Arbah DSP - CS-Lab

Serwonapęd
Arbah DSP
Quick Installation Guide / Skrócona instrukcja użytkownika
Dotyczy wersji sprzętowej
Dotyczy wersji oprogramowania
Rev 1.0
© copyright 2013 – CS-Lab s.c.
: v1
: v1.20
1 Wstęp
1.1 Oznaczenia używane w niniejszej instrukcji
__________________________________________________________________________________
Oznacza potencjalne niebezpieczeństwo, ryzyko odniesienia obrażeń ciała.
__________________________________________________________________________________
Oznacza użyteczną informację, wskazówkę.
__________________________________________________________________________________
Oznacza ostrzeżenie, niezastosowanie się może prowadzić do niewłaściwego funkcjonowania,
bądź uszkodzenia urządzenia.
__________________________________________________________________________________
1.2 Zgodność z normami
Serwonapędy serii ARBAH zostały zaprojektowane i wykonane zgodnie z normami krajowymi i
międzynarodowymi dotyczącymi przemysłowych systemów sterowania wykonanych na bazie
elementów elektronicznych:
EN 61800-5-1
Elektryczne układy napędowe sterujące prędkością
obrotową silników – wymagania bezpieczeństwa –
elektryczne, cieplne i energetyczne
EN 61800-3
Systemy napędowe z regulowaną prędkością. Standard EMC
oraz metody testowania
EN 61000-6-2
Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Ogólne wymogi.
Zgodność ze standardami dla środowiska przemysłowego.
EN 61000-6-4
Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Ogólne wymogi.
Zgodność ze standardami emisji dla środowiska
przemysłowego.
EN 61000-3-2
Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Limity odnośnie
emisji harmonicznych prądu.
EN 61000-3-3
Kompatybilność
elektromagnetyczna
(EMC).
Limity,
ograniczenia odnośnie fluktuacji napięcia oraz zaburzeń w
systemach zasilania niskonapięciowego.
Produkt wykonany w technologii bezołowiowej, zgodny z normami RoHS.
1.3 Dane techniczne
Parametr
1
Napięcie zasilania końcówki mocy
Maksymalny ciągły prąd wyjściowy
Maksymalna ciągła moc wyjściowa 2
Zalecana moc silnika2
Obsługiwane typy silników 3
Zabezpieczenia końcówki mocy
Ilość wejść cyfrowych
Ilość wyjść cyfrowych
Ilość wejść enkoderowych
Napięcie zasilania logiki
Pobierana moc (24V)
Maksymalne dopuszczalne napięcie na liniach
we/wy
Maksymalne obciążenie linii wyjściowej
Rodzaj sygnału zadawania pozycji/prędkości
Max. Częstotliwość sygnału STEP
Maksymalna częstotliwość sygnału enkodera
Typ enkodera
Rodzaj sygnału enkodera
Połączenie z PC (konfiguracja)
Połączenie z kontrolerem ruchu (diagnostyka)
Zakres temperatury otoczenia
Wilgotność względna
1
Wartość
155 VDC (24V – 180V DC)
20A
2.1 kW
0.7 kW
DC / BLDC /
AC-Synchroniczne
Zwarciowe,
przeciążeniowe,
przepięciowe oraz
termiczne
6
3
1
24VDC +/-10%
5W
30VDC
50mA
Krok/Kierunek (STEP/DIR)
Sygnał różnicowy
4 MHz
8 MHz
Inkrementalny TTL
Różnicowy
RS232
Szyna CAN
0oC do +50oC
10% do 95%
(bez zjawiska skraplania)
Zalecany sposób zasilania to transformator na 110V AC z prostownikiem oraz kondensatorem. W efekcie
otrzymamy 110[𝑉] ∗ √2 ≈ 156[𝑉].
2
Napęd jest w stanie dostarczyć ciągłej mocy 2.1kW. Należy jednak pamiętać, że każdy silnik można
chwilowo przeciążać. Jeśli podłączymy silnik o mocy znamionowej 2.1kW, to wszystko będzie działać
poprawnie, ale nie będzie możliwości przeciążania silnika, więc nie wykorzystamy w pełni jego
możliwości. Dlatego zalecana moc znamionowa silnika to 0,7kW, mamy wtedy możliwość chwilowego
trzykrotnego przeciążenia.
3
Silniki bezszczotkowe (BLDC, AC oraz AC liniowe) muszą posiadać cyfrowe czujniki HALL by można było
ich używać z napędem Arbah-DSP
2 Blokowy schemat podłączeń
Poniżej znajdują się poglądowe schematy podłączeń dla silnika trójfazowego bezszczotkowego
oraz dla silnika szczotkowego. Łatwo zauważyć, że oba schematy są niemal identyczne. W przypadku
silnika DC do zasilania silnika wykorzystujemy tylko skrajne fazy (U oraz W), z czego do fazy U
podłączamy „+” silnika DC, a do fazy W podłączamy wyprowadzenie „-„ silnika. Ponadto w przypadku
silnika DC nie ma potrzeby stosowania czujników HALL’a.
Podłączenie szyny CAN jest opcjonalne, ale
zalecane gdy napędu używamy w połączeniu ze
sterownikiem CSMIO/IP-x oraz programem Mach3.
Dzięki połączeniu CAN ze sterownikiem CSMIO/IP
zyskujemy dodatkową możliwość szybkiej diagnostyki
napędu bezpośrednio w programie Mach3. Ponadto, w
przypadku wystąpienia awarii, status napędu
zapamiętywany jest w pliku log.
Podłączenie sygnałów we/wy napędu ze
sterownikiem również jest opcjonalne, ale warto mieć
skonfigurowany chociażby sygnał ALARM, gdyż
w przypadku awarii jednej osi maszyny sterownik
otrzyma stosowną informację i zatrzyma pozostałe
osie.
Napęd posiada funkcję synchronizacji sygnału HOME z indeksem enkodera. Oznacza to, że można
skorzystać z dokładnego bazowania, nawet w przypadku, gdy sterownik CNC takiej funkcji nie
posiada. Jeśli chcemy z tego skorzystać, sygnał HOME zamiast do sterownika CNC podłączamy do
napędu ArbahDSP (do jednego z wejść cyfrowych), a jedno z wyjść napędu podłączamy do sterownika
CNC. Wejście cyfrowe w napędzie konfigurujemy jako „HOME”, a wyjście jako „HOME Sync. Out”.
W urządzeniu ArbahDSP występują napięcia mogące powodować zagrożenia dla zdrowia i życia.
Przed przystąpieniem do jakichkolwiek czynności instalacyjnych wyłącz zasilanie urządzenia i odczekaj
minimum 10 minut – jest to czas potrzebny do rozładowania kondensatora.
Podczas pracy urządzenia, nie odłączaj ani nie podłączaj żadnych przewodów (poza diagnostycznym).
Może to spowodować nieprzewidziane zachowanie silnika, a w skrajnym przypadku nawet uszkodzić
serwonapęd.
2.1 Silniki bezszczotkowe (AC / BLDC)
2.2 Silniki szczotkowe (DC)
3 Opis wyprowadzeń złącz napędu
CN3 – Złącze końcówki mocy
CN2 – Złącze konfiguracji
CN1 – Złącze sygnałowe
3.1 CN1 - Złącze sygnałowe
Widok złącza od przodu
urządzenia / wtyczki od str.
lutowania
Nr Pinu
w złączu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
Sygnał
+24V
STEP+
DIR+
OUT0 [C]
OUT1 [C]
OUT2 [C]
IN0
IN2
IN4
IN_COMMON
CAN_L
ENC_A+
ENC_B+
ENC_Z+
HALL_A+
HALL_B+
HALL_C+
+5V Out
GND
GND
STEPDIROUT0 [E]
OUT1 [E]
OUT2 [E]
IN1
IN3
IN5
Opis
Zasilanie logiki (24V DC)
Sygnał kroku (dodatnie wejście transoptora)
Sygnał kierunku (dodatnie wejście transoptora)
Wyjście cyfrowe 0 (Kolektor)
Wyjście cyfrowe 1 (Kolektor)
Wyjście cyfrowe 2 (Kolektor)
Wejście 0
Wejście 2
Wejście 4
Wspólne wyprowadzenie wejść
Szyna CAN (L)
We. Enkodera A (+)
We. Enkodera B (+)
We. Enkodera Z (+)
We. Czujnika HALL A (+)
We. Czujnika HALL B (+)
We. Czujnika HALL C (+)
Wyjście 5V do zasilania enkodera oraz czujników
HALL’a silnika
Masa (0V) enkodera oraz czujników HALL’a
Masa (0V) zasilania logiki
Sygnał kroku (ujemne wejście transoptora)
Sygnał kierunku (ujemne wejście transoptora)
Wyjście cyfrowe 0 (Emiter)
Wyjście cyfrowe 1 (Emiter)
Wyjście cyfrowe 2 (Emiter)
Wejście 1
Wejście 3
Wejście 5
29
30
31
32
33
34
35
36
37
CAN_H
GND
ENC_AENC_BENC_ZHALL_AHALL_BHALL_CGND
Szyna CAN (H)
Masa (0V) dla sygnałów CAN
We. Enkodera A (-)
We. Enkodera B (-)
We. Enkodera Z (-)
We. Czujnika HALL A (-)
We. Czujnika HALL B (-)
We. Czujnika HALL C (-)
Masa (0V)
3.2 CN2 - Złącze komunikacji
Widok złącza od przodu
urządzenia
Nr Pinu w
złączu
1
2
3
4
5
6
Sygnał
GND
TxD
Ext. 5V
RxD
NC
NC
Opis
Masa sygnałowa
Linia nadawcza RS232
Wyjście 5V/100mA
Linia odbiorcza RS232
-
3.3 CN3 - Złącze końcówki mocy
Widok wtyczki od góry
Nr Pinu w
złączu
1
2
3
4
5
6
Sygnał
+VHH
-VHH
PE
W
V
U
Opis
(+) Zasilanie końcówki mocy (155V)
(-) Zasilanie końcówki mocy (155V)
Uziemienie
Zasilanie silnika (faza W)
Zasilanie silnika (faza V)
Zasilanie silnika (faza U)
4 Uruchomienie i konfiguracja
Napęd ArbahDSP powstał z myślą o systemach sterowania CNC. Z uwagi na to, że przyjęto
relatywnie wąski zakres zastosowań, można było uprościć proces konfiguracji, by
użytkownik - instalator nie musiał „przebijać” się przez dziesiątki parametrów, których nigdy i tak nie
używa.
Parametry konfiguracyjne zostały podzielone na grupy funkcjonalne, dzięki temu cała
konfiguracja jest bardzo przejrzysta i zajmuje mało czasu. Rzeczą, która może sprawiać trudność
mniej doświadczonym użytkownikom to strojenie regulatora PID oraz ustawienie parametrów
wymaganych w przypadku silników bezszczotkowych. Wiedza i doświadczenie są w tym przypadku
bardzo cenne, niemniej jednak, uważnie czytając niniejszą dokumentację, mniej doświadczeni
instalatorzy również będą w stanie poprawnie skonfigurować napęd ArbahDSP.
Do konfiguracji napędu potrzebujemy oprogramowania DrUrbitrus, oraz konwertera USB-RS232
bądź odpowiedniego przewodu. Program DrUrbitrus jest dostępny za darmo na stronie
http://www.cs-Lab.eu, natomiast konwerter i przewód można zakupić w sklepie internetowym,
również na stronie http://www.cs-Lab.eu.
Pierwsze uruchomienie napędu przeprowadzaj zawsze z wyłączonym zasilaniem końcówki
mocy(VHH)! Najpierw skonfiguruj typ silnika, sygnały we/wy, sprawdź działanie wyłącznika E-STOP
i ustaw startowe (małe) wartości wzmocnień regulatora PID. Dopiero wtedy można załączyć napięcie
końcówki mocy i przystąpić do dalszej konfiguracji.
4.1 Instalacja oprogramowania konfiguracyjno-diagnostycznego
4.1.1 Sterownik konwertera USB-RS232
Jeśli używamy konwertera USB-RS232 zakupionego w firmie CS-Lab, należy najpierw pobrać z
naszej strony (http://www.cs-lab.eu) i zainstalować sterownik.
Po uruchomieniu instalatora sterownika (CP210x_VCP_Win_XP_S2K3_Vista_7.exe) należy
postępować zgodnie z komunikatami na ekranie. Po krótkiej chwili instalacja będzie zakończona.
4.1.2 Program DrUrbitrus
Program nie wymaga instalacji, pobrany plik DrUrbitrus.zip należy rozpakować w dowolnym
miejscu, na przykład na pulpicie.
Należy podłączyć przewód do złącza diagnostycznego napędu i uruchomić program
„DrUrbitrus.exe”. Po chwili powinno ukazać się główne okno programu.
Jeśli pojawia się okno błędu, należy zamknąć
program
i spróbować
uruchomić
jeszcze
raz – sporadycznie występujące zakłócenia transmisji
powodują pojawienie się tego komunikatu. Jeśli mimo
ponownych prób połączenie nie zostaje nawiązane i cały
czas pojawia się komunikat błędu, należy sprawdzić
połączenia, zasilanie logiki (24V) napędu i sprawdzić czy
na pewno został zainstalowany sterownik konwertera USB-RS232.
Jeśli wszystko zostało zainstalowane poprawnie, otworzy się okno programu, a połączenie
zostanie nawiązane automatycznie, o czym informować będzie zielona ikona w lewym dolnym rogu
okna oraz status „online”.
4.2 Ogólne zasady i uwagi dotyczące programu DrUrbitrus
W oprogramowaniu DrUrbitrus zaimplementowane zostały tylko niezbędne opcje do
konfiguracji i diagnostyki. Program jest więc prosty w obsłudze i można go bardzo szybko opanować.
Poniżej znajduje się kilka zasad/uwag dotyczących korzystania z programu.
4.2.1 Pasek narzędzi
Często używane opcje dostępne są z paska narzędzi, dzięki temu zawsze jest do nich szybki
dostęp.
Ikony kolejno od lewej mają przyporządkowane następujące funkcje:
Ikona
Odpowiadająca funkcja menu
-
FileLoad Parameters
Opis
Zamknięcie/nawiązanie
połączenia
z
napędem. Jeśli np. kończymy konfigurować
jeden napęd i zamierzamy konfigurować
kolejny – klikamy tą ikonę by zakończyć
połączenie, następnie podłączamy przewód
do kolejnego napędu i klikamy ponownie tą
ikonę by nawiązać połączenie.
Załadowanie konfiguracji z pliku. Warto
nagrywać
konfigurację
napędu
po
skonfigurowaniu. W razie awarii i
konieczności wymiany, wszystkie ustawienia
będzie można wgrać przy pomocy tej funkcji.
Zapis konfiguracji napędu do pliku.
FileSave Parameters
-
ToolsParameters Monitor
ToolsFastScope
(WAŻNE!) Zapis konfiguracji w pamięci
nieulotnej napędu. Należy kliknąć tą ikonę po
dokonaniu zmian w konfiguracji napędu. Bez
tego, po wyłączeniu zasilania napęd wróci do
poprzednich ustawień.
Podgląd parametrów napędu w czasie
rzeczywistym. Po kliknięciu w tą ikonę
zostanie otworzone okno z listą wszystkich
ważnych parametrów. Wiele z nich można
obserwować również w formie wykresu. Jest
to bardzo przydatne narzędzie podczas
konfiguracji i strojenia napędu.
Funkcja szybkiego oscyloskopu (będzie
dostępna
w kolejnych
wersjach
oprogramowania).
Ikona
Odpowiadająca funkcja menu
ToolsJog / IO Control
ToolsShow Alarms
Opis
Otwiera okno, w którym możemy sprawdzić
i/lub ręcznie ustawiać stan wejść/wyjść.
W kolejnych wersjach oprogramowania
będzie też możliwość ręcznego załączenia
i sterowania silnikiem.
Otwiera okno z listą alarmów.
Otwiera okno strojenia regulatorów PID.
ConfigurationPID Tuning
ConfigurationMotor
Parameters
Ustawienie parametrów silnika.
Konfiguracja wejść i wyjść cyfrowych napędu.
ConfigurationIO Signals
-
Okno do celów testowych. Nie jest potrzebne
do normalnej obsługi. Przeznaczone do
testowania niektórych funkcji.
4.2.2 Pasek statusu
Pasek statusu informuje o aktualnym stanie połączenia z napędem.
Ikona
Opis
Brak połączenia.
offline
connecting/online
Mruganie tego znaku oznacza próbę łączenia,
wyświetlanie ciągłe oznacza, że połączenie jest nawiązane
i aktywne.
4.2.3 Wprowadzanie wartości liczbowych
Po wpisaniu wartości do pola tekstowego należy zawsze
zatwierdzić wciskając klawisz „Enter”. Dopiero wtedy nowa
wartość wysłana jest do napędu ArbahDSP. O tym czy edytowana
wartość została zatwierdzona informuje kolor podświetlenia pola
tekstowego. Kolor zielony oznacza, że wartość była zatwierdzona
i wysłana do urządzenia, a kolor pomarańczowy oznacza, że
wartość zatwierdzona nie była.
4.2.4 Zapis do pamięci nieulotnej
Zmiany wprowadzone w konfiguracji napędu zostaną utracone po wyłączeniu zasilania jeśli nie
klikniemy ikony
na pasku narzędzi. Czasami utrata zmian w konfiguracji jest pożądana, na przykład
gdy testujemy nowe ustawienia, możemy niechcący rozregulować napęd. Jeśli jednak ikona
nie
była wciśnięta, wystarczy wyłączyć i włączyć zasilanie napędu (chodzi o zasilanie logiki 24V) i zostaną
przywrócone poprzednie ustawienia.
4.3 „Parameter Monitor” – Okno podglądu parametrów
Podczas konfigurowania napędu bardzo przydatną rzeczą jest mieć możliwość podglądu na
bieżąco najważniejszych parametrów i informacji dotyczących jego pracy.
Okno podglądu w programie DrUrbitrus wywołujemy naciskając ikonę
wybierając z menu „ToolsParameter Monitor”.
na pasku narzędzi, lub
Po lewej stronie okna znajduje się lista z parametrami. Po prawej stronie w górnej części
znajduje się uaktualniany na bieżąco wykres wybranego parametru w funkcji czasu. Pod wykresem
opcje z nim związane:
• Refresh rate – częstotliwość uaktualniania wykresru
• „Auto scale” – automatyczna / manualna skala osi Y wykresu
• „Max/Min” – ustawienia wartości min/max osi Y jeśli załączona jest skala manualna osi Y
W dolnej części znajduje się wskaźnik aktualnej pozycji w jednostkach użytkownika. Jednostką
może być np. kąt, cal, lub milimetr. Trzeba tylko podać w polu „Steps Per Unit” ilość impulsów
enkodera, która przypada na wybraną jednostkę. Na przykład jeśli enkoder posiada 10000imp/obrót
i napęd przenoszony jest śrubą kulową o skoku 20mm i chcemy mieć tutaj wyświetlaną pozycję osi
w mm: 10000[imp/obr] / [20mm/obr] = 500[mm]. Wpisujemy więc w polu „Steps Per Unit”
wartość 500.
Poniżej znajduje się lista dostępnych w podglądzie parametrów wraz z krótkim opisem.
Nazwa parametru
Opis
Firmware Version
Wersja oprogramowania napędu
Drive Status
Aktualny stan napędu
Alarm Flags
Znaczniki alarmów. Bardziej przyjazny człowiekowi opis
alarmów dostępny jest po wybraniu z menu „ToolsShow
Alarms” lub kliknięciu ikony
na pasku narzędzi.
Warning Flags
Znaczniki ostrzeżeń. Bardziej przyjazny człowiekowi opis
ostrzeżeń dostępny jest po wybraniu z menu „ToolsShow
Alarms” lub kliknięciu ikony
na pasku narzędzi.
Digital inputs
Stan wejść cyfrowych. Podgląd rozszerzony dostępny jest
po wciśnięciu
na pasku narzędzi.
Digital outputs
Stan wyjść cyfrowych. Podgląd rozszerzony dostępny jest
po wciśnięciu
na pasku narzędzi.
External 5V output
Aktualna wartość napięcia na pinie 18 (zasilanie enkodera
i czujników HALL’a) złącza sygnałowego. Wartość
prawidłowa +/-10%
24V Power Supply
Aktualna wartość napięcia zasilania logiki. Wartość
prawidłowa 24V +/-10%
Powerstage Temperature
Temperatura końcówki mocy (OC)
Encoder Position
Licznik pozycji enkodera
Reference Position
Licznik pozycji kontrolera, czyli licznik bezpośrednio
powiązany z sygnałem STEP/DIR
Encoder Velocity
Prędkość mierzona na enkoderze
Reference Velocity
Prędkość mierzona na sygnale sterującym STEP/DIR
(przeliczona z częstotliwości na obr/min)
Reference Acceleration
Przyspieszenie mierzone na sygnale sterującym STEP/DIR
Step Frequency
Częstotliwość sygnału STEP
Following Error
Aktualna odchyłka od pozycji zadanej wyrażona w
impulsach enkodera
Following Error (Max)
Maksymalna chwilowa odchyłka od pozycji zadanej
Velocity Error
Aktualna odchyłka od prędkości zadanej
Velocity Error (Max)
Maksymalna chwilowa odchyłka od prędkości zadanej, czyli
wynikającej z mierzonej częstotliwości sygnału STEP
Encoder Errors
Ilość błędnych odczytów enkodera. To pole powinno mieć
wartość „0”. Jeśli jest tutaj wartość większa od zera,
oznacza to problemy z okablowaniem lub awarię enkodera.
Awaria enkodera należy do rzadkości, najczęstszą przyczyną
jest złej jakości okablowanie lub brak styku jednego z
sygnałów enkodera. Wartość większa od zera w tym polu
oznacza również, że będą pojawiały się błędy
pozycjonowania.
Mechanical Angle (Encoder)
Kąt mechaniczny wirnika silnika określany przy pomocy
enkodera
Electrical Angle (Encoder)
Kąt elektryczny wirnika silnika określany przy pomocy
enkodera
Electrical Angle (HALL)
(Tylko silniki bezszczotkowe). Kąt elektryczny wirnika silnika
określany przy pomocy czujników HALL’a. Różnica
absolutna pomiędzy tym kątem, a kątem elektrycznym z
enkodera nie powinna przekroczyć 45O. Większa wartość
Electrical Angle (Sensorless)
HALL Sensors State
Phase U Current
Phase V Current
Phase W Current
Vector id Current
Vector iq Current
Peak Output Current
DC Bus Voltage
DC Bus Voltage (Min)
DC Bus Voltage (Max)
Output Power
oznacza złe skonfigurowanie czujników HALL’a, zła
kolejność podłączenia czujników HALL’a, lub zakłócenia na
enkoderze spowodowane złej jakości okablowaniem.
(Tylko silniki bezszczotkowe). W przyszłych wersjach
oprogramowania będzie tutaj wartość kąta elektrycznego
określonego przy pomocy algorytmów bezczujnikowych
(Tylko silniki bezszczotkowe). Aktualny stan czujników
HALL’a. Umożliwia szybie sprawdzenie, czy wszystkie trzy
czujniki działają poprawnie.
Aktualny prąd fazy U silnika
Aktualny prąd fazy V silnika
Aktualny prąd fazy W silnika
(Silniki bezszczotkowe). Prąd wektora „d”. Powinien mieć
wartości bliskie 0
Prąd pobierany przez silnik
Maksymalny chwilowy prąd pobierany przez silnik
Aktualne napięcie na szynie DC (VHH)
Minimalne chwilowe napięcie na szynie DC (VHH). Można
tutaj podejrzeć jak bardzo spada napięcie pod wpływem
ogłoszenia
Maksymalne chwilowe napięcie na szynie DC (VHH). Można
tutaj podejrzeć jak bardzo napięcie jest podbijane podczas
hamowania
Aktualna moc wyjściowa (moc pobierana przez silnik)
4.4 Konfiguracja parametrów silnika
Jeśli parametry silnika bezszczotkowego (AC/BLDC) nie są znane i brak jest jakiejkolwiek
dokumentacji, to uruchomienie takiego silnika może okazać się bardzo trudne, lub wręcz niemożliwe
- szczególnie dla osób z małym doświadczeniem.
Wsparcie techniczne CS-Lab s.c. nie obejmuje takich przypadków. W indywidualnie ocenianych
przypadkach istnieje możliwość odpłatnego przesłania silnika do siedziby CS-Lab s.c. do sprawdzenia i
opracowania wstępnych parametrów konfiguracji napędu do jego poprawnej obsługi. Usługa taka
będzie wyceniana indywidualnie w konkretnym przypadku.
Jednymi z najważniejszych parametrów konfiguracyjnych są parametry silnika i od tego zawsze
rozpoczynamy konfigurację napędu. Należy otworzyć okno konfiguracji poprzez menu
„ConfigurationMotor Parameters”.
4.4.1 „Select Motor Type” – Wybór typu silnika
W tej grupie dokonujemy wyboru typu silnika podłączonego do napędu ArbahDSP. Są tutaj
cztery opcje wyboru, ale w obecnej wersji oprogramowania obsługiwane są dwie pierwsze:
• „DC Motor” (silnik szczotkowy prądu stałego)
• „AC Motor” (silnik bezszczotkowy AC lub BLDC).
4.4.2 „Motor Rated Values” – Parametry nominalne silnika
Konfigurujemy tutaj trzy bardzo ważne parametry:
Nazwa parametru
Voltage
Opis
Napięcie nominalne silnika. Najczęściej wartość napięcia
nominalnego podana jest na tabliczce znamionowej silnika.
Rzeczywiste napięcie na silniku może być wyższe, gdyż napęd
może chwilowo zwiększyć obroty powyżej nominalnych.
Speed
Current
Nominalne obroty silnika. Wartość również powinna znajdować się
na tabliczce znamionowej silnika.
Prąd znamionowy silnika. Wartość ta również powinna być podana
na tabliczce znamionowej silnika. Chwilowy prąd może być nawet
trzykrotnie wyższy od nominalnego, ale tylko przez 3 sekundy
(patrz „Rozdział 6 – charakterystyka przeciążeniowa”)
Podanie nieprawidłowych wartości w tej grupie może trwale uszkodzić silnik. Firma CS-Lab s.c. nie
ponosi odpowiedzialności za zniszczenia spowodowane niewłaściwą konfiguracją napędu.
4.4.3 „Brushless Motor (AC/BLDC) Parameters”
Ta grupa dotyczy tylko silników bezszczotkowych. Konfigurujemy tutaj następujące parametry:
Nazwa parametru
R
L
Pole Pairs
Opis
Rezystancja uzwojeń silnika. W obecnej wersji oprogramowania
parametr ten nie jest obsługiwany i można go nie podawać. W
przyszłych wersjach oprogramowania parametr ten może być
istotny dla bezczujnikowych metod określania kąta wirnika
(komutacja silnika).
Rezystancja uzwojeń silnika. W obecnej wersji oprogramowania
parametr ten nie jest obsługiwany i można go nie podawać. W
przyszłych wersjach oprogramowania parametr ten może być
istotny dla bezczujnikowych metod określania kąta wirnika
(komutacja silnika).
Ilość par biegunów silnika. Parametr bardzo istotny, wartość
czasem podawana jest na tabliczce znamionowej, czasem w
dokumentacji silnika. Jeśli nie mamy informacji o ilości par
biegunów, można to określić metodą prób i błędów. Najczęściej
silniki serwo posiadają 3-6 par biegunów. Podanie złej wartości nie
uszkodzi silnika, ale spowoduje, że przy próbie ruchu silnik
szarpnie i stanie. Po chwili pojawi się alarm nadprądowy lub alarm
przekroczenia tolerancji pozycji.
4.4.4 „Optional” – Parametry opcjonalne
W tej grupie obecnie znajduje się tylko jeden parametr. W obecnej wersji oprogramowania nie
ma on znaczenia. W przyszłych wersjach oprogramowania może mieć znaczenie dla funkcji autostrojenia.
4.4.5
„Feedback (INCREMENTAL ENCODER)” – Konfiguracja enkodera
Nazwa parametru
Pulses/Rev
Opis
Ilość impulsów na obrót enkodera (rozdzielczość). Parametr ma
szczególne znaczenie przy silnikach bezszczotkowych, gdyż
enkoder umożliwia precyzyjną komutację silnika. Wartość tutaj
podana powinna być rzeczywistą rozdzielczością (producenci
podają często ¼ wartości, nie uwzględniając dekodera
Reverse Direction
4.4.6
„Hall Sensors Rotor Feedback” – Konfiguracja czujników Hall’a
Nazwa parametru
Invert Hall signals
4.4.7
kwadraturowego). Podanie złej wartości nie spowoduje
uszkodzenia silnika, ale nie będzie on pracował poprawnie. Czasem
nie wykona nawet jednego obrotu, czasem po kilku obrotach prąd
zacznie gwałtownie wzrastać i pojawi się alarm nadprądowy.
Rezystancja uzwojeń silnika. W obecnej wersji oprogramowania
parametr ten nie jest obsługiwany i można go nie podawać. W
przyszłych wersjach oprogramowania parametr ten może być
istotny dla bezczujnikowych metod określania kąta wirnika
(komutacja silnika).
Opis
Parametr bardzo ważny dla silników bezszczotkowych. Czasem
czujniki Hall’a stosowane w silniku mają odwróconą logikę
działania. Wtedy zaznaczamy tą opcję. Jeśli nie jesteśmy pewni –
złe ustawienie nie spowoduje uszkodzenia silnika, ale silnik może
szarpnąć w nieprzewidzianym kierunku i momencie po załączeniu
zasilania końcówki.
„Reference (STEP/DIR)” – Konfiguracja sygnałów sterujących STEP/DIR
Nazwa parametru
Invert Step
Invert Dir
Opis
Odwrócenie logiki sygnału STEP. Zwiększanie licznika pozycji
zadanej będzie odbywało się na opadające zbocze sygnału zamiast
na narastające. By prawidłowo ustawić ten parametr trzeba
wiedzieć w jakiej logice dostarcza sygnału sterownik CNC oraz
w jaki sposób sygnał jest podłączony do napędu. Należy zwrócić
uwagę czy parametr ten jest ustawiony prawidłowo, jeśli po
dłuższej pracy występują błędy pozycjonowania.
Odwrócenie logiki działania sygnału kierunku – „DIR”, czyli po
prostu zmiana kierunku obrotów.
4.4.8 „Electronic Gearing” – Przekładnia elektroniczna
Czasem zdarza się, że podłączony silnik posiada enkoder o dużej rozdzielczości – np. 40000
imp/obr., a sterownik CNC nie jest w stanie dostarczyć sygnału STEP o wystarczającej częstotliwości,
by móc w pełni wykorzystać zakres obrotów silnika. Posłużę się tutaj przykładem: silnik z enkoderem
40000imp/obr. Posiada nominalne obroty = 3000obr/min, a maksymalne chwilowe 5000obr/min.
5000obr/min = 83,33obr/s. Teraz łatwo możemy obliczyć maksymalną częstotliwość sygnału
STEP: 83,33obr/s * 40000imp/obr = 3,33 MHz. Powiedzmy, że napęd podłączamy do sterownika
CSMIO/IP-M, który dostarcza sygnału STEP o częstotliwości maksymalnej 125kHz. Osiągnęlibyśmy
zaledwie 187obr/min! Tutaj z pomocą przychodzi właśnie funkcja przekładni elektronicznej. Z jej
pomocą możemy ustawić mnożnik x26 i uzyskamy prawie 5000obr/min. Funkcję przekładni
konfigurują dwa parametry: X oraz Y.
Zadana pozycja silnika wyrażona jest wzorem:
𝑋
𝑌
W naszym przykładzie wpisujemy więc X=26, a Y=1. Będziemy mnożyć więc sygnał wejściowy
przez liczbę 26. Oczywiście jeśli istnieje taka potrzeba można przy pomocy tej funkcji dzielić sygnał
wejściowy. Najczęściej wykorzystuje się jednak mnożenie.
𝑀𝑂𝑇𝑂𝑅 = 𝑆𝑌𝐺𝑁𝐴Ł 𝑊𝐸𝐽Ś𝐶𝐼𝑂𝑊𝑌 ×
By zmiany ustawień zostały zachowane po wyłączeniu zasilania, po dokonaniu zmian w konfiguracji
należy kliknąć ikonę
na pasku narzędzi.
4.5 Konfiguracja wejść i wyjść cyfrowych
Jeśli skonfigurowaliśmy już parametry
silnika, czas ustawić funkcje wejść i wyjść
cyfrowych. Okno konfiguracyjne we/wy można
wywołać z menu „ConfigurationIO Signals” lub
klikając na ikonę
na pasku narzędzi.
By przypisać funkcję do danego wejścia lub
wyjścia należy kliknąć prawym przyciskiem na
konkretnym wyjściu lub wejściu i wybrać z menu
pożądaną funkcję. Dla każdego wejścia lub
wyjścia można też odwrócić logikę działania
poprzez zaznaczenie opcji „Invert”.
W menu pod prawym przyciskiem myszy
pokazują się tylko te funkcje, które nie zostały
jeszcze przyporządkowane. Przez konfiguracją
dobrze jest najpierw wyczyścić aktualne ustawienia. Dla wejść robimy to w ten sposób, że
zaznaczamy wejście 0 (Input 0), następnie klikamy z wciśniętym klawiszem „Shift” na wejście 5
(Input 5). Na zaznaczone w ten sposób wszystkie wejścia klikamy prawym przyciskiem myszy
i wybieramy „Unused”. Tak samo postępujemy dla wyjść, z tym że dla wyjść wybieramy „Always Off”.
Po tej operacji możemy przystąpić do konfiguracji.
Uwaga!
W wersji oprogramowania 1.20 nieaktywne są następujące funkcje wejść cyfrowych:
E-STOP, Limit[+] oraz Limit[-] oraz wyjść cyfrowych: Brake, Warning, On Position. Funkcje
bezpieczeństwa są aktualnie realizowane w dedykowanym kontrolerze CNC – CSMIO/IP-S lub
CSMIO/IP-M. W kolejnych wersjach oprogramowania te funkcje zostaną dodane by umożliwić
zdublowanie obwodów zabezpieczeń.
By zmiany ustawień zostały zachowane po wyłączeniu zasilania, po dokonaniu zmian w konfiguracji
należy kliknąć ikonę
na pasku narzędzi.
4.5.1 Obsługiwane funkcje wyjść cyfrowych
Wyjścia cyfrowe w napędzie ArbahDSP najczęściej używane jako:
• „Alarm” - Sygnał informujący o alarmie (przerwaniu pracy), by sterownik CNC mógł
zatrzymać pozostałe osie
• „Home Sync Out” - Sygnał bazujący (Home) zsynchronizowany z indeksem
enkodera - używany do dokładnego bazowania jeśli kontroler CNC nie posiada takiej funkcji
(np. CSMIO/IP-M)
4.5.2 Obsługiwane funkcje wejść cyfrowych
Wejścia cyfrowe napędu ArbahDSP najczęściej używane są jako:
• „Servo On” – Sygnał załączenia/wyłączenia końcówki mocy napędu
• „Reset” – Kasowanie alarmów
• „Home” – wejście sygnału bazującego (do synchronizacji z indeksem enkodera)
4.6 Strojenie regulatora PID
Dla początkujących instalatorów to najtrudniejszy
etap konfiguracji, ale postępując zgodnie z instrukcją
można całkiem dobrze nastroić regulator PID i to całkiem
szybko.
Zanim podamy zasilanie końcówki mocy (VHH) oraz
załączymy serwonapęd (Servo On) należy wprowadzić
początkowe, niskie wartości regulatora, by po załączeniu
silnik nie wpadł od razu w głośne oscylacje.
Należy otworzyć okno strojenia z menu
„ConfigurationPID Tuning” lub klikając ikonę
pasku narzędzi.
na
4.6.1 Nastawy początkowe regulatora PID
Zaczynamy od następujących ustawień.
• Zakładka Manual Tuning / Position Regulator
(regulator pozycji)
o Kp = 0.100
o Ki = 0.000
o Kd = 0.000
• Zakładka Manual Tuning / Speed Regulator
(regulator prędkości)
o Kp = 0.700
o Ki = 0.001
o Kd = 0.000
• Zakładka Manual Tuning / Feed Forward
o Vff = 1.000
o Aff = 0.000
• Zakładka Additional Parameters
o Inertia Ratio = 1.0 dla osi lekkich o małej bezwładności do 2.5 dla ciężkich osi o dużej
bezwładności. Jeśli nie mamy wprawy – wpisujemy 1.5
o Max Following Error – to maksymalny dozwolony błąd pozycji. Podczas strojenia
najlepiej ustawić tutaj ilość impulsów enkodera odpowiadającą 2 obrotom silnika
czyli dla enkodera 10000imp/obr. wpisujemy 20000.
o W grupie „Motor Torque Ripple Compensation” wszystko ustawiamy na 0.
4.6.2 Procedura ręcznego strojenia regulatorów
Podczas strojenia napęd powinien być podłączony do kontrolera CNC, ponieważ żeby nastroić
oś, trzeba będzie nią poruszać.
Na tym etapie możemy podać napięcie zasilania końcówki mocy (VHH) i załączyć serwonapęd.
Bądźmy jednak przygotowani do szybkiego odłączenia zasilania końcówki, lub przynajmniej
wyłączenia sygnału „Servo On” na wypadek, gdyby okazało się, że coś zostało skonfigurowane
niewłaściwie i silnik wpadnie w drgania lub zacznie się obracać w nieprzewidzianym momencie.
• W kontrolerze CNC należy ustawić małą prędkość ruchu – odpowiadającą ok. 50 – 100
obr/min silnika. Na podanych ustawieniach początkowych regulatora silnik powinien się
poruszyć.
o W przypadku, gdy słychać piski, lub pojawia się alarm przeciążenia lub zwarcia,
trzeba zmniejszyć wartości reg. PID prądowego: zakładka „Current Reg.” 
zmniejszyć kP o ¼. Jeśli nie pomaga, spróbować znowu zmniejszyć ten parametr o ¼
i dodatkowo Ki również o ¼. W bardzo rzadkich przypadkach „egzotyczne” silniki
teoretycznie mogą odmówić współpracy, choć takiego przypadku jeszcze w praktyce
nie odnotowano.
o Jeśli silnik szarpie i napęd wyłącza się, lub silnik wykonuje tylko ułamek obrotu i prąd
wzrasta aż do wywołania alarmu przeciążenia to jedną z możliwych przyczyn będzie:
 Źle skonfigurowany kierunek liczenia enkodera
 Nieprawidłowe podłączenie czujników HALL’a
 Źle skonfigurowana polaryzacja sygnałów HALL’a
 Nieprawidłowe podłączenie faz silnika
 Nieprawidłowo podana ilość par biegunów silnika
• Jeśli silnik się obraca, to już spora część trudności za nami, można przejść do faktycznego
strojenia opisanego poniżej.
• W kontrolerze CNC ustawiamy program, który będzie poruszał nam strojoną osią
na przemian w obu kierunkach.
• Powoli zwiększamy wzmocnienie kP regulatora prędkości (Speed Regulator) aż do
wystąpienia pierwszych objawów przesterowania, czyli brzęczenia lub pisków – będą one
występowały szczególnie przy nawrotach, dlatego warto by program ustawiony
na kontrolerze CNC nie wykonywał zbyt długich ruchów.
• Po pierwszych objawach przesterowania zmniejszamy wartość kP (Speed Regulator) o 20%.
• W identyczny sposób stroimy wartość kI(Speed Regulator). Powoli zwiększamy (tutaj
bezpieczniej nawet wpisywać wartości z klawiatury, ponieważ często już bardzo małe –
0.015 – wartości powodują przesterowanie). Przy pierwszych objawach wibracji
zmniejszamy wartość kI o 20%.
• Następnie w identyczny sposób stroimy regulator prędkości. Podczas ruchu powoli
zwiększamy wzmocnienie kP (Position Regulator) aż do wystąpienia wibracji, a następnie
zmniejszamy parametr o 20%.
By zmiany ustawień zostały zachowane po wyłączeniu zasilania, po dokonaniu zmian w konfiguracji
należy kliknąć ikonę
na pasku narzędzi.
W większości przypadków na tym etapie procedura strojenia jest zakończona.
W przypadku dużej tendencji osi do wpadania w wibracje, można spróbować je wytłumić
ustawiając wzmocnienie kD regulatora prędkości w przedziale od 1.000 do nawet 10.000.
Jeśli oś nadal ma tendencje do wibracji, można zdjąć po 10% z kP pozycyjnego oraz kP i KI
regulatora prędkości.
Pamiętaj o zatwierdzaniu wpisywanych wartości klawiszem „Enter”.
Podczas strojenia warto obserwować parametr „Following Error (Max)” w oknie podglądu ( ). Gdy
zakończymy procedurę strojenia, można ustawić maksymalny dozwolony błąd pozycji w przybliżeniu
na dwukrotną wartość maksymalnego błędu. Czyli jeśli „Following Error (Max) = 23”, parametr „Max
Following Error” na zakładce “Additional Parameters” ustawiamy np. na 50.
4.6.3 Procedura automatycznego strojenia regulatorów
Funkcja Automatycznego strojenia będzie dostępna w kolejnych wersjach oprogramowania, w
obecnej chwili jest nieaktywna. Zawsze jednak warto umieć nastroić regulatory ręcznie, gdyż z reguły
ręczne strojenie daje lepsze efekty.
4.7 Kompensacja tętnień momentu obrotowego (dla zaawansowanych)
Niektóre egzemplarze silników mają spore tętnienia
momentu obrotowego w funkcji kąta obrotu. Kształt
tętnień często ma kształt zbliżony do funkcji sinus, a
częstotliwość uzależniona jest od ilości biegunów silnika.
Jeśli zauważymy, że na jakiejś prędkości ruchu występuje
rezonans i drgania, możemy użyć parametrów z zakładki
„Additional parameters”, z grupy „Motor torque ripple
compensation”. Za pomocą tych parametrów można
nałożyć funkcję sinus na wyjście regulatora prądu, by
skompensować tętnienia momentu obrotowego.
Poszczególne parametry określają następujące cechy
funkcji:
parametr
Ampl.
Hrm.
Phase
Opis
Amplituda nakładanej funkcji sinus
Numer harmonicznej do częstotliwości wynikającej z obrotu
mechanicznego
Przesunięcie w fazie
Funkcji używamy w następujący sposób:
• Ustawiamy harmoniczną na dość wysoką wartość np. 10
• Ustawiamy amplitudę również dosyć wysoko np. 0.100
• Z kontrolera CNC startujemy program, który będzie poruszał osią tam i z powrotem z
prędkością rezonansową
• Suwakiem „Hrm.” szukamy „na słuch” takiej harmonicznej, która da taki sam dźwięk wibracji
jak występujący wcześniej rezonans
•
•
•
Zmniejszamy wartość „Ampl.” do 0.050
Suwakiem „Phase” szukamy wartości przy której silnik pracuje najrówniej i najciszej
Na koniec szukamy suwakiem „Ampl.” takiej wartości, która najskuteczniej wycisza rezonans
Przy odrobinie wprawy całą operację można przeprowadzić szybko i z bardzo dobrymi efektami.
By zmiany ustawień zostały zachowane po wyłączeniu zasilania, po dokonaniu zmian w konfiguracji
należy kliknąć ikonę
na pasku narzędzi.
Po zakończonej konfiguracji zawsze dobrze jest wykonać kopię zapasową ustawień, nagrywając je do
pliku.
5 Opis flag alarmów napędu
Okno z informacją o aktualnych alarmach i ostrzeżeniach można otworzyć z menu „ToolsShow
Alarms” lub kliknąć na ikonę
Nazwa alarmu
Overvoltage
Overload
Overcurrent
Overheat
Overspeed
Undervoltage
Following error
Hall Sensors
Encoder
Rotor Pos.
na pasku narzędzi.
Opis
Przekroczenie napięcia w obwodzie DC końcówki mocy. Alarm
pojawia się gdy zasilimy końcówkę mocy zbyt wysokim napięciem,
lub gdy podczas hamowania energia odbierana z silnika podbije
napięcie zasilania. W tym drugim wypadku należy zmniejszyć
rampę hamowania w sterowniku CNC, zwiększyć pojemność
kondensatorów w zasilaczu, lub zastosować specjalny zasilacz
firmy CS-Lab s.c., który posiada możliwość podłączenia rezystora
hamowania.
Przeciążenie. Prąd wyjściowy na silnik był przekroczony przez zbyt
długi czas (patrz rozdział 6 - „Charakterystyka przeciążeniowa”.
Może to oznaczać zbyt duże obciążenie mechaniczne silnika,
awarię silnika, bądź źle skonfigurowane parametry silnika.
Alarm zwarciowy. Oznacza zwarcie przewodów zasilania silnika,
awarię silnika, awarię końcówki mocy. Może pojawić się również
przy niepoprawnie skonfigurowanym regulatorze PID prądu.
Oznacza przegrzanie napędu. Należy odczekać aż napęd ostygnie,
a jeśli problem się powtarza, trzeba zapewnić lepsze chłodzenie
napędu i szafy sterowniczej. Alarm czasem pojawia się
sporadycznie po załączeniu zasilania, gdy element pomiarowy nie
zdąży poprawnie się załączyć. Problem ten zostanie usunięty w
kolejnych aktualizacjach oprogramowania.
Prędkość obrotowa silnika została przekroczona na zbyt długi czas.
Należy sprawdzić ustawienia prędkości maksymalnej w sterowniku
CNC i ewentualnie konfigurację przekładni elektronicznej.
Napięcie zasilania końcówki jest zbyt niskie. Alarm ten występuje
gdy nie podamy napięcia VHH, może czasem pojawiać się przy zbyt
słabym zasilaniu, lub gdy zasilacz końcówki ulegnie awarii.
Napęd nie był w stanie utrzymać zadanej tolerancji
pozycjonowania. Należy sprawdzić konfigurację maksymalnego
dozwolonego błędu pozycjonowania / ustawienia regulatorów PID
oraz ewentualnie skorygować rampy przyspieszenia/hamowania w
sterowniku CNC.
Nieprawidłowe odczyty z czujników HALL’a. Może oznaczać
uszkodzenie któregoś czujnika, lub (częściej) błędy w podłączeniu,
złej jakości przewód, lub nieprawidłowo podłączone ekranowanie.
Błąd również pojawia się gdy, podłączymy silnik DC, a jeszcze nie
przekonfigurowaliśmy napędu. W takim wypadku należy ustawić
typ silnika, zapisać ustawienia, a następnie wyłączyć i włączyć
zasilanie 24V napędu.
Błędne odczyty sygnałów enkodera. Może oznaczać uszkodzenie,
bądź źle podłączony enkoder. Może pojawić się również, gdy
przewód połączeniowy nie będzie typu „skrętka” lub
nieprawidłowo będzie podłączone ekranowanie przewodu
enkodera.
Błąd pozycjonowania wirnika. Procedura określania pozycji wirnika
Ext. 5V
24V Supply
LEM Sens. Cal.
Default Cfg. Loaded
EEPROM
Motor Soft. Driver
po załączeniu zasilania zakończyła się niepowodzeniem. Sprawdź
połączenia silnika i konfigurację.
Przeciążenie wyjścia 5V. Napięcie wyjściowe 5V przeznaczone do
zasilania enkodera i czujników HALL’a spadło poniżej dozwolonej
wartości. Może to oznaczać zwarcie we wtyczce lub przewodach,
albo uszkodzenie enkodera lub czujników HALL’a.
Zasilanie logiki (24V) spadło poniżej bądź wzrosło powyżej wartości
dozwolonej. Sprawdź zasilacz.
Błąd kalibracji czujników prądu LEM. Skontaktuj się z serwisem.
Wartość kontrolna CRC32 w pamięci urządzenia była niezgodna i
została załadowana konfiguracja domyślna. Oznacza utratę
konfiguracji napędu i/lub awarię pamięci nieulotnej urządzenia.
Jeśli po ponownej konfiguracji problem się powtarza, skontaktuj
się z serwisem.
Awaria pamięci nieulotnej. Skontaktuj się z serwisem.
Błąd algorytmu sterującego silnikiem. Sprawdź konfigurację silnika,
popraw ewentualne błędy, zapisz konfigurację, a następnie wyłącz
i włącz zasilanie logiki urządzenia. Jeśli problem się powtarza,
skontaktuj się z serwisem.
5.1 Flaga ostrzeżenia „Motor load >100%”
Aktualnie dość często pojawia się flaga ostrzeżenia informująca, że obciążenie silnika wynosiło
ponad 100%. Flaga pojawia się nieco zbyt szybko, bo nawet przeciążenie na krótki ułamek sekundy
powoduje jej pojawienie się. W przyszłych wersjach oprogramowania zostanie to skorygowane, a do
tego czasu można spokojnie ignorować tą flagę. Nie powoduje ona przerwania pracy i nie ma
żadnego negatywnego wpływu na pracę napędu.
5.2 Flaga alarmu „Overheat” po załączeniu zasilania
Sporadycznie po załączeniu zasilania czujnik temperatury nie zdąży dokonać prawidłowego
pomiaru i występuje alarm przegrzania napędu. W takiej sytuacji wystarczy impuls na linii wejściowej
zdefiniowanej jako „Reset” (Dlatego warto mieć podłączony taki sygnał ze sterowania). W sterowniku
CSMIO/IP-x można zdefiniować wyjście cyfrowe jako „Reset” dla serwonapędów. W takiej sytuacji
nawet nie zauważymy tego problemu. Zostanie on wyeliminowany wraz z najbliższą aktualizacją
oprogramowania.
6 Charakterystyka przeciążeniowa napędu
Napęd ArbahDSP pozwala na trzykrotne przeciążenie silnika na czas 3 sekund. Jeśli jednak silnik
jest tylko nieznacznie przeciążony, dozwolony czas wydłuża się. Poniżej charakterystyka dozwolonego
czasu przeciążenia(oś pionowa) w funkcji jego wartości(oś pozioma).
Przeciążenie sygnalizowane jest mruganiem czerwonej kontrolki „Alarm” na urządzeniu. Ponadto
sposób mrugania diody dostarcza informacji kiedy możemy się spodziewać wystąpienia alarmu
przeciążenia i przerwania pracy. Jeśli kontrolka zapala się na krótki czas, a dłuższy czas pozostaje
wygaszona – pozostaje jeszcze nieco czasu do alarmu. Jeśli dioda świeci się prawie ciągle, gasnąc
tylko na krótki czas – oznacza, że za moment wystąpi alarm przeciążenia.
7 Dodatek A - Aktualizacja oprogramowania urządzenia
Aktualizacje oprogramowania można pobierać ze strony http://www.cs-lab.eu.
Archiwum .zip zawiera:
• Aktualne oprogramowanie konfiguracyjno-diagnostyczne DrUrbitrus
• Plik firmware’u, czyli aktualne oprogramowanie serwonapędu
• Uploader, czyli program aktualizujący oprogramowanie w urządzeniu ArbahDSP.
Aktualizacja
programu
DrUrbitrus
sprowadza się do skasowania starej wersji i
zastąpieniu jej plikami z archiwum.
Aktualizacja
oprogramowania
w
urządzeniu ArbahDSP wymaga uruchomienia
programu
DSPServo-Fw-Uploader.exe.
Najpierw jednak wykonaj kopię ustawień,
zapisując je do pliku w programie DrUrbitrus.
W oknie programu uploader’a wybieramy nr
portu COM, pod którym mamy podłączony
napęd ArbahDSP. Jeśli korzystamy z
przejściówki USB-RS232 z firmy CS-Lab s.c. nr
portu COM można sprawdzić w menadżerze
urządzeń Windows®. Następnie należy
załadować plik zawierający firmware (przycisk
Open App. File) oraz kliknąć klawisz
„Flash Program”. Ukaże się po chwili pasek postępu informujący o przebiegu aktualizacji.
Po zakończonej aktualizacji wyłącz i włącz zasilanie urządzenia, oraz przywróć ustawienia z
zachowanego wcześniej pliku przy pomocy programu DrUrbitrus.
Aktualizacji powinien dokonywać jedynie instalator systemu sterowania, ponieważ czasem po
aktualizacji do nowszej wersji mogą pojawić się dodatkowe opcje, które trzeba będzie skonfigurować.
Wykonanie aktualizacji przez niewykwalifikowany personel może skutkować błędnym działaniem
napędu, lub nawet niemożliwością używania go do czasu poprawnego skonfigurowania.
8 Dodatek B - Co to jest Regulator PID
8.1 Czym jest regulator PID
W przeciwieństwie do silników
krokowych, które sterowane są można
powiedzieć „na ślepo”, serwonapędy
pracują w tzw. pętli zamkniętej, czyli
sterując silnikiem sprawdzają czy jego
pozycja jest zgodna z zadaną. Jeśli
rzeczywista pozycja wirnika odbiega od
spodziewanej, wprowadzana jest korekta
prądu by zniwelować zaistniały błąd.
Silnik po prostu zwalnia jeśli wyprzedził
zadaną pozycję, lub przyspiesza, żeby
nadgonić,
jeśli
zadana
pozycja
wyprzedziła rzeczywistą. To tak jak byśmy
jadąc samochodem chcieli zrównać się z innym, który jedzie pasem obok. Jeśli nam ucieka –
dodajemy gazu, jeśli my uciekamy w przód – ujmujemy gazu. Co się jednak stanie, jeśli samochód,
z którym chcemy się zrównać nie ułatwia nam zadania i sam co chwilę zwalnia i przyspiesza, a do tego
sami jesteśmy nerwowi i przesadnie na przemian reagujemy wciskając do oporu pedał gazu lub
hamulec? Stanie się to, że ciągle będziemy się mijać ze ściganym autem, większość czasu będąc od
niego w sporej odległości. Przekładając tę analogię na obrabiarkę numeryczną okazałoby się, że osie
nie trzymają się zadanej ścieżki ruchu i powstałyby spore niedokładności obróbki.
Serwonapędy wymagają więc, by korekta na powstający błąd pozycji była jak najszybsza oraz jak
najbardziej precyzyjna. Sięgając do porównania z autami, chodzi o to, by kierowca w ścigającym aucie
był jak najbardziej doświadczony, by umiał przewidywać zachowanie ściganego auta oraz umiał
precyzyjnie reagować na sytuację. W serwonapędach tym „kierowcą” jest właśnie regulator PID.
Regulator ten to matematyczny algorytm, który odpowiada za reakcję silnika na powstające odchyłki
od zadanej pozycji. Nazwa PID wywodzi się od poszczególnych bloków regulatora:
•
•
•
Proportional
Integral
Derivative
- człon proporcjonalny
- człon całkujący
- człon różniczkujący
8.2 Działanie poszczególnych członów regulatora
Matematycznych opisów działania regulatora PID są w sieci dziesiątki tysięcy, tyle, że dla
większości ludzi są one po prostu delikatnie mówiąc mgliste, a w praktyce nic nie tłumaczą. W tym
podrozdziale człony regulatora PID zostaną przedstawione w kilku słowach, tak by można było pojąć
logikę ich działania.
8.2.1 Człon proporcjonalny – P
Jest to chyba najprostsza część składowa regulatora. Powoduje ona, że korekcja jest tym większa
im większy błąd pozycji. Błąd obliczany jest w następujący sposób:
𝑃𝑒𝑟𝑟 = 𝑃 − 𝑃𝑒𝑛𝑐
Gdzie:
P err
: Błąd pozycji
P
: Aktualna pozycja zadana
P enc
: Aktualna pozycja rzeczywista z enkodera
Wyjście członu obliczane jest wzorem:
𝑂𝑈𝑇𝑃 = 𝐾𝑃 ∗ 𝑃𝑒𝑟𝑟
Gdzie:
OUT P
: Wyjście członu proporcjonalnego
Kp
: Wzmocnienie członu proporcjonalnego
P err
: Błąd pozycji
Załóżmy, że zadana pozycja = 0, Kp = 10 i przeanalizujmy sytuację dla kilku różnych pozycji
rzeczywistych silnika:
• Pozycja silnika = 0: Błąd jest zerowy, więc człon ‘P’ ma również wyjście zerowe czyli brak
korekcji (bo nie jest potrzebna).
• Pozycja silnika = 1: Błąd = (0 – 1) = -1. Wyjście regulatora = 10 * -1 = -10.
• Pozycja silnika = 5: Błąd = (0 – 5) = -5. Wyjście regulatora = 10 * -5 = -50.
• Pozycja silnika = -5: Błąd = (0 – (-5)) = 5. Wyjście regulatora = 10 * 5 = 50.
Z powyższych przykładów widać dokładnie, że siła korekcji rośnie wraz z błędem, a kierunek
korekcji jest przeciwny do kierunku błędu. Ta część regulatora jest skuteczna przy większych
wartościach błędu, natomiast przy małych wartościach błędu radzi sobie słabo.
8.2.2 Człon całkujący – I
Dla niektórych użytkowników, niezaznajomionych z matematyką, całka może brzmieć groźnie,
w rzeczywistości jednak działanie tego członu jest bardzo proste. Wyjście tego członu regulatora PID
zależy od błędu pozycji i czasu trwania tego błędu. Załóżmy, że człon proporcjonalny usunął
większość błędu pozycji, ale na wskutek tarcia pozostał niewielki błąd – np. 10 imp. Enkodera. Przy
tak małym błędzie człon proporcjonalny nie koryguje mocno i jego wyjście nie jest w stanie pokonać
tarcia. Silnik więc stoi, a błąd pozostaje. Tutaj właśnie do akcji wkracza człon ‘I’. Dla uproszczenia
załóżmy, że regulator pracuje raz na sekundę, a Ki (wzmocnienie) = 1. W takiej sytuacji wyjście członu
‘I’ będzie wyglądało następująco:
• Czas t=0s
: wyjście = 0
•
•
•
•
Czas t=1s
Czas t=2s
…
Czas t=10s
: wyjście = 10
: wyjście = 20
: wyjście = 100
Z powyższego przykładu widać, że nawet niewielki błąd może wywołać dużą wartość korekcji,
jeśli występuje przez dłuższy czas. W praktyce do czynienia mamy nie z sekundami, lecz z ułamkami
sekund, gdyż regulatory PID pracują od kilkuset do kilku tysięcy razy na sekundę.
Łącząc człony ’P’ oraz ‘I’ otrzymujemy regulator, który natychmiast reaguje na duże wartości
błędu (P), a pozostałe niewielkie odchyłki koryguje z niewielkim opóźnieniem (I). Wszystko zaczyna
działać więc całkiem sprawnie.
8.2.3 Człon różniczkujący – D
Po przeczytaniu opisu członów ‘P’ oraz ‘I’ można dojść do wniosku, że nic więcej nie jest już
potrzebne. W wielu wypadkach jak najbardziej jest to prawda i w praktyce bardzo często
wzmocnienie członu różniczkującego ‘D’ jest ustawione na 0, co powoduje jego pominięcie.
Czasem jednak zachodzi konieczność wprowadzenie pewnego elementu stabilizującego, gdyż
‘ostro’ nastrojone człony ‘P’ oraz ‘I’ mogą powodować powstawanie niepożądanych drgań w pobliżu
ustalonej pozycji. Tutaj pomocny właśnie może okazać się człon różniczkujący ‘D’, który działa trochę
jak amortyzator – zapobiega nagłym, szybkim ruchom. Człon ten reaguje tym większą siłą im szybciej
zmienia się błąd pozycji. Jeśli błąd szybko narasta, człon ‘D’ będzie reagował mocno w stronę ‘-‘. Jeśli
błąd szybko maleje, człon ‘D’ będzie reagował mocno na „+”.
8.2.4 „Szósty zmysł” – czyli parametry VFF i AFF
Skąd te dodatkowe parametry, skoro omówione zostały już wszystkie części składowe regulatora
PID? Tak naprawdę nie są to żadne dodatkowe człony regulatora, a raczej elementy, które ułatwiają
regulatorowi PID pracę.
Wnikliwie przyglądając się opisom trzech składowych regulatora PID można dostrzec, że wyjście
każdego członu uzależnione jest od błędu pozycji. Regulator więc nie działa, jeśli błąd pozycji równy
jest zero. Problem polega na tym, że chcemy, by błąd był jak najmniejszy, a najlepiej właśnie równy
zero, bo to oznacza najlepszą dokładność pracy.
Tutaj z pomocą przychodzi parametr V FF (oraz A FF ), który reaguje z wyprzedzeniem, zanim
jeszcze powstanie błąd pozycji. Oczywiście działanie z wyprzedzeniem opiera się na przewidywaniu,
a przewidywanie nigdy nie jest pewne w 100%, wobec tego jakiś błąd pozycji powstanie i PID będzie
miał co robić, w praktyce jednak dobrze dobrane wzmocnienie V FF jest w stanie zmniejszyć chwilowe
błędy pozycji nawet 10-cio krotnie!
Parametr V FF przewiduje pozycję na podstawie prędkości, natomiast A FF działa w oparciu
o przyspieszenie. Skuteczność tych parametrów mocno uzależnione jest od rozdzielczości enkodera
zainstalowanego na silniku. Zalecany enkoder to min. 10000imp./obr. (licząc wszystkie zbocza, czyli
2500 podając wartość „zwykłą”).
9 Dodatek C – Oś zależna
W wielu napędach dostępna jest funkcja tzw. osi zależnej, przez wielu instalatorów
wykorzystywana do realizacji osi zależnej w obrabiarkach gdzie pojedyncza oś napędzana jest dwoma
silnikami.
Nie zawsze jednak jest to optymalne rozwiązanie, gdyż oba silniki działają jakby były
mechanicznie połączone. Dlaczego jest to wada? Przecież o to chyba chodzi w funkcji osi zależnej?
Powiedzmy, że mamy do czynienia z frezarką bramową i brama właśnie sterowana jest dwoma
silnikami po jednym z każdej strony. Gdy wyłączymy zasilanie, silniki staną się „luźne”, a brama
ustawi się w pozycji najmniejszego naprężenia. Problem polega na tym, że w takiej sytuacji
praktycznie nigdy nie będzie zachowana prostopadłość bramy, czyli frezując kwadrat tak naprawdę
wyszedłby nam romb. Nie ma w takiej sytuacji jak skorygować powstałych niedokładności, bo po
załączeniu zasilania napędy poszczególnych stron bramy są jak „sklejone” ze sobą.
W systemie opartym na napędach ArbahDSP oraz dedykowanym sterowniku CNC – CSMIO/IP-S
przyjęto inny sposób realizacji osi zależnej, a mianowicie funkcja ta realizowana jest przez sterownik
CSMIO/IP-S. Sterownik ten podczas bazowania wykonuje specjalną procedurę korekcji geometrii,
podczas której napędy obu stron naszej przykładowej bramy frezarki będą pracować niezależnie od
siebie – jak całkiem osobne osie. Dopiero po wykonanej korekcji geometrii napędy obu stron zostają
elektronicznie sprzęgnięte ze sobą i działają jak jeden.
Z uwagi na powyższe założenia, implementacja funkcji osi zależnej w napędzie nie miałaby
sensu. Funkcję tą realizuje dedykowany sterownik CSMIO/IP-S.
10 Dodatek D – Diagnostyka z poziomu programu Mach3
Napęd ArbahDSP można połączyć
szyną CAN z dedykowanym sterownikiem
CNC – CSMIO/IP-S. W obecnej wersji
oprogramowania pozwala to
na
diagnostykę
napędu
bezpośrednio
w programie
Mach3, bez konieczności
podłączania
konwertera
USB-RS232 oraz uruchamiania
programu DrUrbitrus.
Z poziomu programu
Mach3 wystarczy wybrać z
menu „PlugIn Control 
CSMIO_IP plugin”, przejść na
zakładkę „Expansion modules”
i kliknąć na pozycji „ARBAHDRV”.
Zostanie otwarte okno, w którym pokazane są:
• Licznik pozycji enkodera
• Aktualna odchyłka od pozycji zadanej
• Prąd pobierany przez silnik
• Stan czujników Hall’a
• Status napędu
• Stan wejść oraz wyjść cyfrowych
• Temperatura końcówki mocy
• Flagi alarmów w postaci czytelnych kontrolek
Ponadto, jeśli połączymy napędy ArbahDSP szyną CAN ze sterownikiem, w logu CSMIO/IP będzie
zapisywana informacja o przyczynie wyłączenia (rodzaj alarmu) osi, jeśli taka sytuacja będzie miała
miejsce. Może to znacznie ułatwić diagnozę, jeśli wystąpią jakiekolwiek problemy.
W przyszłych wersjach oprogramowania wraz z pojawieniem się sterownika CSMIO/IP-S v3
połączenie po szynie CAN wyeliminuje konieczność stosowania sygnałów STEP/DIR i dodatkowo
poprawi jakość pozycjonowania napędu.
Jeśli chcemy szyną CAN połączyć więcej niż jeden napęd, trzeba skonfigurować napędom adresy CAN.
W tym celu należy w programie DrUrbitrus wybrać z menu opcję „ConfigurationCommunication” i
ustawić adres CAN urządzenia. Na szynie może być podłączone nawet sześć napędów ArbahDSP.