.5: Współczynnik skalowania w zależności od podziału kroku

podział 1/1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32wartość współczynnika 0,05 0,1 0,2 0,4 0,8 1,6

Natomiast w trybie ZD100 współczynnik skalowania wynosi 1, co umożliwia

porównanie otrzymanego wyniku z wynikami licznika MD100 firmy Wobit (przy

czym licznik ten musi pracować w trybie In2).

Przetwarzanie prędkości dla danych enkodera jest bardziej rozbudowane.

Prędkość chwilowa jest obliczana między każdymi dwoma punktami pomiaru.

Widoczne na rysunku nierównomierności są spowodowane różnymi czasami od przy-

jęcia przerwania do rozpoczęcia jego obsługi oraz nieidealnym dopasowaniem sygna-

łów A i B enkodera [34]. Prędkość średnia jest obliczana wg następującego algo-


Rysunek 4.17: Prędkość chwilowa

rytmu:

• Na podstawie danych drogi enkodera tworzymy wektor danych do filtracji.

Jako, że próbki sygnału nie są zebrane równomiernie, uzupełniane są pośred-

nie wartości sygnału. Wektor wynikowy jest sygnałem spróbkowanym z szyb-

kością ok. 16500 próbek/s.

• Otrzymany wektor poddawany jest filtracji filtrem cyfrowym dolnoprzepusto-

wym drugiego rzędu. Jest to filtr IIR Butterwothh’a, częstotliwość graniczna

15Hz. Filtr został zaprojektowany przy wykorzystaniu pakietu Matlab

• Następnie obliczamy prędkość obliczając różnicę pomiędzy próbkami odle-

głymi o 200 pozycji (ze względu na duże zwiększenie ilości próbek w pierwszym

punkcie).

W wyniku powyższych działań otrzymujemy przybliżoną prędkość średnią silnika.

Rozdział 5

Wyniki doświadczeń

5.1 Wstęp

Doświadczenia dokonywano poprzez wykorzystanie zaprojektowanego programu

oraz liczników LP100, MD100. Do pomiarów przemieszczeń wykorzystano opto-

elektroniczny przetwornik obrotowo-impulsowy MOK40 firmy WObit, który posiada

rozdzielczość 1000 działek na obrót. Tryb zliczania impulsów przez MD100 (zlicza

zbocza narastające i opadające w pracy kwadraturowej) powoduje zwiększenie roz-

dzielczości czterokrotnie. Oprogramowanie inżynierskie również zapewnia przynaj-

mniej 4000 impulsów na 1 obrót enkodera, dzięki układowi wyzwalania przerwania

przy każdej zmianie sygnałów kanału A, B, CLK, DIR.

Można stwierdzić, że silniki krokowe są przetwornikami informacji cyfrowej na

dyskretnie zmieniające się położenie kątowe, co powoduje, że są one stosowane do

napędzania różnego rodzaju urządzeń pozycjonujących. Dlatego ważnym aspektem

doświadczeń jest zbadanie dokładności pozycjonowania silnika w różnych trybach

pracy. Analizując pracę silnika można także zaobserwować szczególne cechy stero-

wania oraz zauważyć zalety i wady badanego napędu elektrycznego.

5.2 Zadawanie trajektorii

Dzięki zastosowaniu komputera było możliwe zadawanie trajektorii, z uwzględ-

nieniem wykonania danej liczby kroków, pracy silnika z daną prędkością przez usta-

lony okres, rozpoczęcie pracy silnika z odpowiednią prędkością.

Zadano trajektorię zgodnie, z którą silnik miał pracować z prędkością stałą

50 kroków/s przez okres 5 s, z przyspieszeniem1 równym 5 kroków. Wykres po-

łożenia wirnika przedstawiono na rysunku 5.1.

1Przez przyspieszenie należy rozumieć ilość kroków jaka musi zostać wykonana, by wirnikosiągnął daną prędkość

88

5.3. Prędkość chwilowa 89

Rysunek 5.1: Wykres położenia wirnika w zadanej trajektorii

Odczytana trajektoria za pomocą enkodera do komputera zgadzała się z zadaną

trajektorią, a położenie wirnika potwierdziło dużą dokładność pozycjonowania.

5.3 Prędkość chwilowa

Przy pomocy przetwornika optoelektronicznego możliwe było zmierzenie prędko-

ści chwilowej. Silnik był załączony w trybie pracy pełnokrokowej, przy połączeniu

szeregowym z dwoma uzwojeniami. Zadano prędkość stałą równą 50 kroków/s przezokres 5 sekund. Praca silnika krokowego w zastosowanym trybie odznacza się za-

uważalnymi oscylacjami położenia wirnika.

5.3. Prędkość chwilowa 90

Rysunek 5.2: Przedstawienie prędkości chwilowej silnika w małym okresie

Na rysunku 5.2 oraz jego powiększeniu 5.3 zauważono bardzo duże wahania

prędkości chwilowej w porównaniu z zadaną prędkością. Oscylacje pokrywają się

z oscylacjami położenia wirnika. Można także zaobserwować, że prędkość chwilowa

fluktuuje wokół zadanej stałej prędkości.

Rysunek 5.3: Przedstawienie prędkości chwilowej silnika w małym okresie (po-

większenie)

5.4. Badanie przebiegów sterowania 91

5.4 Badanie przebiegów sterowania

Zadanie polegało na obserwacji przebiegów sterowania za pomocą oscyloskopu.

Badanie prądu możliwe było dzięki zastosowaniu boczników na przewodach zasi-

lających cewki silnika krokowego. Zatem obserwacja prądu była możliwa poprzez

pomiar spadków napięć na rezystancji, co potwierdza zależność:

R · i = u (5.1)

Rysunek 5.4: Zbadany przebieg sterowania na uzwojeniach silnika bipolarnego

Przebiegi zmierzone zgadzają się z teoretyczną analizą i potwierdzają przesunię-

cie o π/2rad pomiędzy dwoma kanałami sterowania. Dzięki badaniom, można byłozaobserwować także wpływ indukcyjności uzwojeń na przebieg napięcia.

5.5 Ustalanie się pozycji rotora

Zgodnie z rozdziałem 3.5.5 można stwierdzić, że podczas pracy wirnika w trybie

pełnokrokowym powstają oscylacje przy ustalaniu się położenia wirnika. Dzięki za-

stosowaniu przetwornika obrotowo-impulsowego możliwe było sczytanie dokładnych

wartości najmniejszych przemieszczeń.

5.5. Ustalanie się pozycji rotora 92

Małe prędkości silnika

Wdoświadczeniu zadano pracę przy stałej prędkości α = 10 kroków/s (3 obr/min),w szeregowym połączeniu cewek. W pierwszym trybie pracy ustawiono silnik ze

sterowaniem pełnokrokowym. Zarejestrowana trajektoria zgadzała się z zadaną, co

potwierdziło dokładność pracy i pozycjonowania. Powiększono wykres odczytów,

by móc zaobserwować ustalanie się rotora w kolejnych taktach pracy — co jest

przedstawione na rys. 5.5.

Rysunek 5.5: Ustalanie się pozycji rotora w trybie pełnokrokowym

Można zauważyć analogię do rysunku 2.21, która potwierdza duże oscylacje ro-

tora, w każdym takcie podczas pracy pełnokrokowej. Następnie ustawiono pracę sil-

nika ze sterowaniem półkrokowym, o tej samej prędkości 10 kroków/s czyli 20 mikrokroków/s.Powiększony wykres trajektorii przedstawiono na rysunku 5.6.

Rysunek 5.6: Ustalanie się pozycji rotora w trybie półkrokowym

Na podstawie powyższego rysunku można stwierdzić, że sterowanie półkrokowe

5.5. Ustalanie się pozycji rotora 93

zmniejszyło względną amplitudę oscylacji. Przetestowano silnik także w pracy mi-

krokrokowej z podziałem 116i wyniki przedstawiono na rysunku 5.7.

Rysunek 5.7: Ustalanie się pozycji rotora podczas sterowania mikrokrokowego

Praca mikrokrokowa znacznie zmniejszyła oscylacja i mimo występujących po-

jedynczych wahań, silnik nadal pracuje z dużą dokładnością.

Zwiększenie prędkości silnika

Wdoświadczeniu zadano pracę przy stałej prędkości α = 50 kroków/s (15 obr/min),w równoległym połączeniu cewek. Zarejestrowana trajektoria pozycji silnika stero-

wanego półkrokowo zgadzała się z zadaną, co potwierdziło dokładność pracy i po-

zycjonowania. Powiększono wykres odczytów, by móc zaobserwować ustalanie się

rotora w kolejnych taktach pracy — co jest przedstawione na rys. 5.8.

Rysunek 5.8: Ustalanie się pozycji rotora podczas sterowania półkrokowego przy

α = 100 mikrokroków/s

5.6. Badanie dokładności pozycjonowania 94

Oscylacje pozycji rotora wyraźnie zmniejszyły się podczas pracy silnika półkroko-

wej z większą prędkością, mimo, że silnik nie był sterowany mikrokrokowo. Następ-

nie zadano pracę silnik ze stałą prędkością α = 800 mikrokroków/s (120 obr/min).

Rysunek 5.9: Ustalanie się pozycji rotora podczas sterowania półkrokowego przy

α = 800 mikrokroków/s

Można zaobserwować, że w wyniku pracy mikrokrokowej i dużych prędkości sil-

nika, oscylacje nie występują.

Konkluzja

1. Praca mikrokrokowa wyraźnie zmniejsza amplitudę oscylacji położenia

2. Wzrost prędkości powoduje natychmiastowe przełączanie się wirnika do kolej-

nych pozycji, co także powoduje zmniejszanie się oscylacji położenia.

3. Pomimo oscylacji przy ustalaniu się pozycji rotora przy sterowaniu pełno-

krokowym i półkrokowym, skoki są precyzyjne a rotor obraca się z zadanym

kątem.

5.6 Badanie dokładności pozycjonowania

Dokonano badania dokładności pozycjonowania za pomocą liczników LP100 oraz

rejestrowaniu odczytów z przetwornika obrotowo-impulsowego. Wszystkie odczyty

zadawanych pozycji przy jakichkolwiek prędkościach, osiąganych przez hybrydowy

silnik BYG57 081D, zgadzały zgadzały się z zadanymi wartościami zarówno na

zewnętrznym liczniku tudzież na komputerze.

Nie udało się także zarejestrować histerezy pozycji spoczynkowych. Błąd po-

zycjonowania silnika podawany przez producenta wynosił 1, 8o — co odpowiadało

5.7. Propozycje ćwiczeń dla studentów 95

jednemu impulsowi sygnału enkodera. Podczas zadawania niektórych trajektorii

licznik LP100 nie zliczał 1 impulsu, lecz jednak w kolejnej trajektorii go uwzględniał

— spowodowane to było zliczaniem narastających i opadających zboczy sygnałów

przetwornika obrotowo-impulsowego.

5.7 Propozycje ćwiczeń dla studentów

Propozycje ćwiczeń dla studentów do przeprowadzenia na zbudowanym stano-

wisku do badania własności silnika krokowego:

• Zbadać połączenia uzwojeń silnika przy zmianie konfiguracji przełączników na

płytce edukacyjnej, wykorzystując pomiar rezystancji między odpowiednimi

punktami gniazda G8. Ćwiczenie wykonać pod nadzorem prowadzącego. Do

tego celu należy podłączyć uzwojenia silnika do gniazda G8 oraz załączyć

zasilanie płytki G7.

• Badanie zachowania i dynamiki pracy silnika przy zmianie konfiguracji po-

łączeń uzwojeń, wykorzystując przełączniki na płytce edukacyjnej. Pomiary

i obserwacje przeprowadzić wykorzystując oprogramowanie inżynierskie.

• Zbadać sygnały taktujące sterownik silnika krokowego pochodzący z zadajnika

oraz komputera oraz innych sygnałów sterujących.

Można przeprowadzić również pomiary opisane w powyższym rozdziale przy zmianie

mikrokroku silnika.

Rozdział 6

Zakończenie

Cel pracy określony we wstępie został osiągnięty. Stanowisko badawcze zostało

rozbudowane i obecnie umożliwia analizę systemu sterowania silnikiem krokowym

w układzie otwartym. Pierwotne urządzenia znajdujące się na stanowisku zostały

włączone do systemu.

Zbudowany układ elektroniczny — PEdASK — umożliwia, bez fizycznych zmian

w połączeniach, prowadzenie pomiarów i sterowania silnikiem w kilku konfigura-

cjach, zarówno na komputerze jak i z wykorzystaniem licznikach przemysłowych.

Umożliwia to studentowi na porównanie dedykowanego sterowania do zastosowań

przemysłowych jak i opartego na systemie komputerowym.

Opracowana aplikacja pozwala na zadanie różnych trajektorii, graficzne przed-

stawienie wyników pomiarów oraz ich archiwizację.

Wykonane pomiary potwierdziły zalety silnika krokowego (hybrydowego) jako

urządzenia umożliwiającego precyzyjne sterowanie w pętli otwartej oraz dokładność

i poprawne działanie opracowanego systemu.

Okazało się, że pomiary wykonywane na komputerze przy pomocy stworzonej

płytce edukacyjnej do analizy silnika krokowego oraz zaimplementowanego oprogra-

mowania z wykorzystaniem przerwania sprzętowego w ramach niniejszej daje jedna-

kowe wyniki jak dedykowane urządzenia przemysłowe. Dają one jednak dużo więk-

sze możliwości ze względu na edukacyjny charakter układu elektroniczengo i kom-

puterową wizualizację wyników.

Potencjalne możliwości projektu inżynierskiego — uniwersalność układu PE-

dASK, rozbudowa układu o kolejne urządzenia, możliwość przystosowania opro-

gramowania pod system operacyjny czasu rzeczywistego Linux — stanowią źródło

dalszych aspiracji i mogą stać się tematem dalszej pracy.

Integralną częścią pracy są również dodatki i załączniki — płyta CD-ROM za-

wierająca stworzone w ramach niniejszej pracy programy, aplikacje i projekty.

96

Dodatek A

Dokumentacja techniczna

A.1 Płytka drukowana PEdASK

Rysunek A.1: Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej PEdASK

97

A.1. Płytka drukowana PEdASK 98

Rysunek A.2: Mozaika ścieżek na płytce drukowanej PEdASK

Rysunek A.3: Połączenia łączówek na płytce drukowanej PEdASK

A.2. Wzory opisu na pleksie 99

A.2 Wzory opisu na pleksie

Rysunek A.4: Wzór wycięcia i graweru górnej części pleksy

Rysunek A.5: Wzór wycięcia dolnej części pleksy

A.3. Skrócony katalog układów scalonych wykorzystanych do budowy płytkidrukowanej PEdASK 100

A.3 Skrócony katalog układów scalonych wykorzystanych

do budowy płytki drukowanej PEdASK

Skrócony opis układów scalonych powstał w oparciu o informacje i ilustracje

z dokumentacji firmy Texas Instruments [24].

SN74HC00 — Quadruple 2-Input Positive-NAND Gate

Wejścia WyjścieA B Y

H H LL X HX L H

SN74LS05N— Hex Inverter with Open-Collector Outputs

Wejście WyjścieA Y

H LL H

SN74LS75N — 4-Bit Bistable Latch

Wejścia WyjściaD C Q Q

L H L HH H H LX L Qo Qo

Qo — stan poprzedni


SN74HC74 — Dual D-Type Positive-Edge-Triggered Flip-Flop with Clear and Preset

Wejścia WyjściaPRE CLR CLK D Q Q

L H X X H LH L X X L HL L X X H! H!H H ↑ H H LH H ↑ L L HH H L X Qo Qo

H! — stany niestabilne

SN74HC85N — 4-Bit Magnitude Comparator

Porównywane wejścia Operacja porównania WyjściaA3, B3 A2, B2 A1, B1 A0, B0 A>B A<B A=B A>B A<B A=B

A3>B3 X X X X X X H L LA3<B3 X X X X X X L H LA3=B3 A2>B2 X X X X X H L LA3=B3 A2<B2 X X X X X L H LA3=B3 A2=B2 A1>B1 X X X X H L LA3=B3 A2=B2 A1<B1 X X X X L H LA3=B3 A2=B2 A1=B1 A0>B0 X X X H L LA3=B3 A2=B2 A1=B1 A0<B0 X X X L H LA3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 H L L H L LA3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 L H L L H LA3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 L L H L L H

Równoległe połączenie

A3= B3 A2= B2 A1= B1 A0= B0 X X H L L HA3= B3 A2= B2 A1= B1 A0= B0 H H L L L LA3= B3 A2= B2 A1= B1 A0= B0 L L L H H L


SN74HC157 — Quadruple 2-Line to 1-Line Data Selector/Multiplexer

Wejścia Wyjścia

Wybór DaneG A/B A B Y

H X X X LL L L X LL L H X HL H X L LL H X H H

ULN2803A — Darlington Transistor Array [24]

PC814 — AC Input Photocoupler [24]

1 – Anoda, Katoda2 – Anoda, Katoda3 – Emiter4 – Kolektor

Literatura

[1] Podstawy obróbki CNC. Wydawnicto REA s.j., Warszawa, 1999.

[2] Circuits. [on-line] http:

//content.honeywell.com/sensing/prodinfo/solidstate/technical/mr˙chapter4.pdf,

2004.

[3] Katalog ELFA 52. ELFA Sp. z o.o., Warszawa, 2004.

[4] CNC Forum. [on-line] http://www.cnc.info.pl/, 2006.

[5] Silniki krokowe. [on-line] http://www.akcesoria.cnc.info.pl/silniki˙krokowe.htm,

2006.

[6] Kazimierz Bisztyga. Sterowanie i regulacja silników elektrycznych. Wydawnictwa

Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1989.

[7] Maciej Bodnicki. Mikrosilniki elektryczne. Państwowe Wydawnicto Naukowe,

Warszawa, 1991.

[8] Brian W. Kernigham, Dennis M. Ritche. Język ANSI C, Klasyka Informatyki.

WNT, Warszawa, 2002.

[9] Windows Hardware Developer Center. How much time is your driver spending in

its DPCs and ISRs? [on-line]

http://www.microsoft.com/whdc/Driver/tips/DPC˙ISR.mspx, 2005.

[10] Craig Peacock. Interfacing the Standard Parrarel Port. [on-line]

http://www.senet.com.au/˜cpeacock, 1998.

[11] Piotr Górecki. Układy cyfrowe pierwsze kroki. Wydawnictwo BTC, Warszawa, 2004.

[12] Boris Alekseevic Ivobotenko. Dyskretne napędy elektryczne z silnikami skokowymi.

Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1975.

[13] Tams Kroly. Exchange data between device drivers and user applications. [on-line]

http://www.codeproject.com/system/KernelToUserMode.asp, 2005.

[14] Microsoft. KeQueryPerformanceCounter. Microsoft Windows Driver Development

Kit Introduction, 2005.

103

http://content.honeywell.com/sensing/prodinfo/solidstate/technical/mr_chapter4.pdf

http://content.honeywell.com/sensing/prodinfo/solidstate/technical/mr_chapter4.pdf

http://www.cnc.info.pl/

http://www.akcesoria.cnc.info.pl/silniki_krokowe.htm

http://www.microsoft.com/whdc/Driver/tips/DPC_ISR.mspx

http://www.senet.com.au/~cpeacock

http://www.codeproject.com/system/KernelToUserMode.asp

104

[15] Toby Opferman. Driver Development Part 1: Introduction to Drivers. [on-line]

http://www.codeproject.com/system/driverdev.asp, 2005.

[16] Toby Opferman. Driver Development Part 2: Introduction to Implementing

IOCTLs. [on-line] http://www.codeproject.com/system/driverdev2.asp, 2005.

[17] Craig Peacock. Interfacing the Standard Parallel Port. [on-line]

http://www.beyondlogic.org/spp/parallel.htm, 2005.

[18] Craig Peacock. PortTalk - A Windows NT I/O Port Device Driver. [on-line]

http://www.beyondlogic.org/porttalk/porttalk.htm, 2005.

[19] Leszek Potocki. Silniki krokowe od podstaw. Elektronika dla Wszystkich.

AVT-Korporacja, Warszawa, 2002.

[20] Stephen Prata. Szkoła programowania, język C++. Wydawnictwo Robomatic,

Wrocław, 2003.

[21] Ryszard Sochocki. Mikromaszyny elektryczne. Oficyna Wydawnicza Politechniki

Warszawskiej, Warszawa, 1996.

[22] Tomasz Starecki. Mikrokontrolery 8051 w praktyce. Wydawnictwo BTC, Warszawa,

2002.

[23] Bjarne Stroustrup. Język C++, Klasyka Informatyki. WNT, Warszawa, 2002.

[24] Texas Instruments. [on-line] http://www.ti.com, 2006.

[25] Dr. Ir. Martin Timmerman. Windows NT as Real-Time OS? [on-line]

http://www.dedicated-systems.com/magazine/97q2/winntasrtos.htm, 2005.

[26] Witold Ober, WObit. Zasilacze silników krokowych ZNXXXL. [on-line]

http://www.wobit.com.pl, 2002.

[27] Witold Ober, WObit. Instrukcja obsługi SMC81 — Sterownik silników krokowych

bipolarnych dwufazowych. [on-line] http://www.wobit.com.pl, 2003.

[28] Witold Ober, WObit. Instrukcja obsługi Zadajnik ZD 100 z programem WINSMC.

[on-line] http://www.wobit.com.pl, 2003.

[29] Witold Ober, WObit. Optoelektroniczny przetwornik obrotowo-impulsowy, seria

mok40. [on-line] http://www.wobit.com.pl, 2003.

[30] Witold Ober, WObit. Przetworniki optoelektroniczne. [on-line]

http://www.enkodery.com, 2003.

[31] Witold Ober, WObit. Silniki krokowe, seria 57BYG. [on-line]


http://www.codeproject.com/system/driverdev.asp

http://www.codeproject.com/system/driverdev2.asp

http://www.beyondlogic.org/spp/parallel.htm

http://www.beyondlogic.org/porttalk/porttalk.htm

http://www.ti.com

http://www.dedicated-systems.com/magazine/97q2/winntasrtos.htm

http://www.wobit.com.pl




http://www.enkodery.com


105

[32] Witold Ober, WObit. Licznik jednoosiowy z opcją łącza szeregowego, MD100.

[on-line] http://www.wobit.com.pl, 2004.

[33] Witold Ober, WObit. Uniwersalny licznik prędkości LP100. [on-line]


[34] Witold Ober, WObit. Mok40. [on-line]

http://www.wobit.com.pl/download/pdf/przetworniki/mok40.pdf, 2005.

[35] Witold Ober, WObit. Podstawy teoretyczne. [on-line]

http://www.wobit.com.pl/download/pdf/silniki/podstawowe%20informacje.pdf,

2006.

[36] Andrzej Zalewski. Programowanie w językach C i C++ z wykorzystaniem pakietu

Borland C++. Wydaw. NAKOM, Poznań, 2003.



http://www.wobit.com.pl/download/pdf/przetworniki/mok40.pdf

http://www.wobit.com.pl/download/pdf/silniki/podstawowe%20informacje.pdf

© 2007 Anna CieśnikDawid JasiakŁukasz Szulc

Katedra Inżynierii Komputerowej, Wydział Informatyki i Zarzą-dzaniaPolitechnika Poznańska

Skład przy użyciu systemu LATEX i czcionki Computer Modern.

BibTEX:@mastersthesis key,author = ”Anna Cieśnik

Dawid JasiakŁukasz Szulc”,title = ”System sterowania silnikiem krokowym w układzie otwartym”,school = ”Poznan University of Technology”,address = ”Pozna\’n, Poland”,year = ”2007”,

system sterowania silnikiem krokowym w ukŁadzie … · 2020-03-10 · nych poprzez rozbudowę...

Documents