Serwosterownik Easy Servo ES-D1008 HBS86H Leadshine

Sterownik HBS86H znakomicie nadaje się do aplikacji wymagających wysokiej wydajności, niezawodności i precyzji, którą możemy osiągnąć tylko za pomocą serwonapędów. System składa się z 2-fazowego silnika krokowego w połączeniu z całkowicie cyfrowym sterownikiem. Posiada on obsługę enkodera, umożliwiającą zamknięcie pętli sprzężenia zwrotnego, tak jak w przypadku serwonapędów. Połączone ze sobą technologie serwa i silnika krokowego dają unikalne możliwości przy stosunkowo niskiej cenie. Największą zaletą układu jest możliwość zastosowania w aplikacjach wymagających dużych prędkości z dokładnym pozycjonowaniem. Szeroki zakres napięć zasilających 30 - 100 VDC lub 20 – 70 VAC, czyni go uniwersalnym i umożliwia adaptację w różny gotowych systemach sterowania.

Zalety serwosterownika Easy servo ES-D1008 HBS86H Leadshine:

• konfiguracja sterownika za pomocą komputera, podłączenie kablem RS232,
• zasilanie do +100 VDC lub do 70 VAC,
• wyjściowy prąd szczytowy do 8 A,
• optoizolowane sygnały wejściowe,
• częstotliwość do 200 kHz
• funkcja automatycznej redukcji prądu podczas postoju silnika,
• zaawansowana kontrola prądu dla zmniejszenia nagrzewania się silnika,
• ustawienie prądu wyjściowego sterownika przy pomocy oprogramowania,
• szerszy zakres pracy- wyższy moment obrotowy przy dużych prędkościach,
• wysoki moment obrotowy przy niskiej prędkości,
• duża sztywności układu na postoju,
• zamknięta pętla sprzężenia zwrotnego eliminuje efekt utraty synchronizacji,
  wysoki moment obrotowy przy niskiej prędkości,
• bardzo szybka odpowiedź na sygnały sterujące,
• sterownik zabezpieczony jest przed przekroczeniem prądu, przekroczeniem napięcia zasilania,

Dane techniczne serwosterownika Easy servo ES-D1008 HBS86H:

Parametry elektryczne

Parametry eksploatacyjne

Parametry mechaniczne

Wymiary:

Budowa (opis złącz) serwosterownika Easy servo ES-D1008 HBS86H

Piny złącza sygnałów sterujących P1 i alarmowych P1'

Piny złącza zasilającego P2

Piny złącza P3, służącego do komunikacji z enkoderem

6-bitowy przełącznik DIP

Pierwsze cztery bity służą do manualnego wyboru wartości mikrokroku lub włączenia nastaw z poziomu programu konfiguracyjnego. Piątym mikroprzełącznikiem wybieramy kierunek obrotów silnika. Możemy zmienić zadany ruch na przeciwny. Szósty bit określa nam model podłączonego silnika. Poniżej tabela z możliwymi konfiguracjami DIP-switcha.   

Diody sygnalizacyjne

Diody sygnalizują stan pracy sterownika. Zielona LED oznacza podanie zasilania i oczekiwanie HBS86H na sygnały kierunku (DIR) i kroku (PUL). Czerwona LED oznacza wystąpienie błędu (awarii). Spowodowane to może być zadziałaniem, któregoś z zabezpieczeń, zbyt dużym napięciem, prądem, zwarciem cewek silnika, błędem w pozycjonowaniu lub uszkodzeniem napędu. Rodzaj błędu odczytujemy z kodu błyskowego poniżej.

Port komunikacyjny

Służy do podłączenia sterownika z komputerem za pomocą kabla RS232. Używany on jest do konfigurowania szczytowej wartości prądu, mikrokroku, aktywnych poziomów sygnałów, aktualnych parametrów pętli.

Eksploatacja serwosterownika Easy servo ES-D1008 HBS86H:

Kompletny system krokowy powinien zawierać silnik, zasilanie i kontroler (generator impulsów, komputer lub sterownik PLC). 

Podłączenie sygłów sterujących

W sterowniku HBS86H, aby zwiększyć odporność na zakłócenia oraz elastyczność interfejsu, zastosowano wejścia różnicowe. Pojedyncze impulsy z urządzenia sterującego, także są akceptowane. Obwód wejściowy posiada wbudowaną szybką optoizolację podłączoną szeregowo z rezystorem 270Ω ograniczającym prąd diody.
Zalecane jest stosowanie rezystorów podciągających w celu uzyskania większej stromości impulsów sterujących.
Poniższe schematy przedstawiają sposoby podłączenia sygnałów sterujących:

Wspólna anoda

Wspólna katoda

A, B, C – optoizolatory wbudowane w sterowniku HBS86H,
DA, DB, DC – diody zabezpieczające wbudowane w sterowniku HBS86H,
RA, RB, RC – (270Ω) rezystory ograniczające prąd diody wbudowane w sterowniku HBS86H,
RP – rezystory podciągające, zalecane, (dla 5V RP=4,7kΩ, dla 12V RP=10kΩ, dla 24V RP=22kΩ),
T1, T2, T3 – tranzystory w kontrolerze, komputerze,
R01, R02, R03 – dodatkowe rezystory ograniczające prąd diody.

Wartości dodatkowych rezystorów ograniczających prąd diody transoptora w zależności od napięcia VCC (sterującego).

Aby uniknąć błędów przy sterowaniu sygnały krok (PUL), kierunek (DIR) i zezwolenie (ENA) muszą być zgodne z parametrami z diagramu poniżej. 

Uwaga:

(1) tl - sygnał zezwolenia (ENA) musi być załączony co najmniej 5µs przed sygnałem kierunek (DIR) , nie podłączony zezwala na pracę sterownika;
(2) t2 - sygnał kierunek (DIR) musi być załączony co najmniej 5µs przed sygnałem krok (PUL), aby zapewnić właściwy kierunek;
(3) t3 - szerokość impulsu nie może być mniejsza niż 2,5 µs;
(4) t4 - szerokość niskiego impulsu nie może być mniejsza niż 2,5 µs.

Poniższy schemat przedstawia przykładowy sposób podłączenia sygnału błędu ze sterownika do jednostki sterującej: 

RP – rezystor podciągający,
R0 – rezystor ograniczający prąd diody optoizolatora w kontrolerze.

Podłączenie silników do serwosterownika Easy servo ES-D1008 HBS86H

Sterownik HBS86H przystosowany został do współpracy z dwufazowym silnikiem krokowym o standardowych wyprowadzeniach A+, A-, B+, B-. Odnajdujemy poszczególne fazy i zgodnie z oznaczeniami na złączu P2 napędu podłączamy je do złącz śrubowych.

Sterownik może współpracować z następującymi silnikami z wbudowanymi enkoderami:

Podłączenie enkodera do sterownika.

Do instalacji okablowania enkodera służy złącze P3 sterownika HBS86H. Poniżej tabela z kolorami przewodów przewodów kabla enkoderowego.

Specyfikacja mechaniczna silnika 86HS40-EC-1000

Specyfikacja mechaniczna silnika 86HS80-EC-1000

Podłączenie systemu (pojedyncza oś).

Przy podłączaniu przewodów należy zachować ostrożność i wykonać to ze szczególną starannością. Złe kontakty mogą skutkować niepoprawną pracą silników, zakłóceniami lub w gorszym przypadku wystąpieniem zwarcia. W celu zmniejszenia zakłóceń motory z szafą należy łączyć kablami ekranowanymi, które to należy odpowiednio uziemić.

Podłączenie i dobór zasilania do serwosterownika Easy servo ES-D1008 HBS86H:

Aby sterownik pracował prawidłowo, z optymalną wydajnością, ważny jest prawidłowy dobór zasilania. Napęd może pracować w zakresie napięć od 20VDC do 50VDC uwzględniając „pływanie napięcia” zasilania i napięcie EMF (generowane przez cewki silnika podczas nawrotów). Sugeruje się użycie źródeł zasilania z napięciem wyjściowym nie większym niż +45V, pozostawiając zapas na skoki zasilania i powrót EMF. Przy niższych napięciach zasilania od 20V sterownik może działać niepoprawnie.
Źródło zasilania może mieć niższy prąd niż znamionowy silnika (zazwyczaj 50% ~ 70% prądu silnika). Wynika to z tego, że sterownik pobiera prąd z kondensatora zasilacza tylko w czasie gdy cykl PWM jest w stanie ON, a nie pobiera, gdy cykl jest w stanie OFF. Tak więc średni pobór prądu ze źródła zasilania jest znacznie niższy niż prąd silnika. Na przykład dwa silniki 3A mogą być bez problemu zasilane ze źródła o prądzie 4,5A.
Zasilanie kilku sterowników z jednego źródła zasilania jest dozwolone pod warunkiem, że źródło to posiada odpowiednią wydajność prądową. Poniżej zamieszczono wzór na obliczenie wydajności prądowej źródła.

(Ilość silników * prąd znamionowy silnika) * 70% = prąd znamionowy źródła

Dorze jest dodać jakiś zapas mocy, czyli plus 5 - 10% wartości, która nam wyszła powyżej.

Obliczenie dla przykładu z tekstu powyżej:
(2 * 3A) * 70% = 4,2 A
4,2 A * 1,1 = 4,62 A

Aby uniknąć zakłóceń nie należy łączyć szeregowo sterowników do zasilacza. Każdy sterownik powinien być podłączony osobnymi przewodami (równoległe podłączenie).

Wyższe napięcie zasilania pozwoli na osiągnięcie wyższej prędkości obrotowej kosztem większych zakłóceń i grzania się silnika. Jeżeli nie jest wymagana wysoka prędkość należy użyć niższego napięcia. Pozwoli to na zwiększenie niezawodności i żywotności układu.

UWAGA!!!

Nigdy nie należy odwracać polaryzacji zasilania, ponieważ uszkodzi to sterownik!!!

Sugerowany układ zasilacza niestabilizowanego do zasilania sterowników silników krokowych.
Konfiguracja napędu


Po podłączeniu sterowania, silnika zasilania i przed uruchomieniem całego systemu należy poprawnie skonfigurować stopnie końcowe. Wybór wartości prądu podawanego na motory, podział kroku i pozostałe funkcje napędu ustawia się z poziomu programu komputerowego specjalnie przygotowanego do strojenia układów serii HBS.

Program konfiguracyjny serwosterownika

Program ProTuner do konfiguracji sterowników HBS dostępny jest nieodpłatnie.
Aby go pobrać kliknij tutaj.

Widok programu ProTuner

Menu i paski narzędzi

W górnej części obszaru roboczego znajduje się Menu. Klikając na zakładki wchodzimy w poszczególne narzędzia. Najczęściej używane posiadają skróty klawiszowe umieszczone w pasku poniżej.

Korzystanie z oprogramowania 

Połączenie komputera ze sterownikiem 

Po każdym uruchomieniu programu ProTuner ukazuje się okno połączenia. Można wywołać je również za pośrednictwem Menu System->Connect to Drive. Wybieramy numer portu komunikacyjnego i klikamy Open (otwórz). Program będzie próbował połączyć się ze sterownikiem. Może potrwać to jakąś chwilę.

Przed podłączeniem sterownika upewnij się, że:
1) kabel RS232 został podłączony do napędu i portu szeregowego komputera, 
2) napęd został zasilony i świeci się zielona doda LED,

Do zmiany parametrów napędu silnika nie musimy podłączać. Jeśli jednak chcemy dostroić układ, podłączenie silnika jest niezbędne. 

Uwaga!!!
Kiedy sterownik jest zasilany, nie należy podłączać / odłączać kabla szeregowego. Przerwanie obwodu może spowodować uszkodzenie sterownika i/lub komputera.

Parametry pracy sterownika ES-D1008 HBS86H

Aby otworzyć okno parametrów pracy (nastaw) sterownika klikamy menu System-> Parameters. Możliwe operacje do wykonania w wyżej wymienionym oknie:

Read RAM: odczyt parametrów napędu zapisanych w wewnętrznej pamięci RAM sterownika;
Write RAM: zapis parametrów napędu w wewnętrznej pamięci RAM sterownika;
Open File: otwieranie pliku konfiguracyjnego określonej lokalizacji, przywracanie parametrów programu konfiguracyjnego ProTuner;
Save File: Zapis parametrów w pliku konfiguracyjnym w określonej lokalizacji, nośniku;
Download: parametry napędu w pamięci nieulotnej sterownika;
Reset: przywracanie ustawień fabrycznych napędu.

Odczyt z pamięci RAM

Po zmianie parametru program ProTuner przechowuje go w wewnętrznej pamięci RAM (Random Access Memory). Jeśli chcemy sprawdzić obecnie przechowywane nastawy klikamy przycisk Read RAM. Wszystkie parametry pojawią się w oknie. Aby zmienić wartość któregoś z nich klikamy dwukrotnie w kolumnie Value. Wykonujemy korektę. Program zapisze dane do RAM po przejściu na inne pole kreatora.

Tabela z opisami Parametrów Konfiguracyjnych

Open file (otwieranie pliku)
Jeśli chcemy załadować dane z dysku komputera lub nośnika zewnętrznego klikamy przycisk Open File w oknie Parameters. Następnie wskazujemy lokalizację pliku konfiguracyjnego.

Save File (zapisywanie pliku )
Aby zapisać plik konfiguracyjny na dysku komputera lub innym nośniku klikamy przycisk Save File w oknie Parameters. Następnie wskazujemy lokalizację gdzie ma być zapisany plik i potwierdzamy to.

Download (pobieranie)

Aby pobrać dane konfiguracyjne z nieulotnej pamięci sterownika klikamy przycisk Download w oknie Parameters.

Inputs/Outputs Window (okno konfiguracji sygnałów wejściowych i wyjściowych)

W menu Drive w zakładce Inputs/Outputs możemy ustawić aktywne zbocze impulsów sterujących, tryb pracy sterownika, działanie wyjścia sygnalizującego błąd oraz charakterystykę sygnału kierunku.

Motor Setting Window (okno ustawień silnika)

Aby sprawdzić lub zmienić ustawienia dotyczące silnika należy udać się do menu Drive->, a następnie do zakładki Motor Setting. W oknie tym możemy ustawić podział kroku, limit błędu pozycjonowania i rozdzielczość enkodera silnika.

Self-test/Current Loop Tuning Window (okno dostrajania parametrów pętli prądowej)

Aby uruchomić okno należy w menu Drive-> kliknąć przycisk Self-test/Tuning Loop. W widocznych polach można regulować bieżące parametry pętli prądowej (K, Ki). Po wykonanych zmianach możemy przeprowadzić test dla wykonanych zmian w gotowej aplikacji (silnik zamontowany w układzie docelowym).

Self-test Tab (okno testowania napędu)

W oknie tym możemy przeprowadzić test napędu bez użycia zewnętrznego generatora lub kontrolera. Aby to uczynić należy w pierwszej kolejności skonfigurować prędkość, przyspieszenie, zadać dystans, odstęp między kolejnymi ruchami i ilość powtórzeń. Można teraz uruchomić proces: przycisk Start.

Current Loop Tuning Window (okno konfiguracji parametrów pętli prądowej)

Aby uruchomić konfiguratora pętli klikamy zakładkę Current Tuning Loop. W wyświetlonych polach możemy ustawić poszczególne wartości parametrów Kp, Ki i prąd, który popłynie przez uzwojenia silnika podczas testu.

Position Loop Tuning Window (okno konfiguracji parametrów pętli pozycjonowania)

Aby uruchomić konfiguratora pętli klikamy zakładkę Position Tuning Loop. W wyświetlonych polach możemy ustawić poszczególne parametry Kp, Ki, Kd, Kvff i procentowo wartości prądu w różnych konfiguracjach. Kiedy chcemy dokonać korekty klikamy dwukrotnie na pole Value danego parametru.

Check Errors (sprawdzanie błędów sterownika)

Jeżeli chcemy sprawdzić aktywny błąd sterownika klikamy menu Tool-> następnie Error. Typy alarmów opisano w tabeli poniżej.

Configuring the Drive (konfigurowanie napędu)

W większości zastosowań napędu HBS konfiguracja napędu ogranicza się do minimum. Ustawiamy parametry wejść i wyjść, prąd silnika, podział kroku, rozdzielczość enkodera i limit błędu pozycjonowania. Chcąc jednak sprostać, niektórym aplikacjom, program ProTuner umożliwia dostrojenie parametrów pętli prądowej jak i pętli pozycjonowania napędu.


Uwaga!!!
Przy konfiguracji napędu silnik musi być podłączony do sterownika.


Ustawianie Wejść i wyjść sterownika HBS86H
Konfigurację napędu najlepiej rozpocząć od ustawienia sposobu sterownia i komunikacji z zewnętrznymi urządzeniami (komputer, sterownik PLC, itp.) Aby tego dokonać korzystamy z wcześniej opisanego okna Inputs/Outputs.

Ustawianie parametrów silnika

Kolejnym krokiem jest poinformowanie sterownika o rozdzielczości enkodera umieszczonego na osi silnika, limicie błędu i podziale kroku. Zadane wartości wpisujemy w polach wcześniej opisanego okna Motor Setting.
Ustawienie mirokroku na wyższą wartość sprawia, iż ruch silnika jest płynniejszy. Niższa wartość umożliwia zwiększenie prędkości przy mniejszych częstotliwościach sygnału kroku. Jeśli aplikacja wymaga precyzji limit błędu (Position Error Limit) powinien być jak najmniejszy. Wartość Encoder Resolution to rzeczywista rozdzielczość enkodera pomnożona przez cztery. Jeżeli posiadamy enkoder o rozdzielczości 1000 impulsów na obrót, mnożymy to razy 4 i otrzymujmy wartość 4000.
Dostrajanie parametrów pętli prądowej
Następnym krokiem umożliwiającym precyzyjne zestrojenie napędu z zastosowanym silnikiem jest ustawienie parametrów pętli prądowej. Aby wykonać powyższy proces należy skorzystać w wcześniej opisanego okna Self-test/Current Loop Tuning.
Poniżej przedstawiono procedurę dostrajania sterownika HBS86H do silnika 57HS3S09-EC-1000 przy napięciu zasilania 24VDC.
Krok 1: Ustawiamy amplitudę prądu testowego na 1A. Rozpoczynamy strojenie od małych wartości.. Kp = 200, Ki = 1 
Krok 2: Klikamy przycisk Start. Rozpoczyna się proces badania odpowiedzi skokowej układu na wprowadzone wymuszenie. Generowana krzywa (czerwona) bardzo powoli wzrasta do zadanej wartości. Oznacza to, że wartość wzmocnienia Kp musi być wyższa.


Wprowadzamy zmiany: Kp = 400, uruchamiamy ponownie proces.

Krok 3: Nadal zwiększamy parametr Kp. Wpisujemy wartość 500. Klikamy przycisk Start. Obserwujemy czas narastania sygnału odpowiedzi (czerwona krzywa). 

Krok 4: Sprawdzamy odpowiedzi (wykresy) przy różnych ustawieniach Kp = 600, 700 aż do zaobserwowania zjawiska przeregulowania Over-shoot (widoczne na jednym z kolejnych screen'ów). Oznacz to, że należy zaprzestać zwiększania wartości wzmocnienia. Gdy zaobserwujemy wyżej wspomniany przypadek należy sukcesywnie zmniejszać Kp(skoki np. ca 10), aż do moment, gdy rzeczywista krzywa wartości docelowej. 

Krok 5: Znaleźliśmy minimalną wartość Kp = 630. Następnym krokiem jest ustawienie parametru Ki pętli prądowej pozwalającego na zmniejszenie błędów w sterowaniu. Całkowanie pomaga sterownikowi likwidować aktualne błędy statyczne. Uwaga! Jeśli wartość jest zbyt duża, system może oscylować w zadanej pozycji. Przed rozpoczęciem procesu należy powiększyć przebieg odpowiedzi skokowej. Procedura dostrajania jest identyczna z opisaną powyżej. 

Krok 6: Po wyżej wymienionych czynnościach uzyskaliśmy optymalne wartości parametrów pętli prądowej. Obecnie przechowywane są w pamięci RAM sterownika. Aby były one na stałe wprowadzone do nieulotnej pamięci napędu należy zapisać dane. W tym celu klikamy ikonkę pokazaną poniżej. 

Dostrajanie parametrów pętli pozycjonowania

Ostatnim krokiem, który możemy skonfigurować jest ustalenie parametrów pętli pozycjonowania. Pozwala to na zmniejszenie hałasu wydobywającego się z silnika , uzyskanie większych prędkości, a co za tym idzie dostosowanie do każdej aplikacji. Aby wykonać powyższy proces należy skorzystać w wcześniej opisanego okna Self-test/Current Loop Tuning i zakładki Position Loop Tuning.

Sugestie przy ostawieniach pętli pozycjonowania

Diody sygnalizacyjne

Pracę sterownika sygnalizują dwie diody LED umieszczone przy złączu sygnałów sterujących (zielona - poprawna praca, czerwona - błąd). Po podaniu napięcia zasilania dioda zielona świeci się ciągle. Aby zwiększyć niezawodność HBS86H posiada wbudowane następujące funkcje ochronne:
a) ochrona przed przekroczeniem napięcia
Kiedy napięcie zasilania przekroczy +50VDC, ochrona aktywuje się i dioda czerwona zacznie migać (opis częstotliwości migania podany został w rozdziale 4. Budowa sterownika). Jeżeli napięcie zasilania będzie niższe niż +20VDC, sterownik nie będzie pracował poprawnie.
b) ochrona przed przekroczeniem prądu
Ochrona zostanie aktywowana, gdy zostanie przekroczony prąd który może uszkodzić sterownik. (dioda czerwona - opis częstotliwości migania podany został w rozdziale 4. Budowa sterownika).
c) przekroczenie limitu błędu
Alarm zostanie aktywowany, gdy różnica między pozycją zadaną, a zmierzoną przekroczy limit błędu ustalony parametrem Position Error Limit (dioda czerwona - opis częstotliwości migania podany został w rozdziale 4. Budowa sterownika).

Podłączenie sterownika ES-D1008 HBS86H do płyty głównej SSK-MB2

Sterownik HBS86H może być sterowany za pośrednictwem programu Mach 3, bądź innego pracującego na sygnałach kroku i kierunku. Do podłączenia sterownika z komputerem wykorzystuje się płyty główne umożliwiające rozdział sygnałów z portu LPT na poszczególne elementy wykonawcze. Sposób podłączenia sterownika do produkowanej przez naszą firmę płyty SSK-MB2 przedstawiono na poniższym diagramie.

Opis portu LPT

1 – PRZEKAŹNIK PK1
2 – CLK X
3 – DIR X
4 – CLK Y
5 – DIR Y
6 – CLK Z
7 – DIR Z
8 – CLK A
9 – DIR A
10 – E-STOP
11 – HOME X, Y, Z, A
12 – LIMIT
13 – CZUJNIK DŁUGOŚCI NARZĘDZIA
14 – KANTHALL/SPINDLE CONTROL
15 – DODATKOWY PIN WEJŚCIOWY 
16 – PRZEKAŹNIK PK2
17 – ENABLE
18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 – GND

UWAGA!!!

Podczas uruchamiania obrabiarki należy kolejno włączać: komputer, program, sterownik. Program przejmuje kontrolę nad pinami portu LPT. Przy zamykaniu systemu stosujemy kolejność odwrotną. Uchroni to przed nieoczekiwanymi i niebezpiecznymi ruchami maszyny.

Porady

W przypadku kiedy sterownik HBS nie pracuje poprawnie, pierwszym krokiem powinno być sprawdzenie czy problem jest natury elektrycznej czy mechanicznej. Ważne jest, aby dokumentować każdy krok przy rozwiązywaniu problemu. Być może będzie konieczność skorzystania z tej dokumentacji w późniejszym okresie, a szczegóły w niej zawarte w wielkim stopniu pomogą pracownikom naszego Wsparcia Technicznego rozwiązać zaistniały problem. Wiele błędów w systemie sterowania ruchem może być związanych zakłóceniami elektrycznymi, błędami oprogramowania urządzenia sterującego lub błędami w podłączeniu przewodów.
Poniżej przedstawiono tabelę z najpopularniejszymi problemami, z którymi zgłaszają się klienci do naszego Wsparcia Technicznego.