SISTEM DE POZIŢIONARE ACŢIONAT CU MOTOR PAS CU PAS DE TIP FESTO

Studenţi: Guzgan Lucian , Olariu Ciprian Anul IV , EPAE Îndrumător: prof. dr. ing. Gheorghe Livinţ

1. Construcţia sistemului de poziţionare Sistemul de poziţionare de tip FESTO acţionat cu motor pas cu pas a cărui vedere

generală este prezentată în fig. 1 este alcătuit din următoarele elemente: un ax electric liniar 1, de tip DGE-ZF-KF, acţionat cu o curea dinţată antrenată cu un motor pas cu pas 2, convertorul electronic 3 care este alimentat de la o sursă de curent continuu şi furnizează impulsurile de comandă ale înfăşurărilor motorului pas cu pas, controlerul 4 de tip SPC200, limitatoarele de cursă 5, referinţa (elementul mobil) 6 şi suportul 7 pe care sunt fixate toate aceste elemente.

Fig. 1 Vedere generală a sistemului de poziţionare cu motor pas cu pas În fig. 2 sunt prezentate conexiunile dintre elementele componente ale sistemului de

poziţionare a cărui funcţionare este programată cu ajutorul unui calculator.

Fig. 2 1- Calculator PC pentru programarea funcţionării, 2 – controlerul SPC200

(smart positionning controller) cu modulul de indexare a motorului pas cu pas, 3 – convertorul electronic de putere, 4 – bloc de comutare, 5 - acţionare electromecanică liniară,

1

6 – comutatorul referinţei şi comutatoare de capăt de cursă, 7 – cuplaj , 8 – motor , 9 – ax pneumatic (optional).

Controlerul SPC200 (smart positionning controller) cuprinde mai multe elemente evidenţiate în fig.3 : 1- modulul sursei de putere , 2 – modulul de diagnostic, 3- modulul intrare/ieşire (I/O), 4 – modulul de alimentare a motorului pas cu pas.

Un sistem echipat cu modulele menţionate mai sus oferă următoarele posibilităţi: controlul a unul sau două axe pneumatice; controlul unui ax cu motor pas cu pas; programarea şi diagnoza fie

Fig. 3 Echipamentul de bază prin intermediul calculatorului PC, fie prin panoul de operare; coordonarea fie prin intrări/ieşiri I/O fie printr-o magistrală.

Controlerul SPC 200 poate fi controlat prin intermediul modulului intrări/ieşiri (I/E), sau printr-o magistrală în modurile: „Start/Stop” sau „Record selection”.

Acţionările liniare sunt utilizate pentru axele electrice. Acestea convertesc mişcarea de rotaţie a motorului pas cu pas într-o mişcare liniară de alunecare. Se utilizează două tipuri de acţionări liniare: axe cu acţionări cu bile DGE(L)- ...-SP; axe cu acţionări cu curele dinţate DGE(L)-...-ZR.

În fig. 4 se prezintă dispunerea senzorilor şi domeniile de comutare ale acestora.

Fig. 4 Dispunerea senzorilor:1 - conexiunile senzorilor pentru control; 2 – conexiunile senzorilor pentru circuitul STOP de urgenţă (de avarie); 3 –domeniul de poziţionare; domeniul de comutare a comutatorului referinţei; 5 – domeniile de comutare a limitatoarelor de capăt ; 6 domeniile de comutare a limitatoarelor de capăt de siguranţă.

Fig. 5 Schema instalaţiei electriceÎn fig. 5 este prezentată schema de principiu a instalaţiei electrice care cuprinde : 1 –

întrerupător principal, 2 – siguranţă fuzibilă, 3 filtru de reţea, 4 – convertor de putere, 5 – cablul motorului, 6 –motorul pas cu pas, 7 – acţionarea liniară electromecanică, 8 – cablurile

2

senzorilor (a referinţei şi a limitatoarelor de capăt), SPC200 cu modulul de indexare a motorului pas cu pas, 10 –blocul de control , 11 – cablu de control.

În fig. 6 sunt prezentate fotografii ale sistemului de poziţionare cu motor pas cu pas.

Fig. 6 Sistem de poziţionare cu motor pas cu pas

2 . Crearea unui proiect nou cu programul WinPISAProgramarea controlerului SPC200 se realizează cu ajutorul programul WinPISA 4.41.

Această aplicaţie permite crearea unor proiecte/programe noi, editarea unor programe existente, editarea listei cu poziţii predefinite (position list), compilarea proiectelor/programelor, încărcarea şi descărcarea programelor în/din memoria calculatorului.

Programele pentru controlerul SPC200 se realizează în „cod G”, limbaj de programare folosit în programarea maşinilor unelte cu comandă numerică.

Pentru a crea un nou proiect în meniul „File” se apelează funcţia New project” Noul proiect este definit prin numele fişierului cu extensia (.prj), titlul proiectului şi (opţional) descrierea proiectului.

In fig. 7 se prezintă fereastra proiect care permite o gestionare uşoară a programelor pentru controler. S-a creat proiectul cu titlul Proiect_23. În fereastră apar funcţiile Hardware şi Software.

3

Fig. 7 Fereastra proiectului nou Pentru noul proiect sunt necesare caracteristicile hardware ale axului electric şi ale

controlerului. Caracteristicile hardware se obţin astfel:- se porneşte sursa de alimentare a controlerului SPC200, din meniul [Edit], se

selectează [Insert object Ins] sau cu dublu click pe Hardware se introduc componentele hardware. Se introduce mai întâi controlerul SPC200; apare fereastra „SPC200 configuration”

- se alege tipul CPU-4, Se încarcă în calculator cu comanda Upload şi apare în fereastra proiectului funcţia de interfaţare pentru motorul pas cu pas „Stepping motor interface”. Cu dublu click pe „Stepping motor interface” apare simbolul axului „X-axis”. Cu comanda [Edit], [Configure] sau cu un dublu click pe simbolul axului se deschide fereastra de dialog corespunzătoare “ Parameter set for the …-axis”.

Mai întâi se setează în registrul „Axis parameters” parametrii corespunzător sistemului existent. Parametrii axului sunt configuraţi prin descrierea structurii caracteristicile şi componentele axului utilizat. In fereastra „Axis parameters” se completează câmpurile:

Des – desemnarea acţionării electrice utilizate pentru axul electric,Length – lungimea acţionării electrice utilizate pentru axul electric,Diameter – diametrul acţionării liniare utilizate pentru axul electric,Motor- desemnarea motorului pas cu pas utilizat,Steps/turn – numărul de paşi pe rotaţie a motorului pas cu pas utilizat.

Fig. 8 Introducerea elementelor hardware.

4

Cu [Select] se alege tipul axului DGE-18-ZR, fig. 8, cu lungimea Length = 300 [mm] şi diametrul Diameter = 18 [mm], cu motorul de acţionare de tip MTR-ST57-48S-AA, cu viteza maximă de poziţionare de 0,6 [m/s] şi acceleraţia maximă de 1,5 [m/s 2], cu 200 paşi/rotaţie. Cu Upload se încarcă datele în calculator.

Cu click pe „Application parameters” se setează parametrii corespunzători sistemului utilizat, fig. 9.

Dintre parametri aplicaţiei menţionăm:- Resolution – numărul de paşi pe mm de poziţionare: steps per rotation/feed

constantxratio, cu valori între 0,10 ... 9999,99 [1/mm]; step per rotation = unghiul de pas în grade), feed constant = 100 mm per rotation; valoarea introdusă 7,6923.

- Start-stop frequency – frecvenţa cu care motorul pas cu pas porneşte şi se opreşte la cuplul cerut, cu valori între 80 .. 5000 [Hz]; valoare aleasă este 400 [Hz]

- Project zero point: este un punt raportat la punctual de zero al maşinii, cu valori permise între 0,0 … 3200,0 [mm]; se allege valoarea 0,0 [mm],

- Lower software end position – Este poziţia de capăt de partea punctului de zero a maşinii care este monitorizată prin SPC200 şi care nu trebuie depăşită, cu valori permise între 0,0 … 3200,0 [mm]; valoarea introdusă este 10 [mm],

- Upper software end position – Este poziţia de capăt de partea opusă a punctului de zero al maşinii care este monitorizată prin SPC200 şi care nu trebuie depăşită, cu valori permise între 0,0 … 3200,0 [mm]; s-a impus valoarea 290[mm],

- Reference position - coordonata punctului de referinţă relativ la punctul de zero al maşinii. Punctul de zero al maşinii este definit prin punctul de comutare a comutatorului referinţei pe baza acestei valori.. Valori permise: 0,0 ... 3200,0 [mm]; s-a ales valoarea 10 [mm],

- Reference speed factor – viteza de poziţionare a referinţei glisante, raportată la viteza maximă configurată, este determinată prin intermediul acestui factor, cu valori permise: 0,01 .. 1,00; valoarea aleasă este 1,

- Maximum speed – Aceasta este viteza pentru poziţionare cu comanda G00 sau viteza maximă pentru poziţionare cu comanda G01. Factorul de viteză specificat cu comamda G01 se referă la viteza maximă definită aici, cu valori între 0,1 .. 10 [m/s]; valoarea aleasă este de 0,7 [m/s],

- Maximum acceleration – accceleraţia maximă pentru poziţionarea cu comenzile G00 şi G01. Factorul de acceleraţie specificat cu comenzile G08 şi G09 se referă la acceleraţia maximă definită aici, cu valori între 0,1 .. 100,0 [m/s]; se alege valoarea de 4 [m/s2],

5

Fig. 9 Introducerea parametrilor aplicaţiei - Reference travel mode – modul în care deplasarea referinţei este realizată. Această

presetare se aplică deplasării referinţei care este pornită, în fereastra de dialog „Commission steppng motor” (comanda [Online], [Commissioning] [Stepping motor]), sau cu panouul de operare. Valorile permise sunt 0 .. 4. Cu comanda G74 modul de deplasare a referinţei este definită individual în linia de comandă NC a programului. Modurile de deplasare a referinţei sunt : 0 – transfer poziţia axei curente ca punt de referinţă, 1 – deplasarea referinţei în direcţie negativă faţă de comutatorul referinţei (REF) cu transferul la punctul de referinţă, 2 – deplasarea referinţei în direcţie negativă faţă de comutatorul de limită (LIM-) cu transferul la punctul de referinţă, 3 – deplasarea referinţei în direcţie pozitivă faşă de comutatorul referinţei (REF) cu transferul la punctul de referinţă, 4 – deplsarea referinţei în direcţie pozitivă faţă de comutatorul limită (LIM+), cu transferul la punctul de referinţă.

Încărcarea configuraţiei axului în SPC200 se face în fereastra de dialog „Parameter set for the ... – axis”, când modul [Online] este activ cu comanda Download.

Programele şi lista cu poziţii predefinite , de forma celor prezentate in fig. 10, se găsesc în directorul „Software”. Controlerul permite utilizarea a 100 de programe numerotate de la 0 la 99. Lista cu poziţii predefinite este unică pentru fiecare proiect şi este creată automat împreună cu proiectul. Astfel, lista poate fi modificată dar nu poate fi recreată sau ştearsă.

Pentru crearea unui program se parcurg etapele:- se selectează directorul „Software”;- din meniul [Edit] se apelează funcţia „Insert object”;- se completează câmpurile „Title” şi „Description” din fereastra nou deschisă; - se utilizează butonul „OK” pentru confirmare;

6

Fig. 10 Introducerea componentelor software3. Funcţionarea sistemului de poziţionare

Se deschide proiectul şi se compilează cu [Compile]. Apoi din meniul [Online] cu Download se încarcă proiectul în SPS200. Din [Online], cu comenzile Commissioning, Reference travel se verifică dacă referinţa este 0,00 [mm]. Din [Online] cu comanda Control axes apare fereastra „Program selection”, fig.11. După selectarea programului dorit confrmată cu „Ok”, apare fereastra Debug [Program 2], fig. 12. Prin click pe simbolul Execute step din fereastra proiectului se execută instrucţiunile linie cu linie.

3. Comenzi pentru controlerul SPC200Pentru controlerul SPC200 se pot realiza până la o sută de programe, numerotate de la

0 la 99. cu un maximum de linii de comandă de 2000. Într-un singur program pot fi utilizate maximum 1000 de linii de comandă. Fiecare linie de comandă dintr-un program este numerotată cu un număr de la 000 la 999, începe cu Nxxx, unde xxx este numărul liniei. Liniile de comandă sunt numerotate în ordine crescătoare. Un exemplu de linie de comandă:

N015 G01 G90 X150,00 FX20 Cu semnificaţiile: N015 – linia de comandă 15 , G01 – comandă de poziţionare ,G90 – tipul poziţionării, X150,00 – poziţia pe axa X de 150 mm, FX20 – viteza de

poziţionare de 20% din viteza maximă.

7

Fig. 11 Selectarea programului de executat

Fig. 12 Programul selectat

În scrierea programelor, pentru sistemul de poziţionare cu motor pas cu pas, se utilizează următoarele comenzi:

1. comenzi de poziţionare:G00 – deplasare la poziţia impusă prin X...,.. cu viteza maximă posibilă; exemplu G00 X100,00 G01 – deplasare la poziţia impusă prin X...,.. cu viteza definită prin FX..; exemplu G01 X100,00 FX20 G02 - deplasare la poziţia impusă prin X...,.. cu frecvenţa Start/Stop; exemplu G02 X100,00 FX20 G74 - Start deplasare referinţă; exemplu G74 X1 (deplasarea referinţei de pe axa X

în modul 1,8

2. comenzi de condiţionare a poziţionăriiG08 – acceleraţia pentru rampa corespunzătoare sau pentru rampa de frânare; exemplu G08 Xn unde n= 0...99, reprezintă procente din acceleraţia

maximă : 1=1%, 10 = 10%, ..., 99 = 99%, 0 = 100%.G90 – specificarea dimensiunii absolute; exemplu G90 X100,00

G91 – specificarea dimensiunii relative; exemplu G91 X100,00

3. controlul secvenţei

G04 – timpul de execuţie; exemplu G04 n , unde n = 1 ... 9999, reprezintă numărul de multiplului de 10 ms ( n =250 corespunde la un timp de 250x10 ms= 2500 ms= 2.5 s) ; E05 – salt necondiţionat; L – Apelarea unui subprogram ; exemplu L n unde n =0 .. 99 – numărul subprogramului; L Rn, apelează programul n = 0.. 99 , proram salvat în registrul R.. M00 – stop programat M02 – sfârşit subprogram M30 – sfârşit program cu repetare.

4. Concluzii:

• Folosirea in industria constructiilor mecanice de uz general sau special(industria electronica)

• Manevrare – Ghidare in industria alimentara • Rigiditate ridicata;• Dinamica ridicata la raspuns si la viteza;• Greutate redusa(confectionat din aluminiu);• Dimenisiuni mici dar cu capacitate ridicata de a manevra; sau ghida greutati mari;• Utilizare simpla si flexibila;• Usurinta de programare cu ajutorul PC-ului;• Curse de lungimi variabile;• Precizie ridicata.

5. Bibliografie

1. B.C. Kuo, A. Kelemen Sisteme de comandă şi reglare incrementală a poziţiei2. Gh. Băluţă Acţionari electrice cu motoare pas cu pas 3. *** http://www.festo.com/4. *** Smart Positioning Controller SPC200, FESTO Software package WinPISA,

9