Mục lục
21/10/2024 - 08:55 AM
Chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về cách điều khiển động cơ bước hay còn gọi là động cơ Step (Stepper motor), từ những kiến thức cơ bản đến các phương pháp điều khiển nâng cao. Chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về các loại động cơ bước, các đặc điểm kỹ thuật của động cơ bước, cách lựa chọn động cơ bước phù hợp, và các lưu ý khi điều khiển động cơ bước.
1. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC.
Sử dụng bộ điều khiển động cơ bước Stepper Motor Driver có thể kết hợp cùng bộ điều khiển lập trình (PLC, PC, …) có khả năng điều khiển động cơ bước cho nhiều ứng dụng như: điều khiển tốc độ, điều khiển vị trí, điều khiển mô-men, …
1.1 Động cơ bước
Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp chế tạo máy: máy cnc, máy cắt laser, máy cắt plasma cnc, ... Động cơ bước là loại động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto. Động cơ bước có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết. Động cơ bước có thể quy định được góc quay của nó. Ví dụ một động cơ bước có góc quay 1.8 độ/ bước, để quay hết 1 vòng 360 độ thì mất 200 bước (gọi là full step). Các chế độ quay nhiều xung thì động cơ quay sẽ êm hơn. Ở Việt Nam thường dùng động cơ 200 bước.
Động cơ bước có ưu điểm:
- Động cơ bước có khả năng cung cấp mô men xoắn lớn ở dải vận tốc trung bình và thấp
- Có thể điều chỉnh chính xác góc quay
- Động cơ bước có tuổi thọ lâu dài, hoạt động bền bỉ
- Động cơ bước dễ dàng lắp đặt, thay thế
- Động cơ bước có giá thành thấp
Động cơ bước có nhược điểm:
- Động cơ bước khi hoạt động có hiện tượng bị trượt bước - do lực từ trên nam châm vĩnh cửu đã yếu nên cho vị trí không chính xác hoặc nguồn điện cấp vào không đủ (VD : động cơ bước có góc bước 1.8 độ cần 200 xung thì quay đủ 1 vòng, tuy nhiên nếu có hiện tượng trượt bước thì cần nhiều hơn 200 xung mới đủ 1 vòng).
- Động cơ bước khi hoạt động có hiện tượng bị trượt bước. Về cơ bản dòng từ driver tới cuộn dây động cơ không thể tăng hoặc giảm trong lúc hoạt động. Do đó, nếu bị quá tải động cơ sẽ bị trượt bước gây sai lệch trong điều khiển.
- Động cơ bước sẽ ồn và nóng dần lên khi hoạt động. Các driver điều khiển động cơ bước thế hệ mới nhất thì độ ồn và nóng của động cơ đã giảm đáng kể.
- Đông cơ bước gây ra nhiều nhiễu và rung động hơn động cơ servo.
- Động cơ bước không thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ cao.
1.2. Cách điều khiển đông cơ bước
1.2.1 Điều khiển động cơ bước dạng sóng (Wave Drive)
Đây là phương pháp cơ bản nhất để điều khiển động cơ bước, dù cho nó không được sử dụng nhiều nhưng vẫn đáng để giúp cho chúng ta hiểu về cách điều khiển động cơ bước. Trong phương pháp này, nếu mỗi pha hoặc stato ở cạnh nhau sẽ được động cơ kích hoạt lần lượt bằng cách sử dụng 1 mạch đặc biệt giúp từ hóa và khử từ hóa stato, điều này sẽ dẫn đến chuyển động nhanh chóng của rôto một bước.
1.2.2 Điều khiển động cơ chạy đủ bước (Full Step Drive)
Trong mạch điều khiển động cơ bước 4 dây, thay vì kích hoạt tất cả các stator một lần, 2 stator sẽ được kích hoạt chỉ cách nhau 1 khoảng thời gian ngắn. Điều này có nghĩa là nếu stator thứ 1 bật ON thì stator thứ 2 sẽ ON ngay sau đó một khoảng thời gian ngắn, trong khi đó thì stator thứ nhất vẫn ON. Phương pháp này dẫn đến mô men xoắn đạt mức cao và cho phép chúng ta điều khiển động cơ tải cao.
1.2.3 Điều khiển động cơ chạy nửa bước (Half-Stepping Drive)
Phương pháp này cũng tương tự như ổ đĩa Full bước. Ở step motor và mạch điều khiển, 2 stator được đặt cạnh nhau sẽ được tiến hành kích hoạt trước và stator thứ 3 sẽ được kích hoạt ngay sau đó, nhưng 2 stator này lại bị vô hiệu hóa. Chu kỳ này sẽ kích hoạt 2 stator trước và sau đó 1 stator lặp lại để giúp điều khiển động cơ bước. Phương pháp này sẽ dẫn đến tăng cường độ phân giải của động cơ trong khi đó mô men xoắn sẽ giảm xuống.
1.2.4 Điều khiển động cơ chạy bước nhỏ (MicroStepping Drive)
Đây là phương pháp điều khiển động cơ bước được sử dụng phổ biến nhất vì nó có tính chính xác rất cao. Mạch điều khiển cung cấp ngay 1 dòng bước biến đổi cho cuộn dây stato đang tồn tại ở dạng sóng hình sin. Những bước đi nhỏ xíu này hiện nay dùng để tăng cường độ chính xác tuyệt đối của từng bước một. Phương pháp này cũng được sử dụng rộng rãi do nó có thể giảm tiếng ồn của hoạt động ở mức độ lớn.
2. MODULE LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC.
2.1. Module lập trình điều khiển đông cơ bước
Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu module đơn giản nhất để điều khiển động cơ bước với PLC Delta DVP-SA2 series hoặc DVP-SV2 series, ở đây sử dụng động cơ bước và Stepper Drive MOONS nhưng cũng có thể áp dụng cho động cơ Servo Delta điều khiển ở chế độ xung. Để điều khiển động cơ bước bộ lập trình PLC cần hỗ trợ phát xung tốc độ cao và ngõ ra kiểu transitor. Phần cứng bài viết này sử dụng PLC DVP12SA211T, tuy nhiên câu lệnh cũng có thể áp dụng cho PLC DVP20SX211T, DVP26SE11T, DVP28SV11T,….
Nhiệm vụ chúng ta trong bài viết là lập trình điều khiển động cơ bước:
• Điều khiển động cơ với tần số phát 1Khz
Chuẩn bị:
Phần cứng
- Bộ PLC ngõ ra Transitor hỗ trợ kênh phát xung tốc độ cao: PLC DVP12SA211T (2 kênh 100kHz) hoặc PLC DVP28SV11T (2 kênh 200kHz)
- Động cơ và driver điều khiển động cơ bước: ở đây sử dụng động cơ bước MOONS AM23HS04A0-01, driver SRX04-S, với cài đặt 1600 xung/vòng
- Nguồn cấp động cơ bước: 24V, 48V....
- Cáp USB RS232
- Chân phát xung (Pulse) là chân Y0, chân điều khiển chiều thuận nghịch (Dir) là chân Y1
Phần mềm
- Sử dụng phần mềm WPLSoft
- Tốc độ giao tiếp 9.6 Kbps với PLC
2.2 Thực hiện
Để điều khiển động cơ bước có thể dùng lệnh (D)PLSY, (D)PLSR. Cú pháp lệnh PLSY như sau:
PLSY S1 S2 D
Với số xung và tần số lớn hơn 32,767, dùng lệnh DPLSY, cú pháp lệnh DPLSY như sau:
DPLSY S1 S2 D
Trong đó:
S1: tần số phát xung (đơn vị: Hz)
S2: số xung phát ra (xung)
D: chân phát xung của PLC
Lệnh PLSR khác lệnh PLSY là có thời gian tăng giảm tốc:
(D)PLSR S1 S2 S3 D
Trong đó:
S1: tần số phát xung (Hz)
S2: số xung phát ra.
S3: thời gian tăng/giảm tốc (ms)
D: chân phát xung của PLC
Trong ví dụ, dùng lệnh PLSY K1000 K16000 Y0, có ý nghĩa như sau:
- Tần số xung điều khiển: 1000 HZ (1Khz)
- Số xung phát là 16000, do driver đặt đặt số xung/vòng là 1600 –> động cơ quay được 10 vòng
- Chân phát xung là chân Y0
3. ỨNG DỤNG.
Động cơ bước được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:
- Tự động hóa: Máy CNC, robot, máy in 3D,...
Động cơ bước được sử dụng trong máy CNC để điều khiển chuyển động của các trục X, Y, Z. Động cơ bước cũng được sử dụng trong robot để điều khiển chuyển động của các khớp nối. Động cơ bước cũng được sử dụng trong máy in 3D để điều khiển chuyển động của đầu phun.
- Thiết bị điện tử: Máy in, máy ảnh, máy quay,...
Động cơ bước được sử dụng trong máy in để điều khiển chuyển động của trục cấp giấy. Động cơ bước cũng được sử dụng trong máy ảnh để điều khiển chuyển động của ống kính. Động cơ bước cũng được sử dụng trong máy quay để điều khiển chuyển động của ống kính.
- Thiết bị y tế: Máy CT, máy X-quang,...
Động cơ bước được sử dụng trong máy CT để điều khiển chuyển động của ống tia X. Động cơ bước cũng được sử dụng trong máy X-quang để điều khiển chuyển động của ống tia X.
- Thiết bị quân sự: Vũ khí, thiết bị bay không người lái,...
Động cơ bước được sử dụng trong vũ khí để điều khiển chuyển động của các bộ phận. Động cơ bước cũng được sử dụng trong thiết bị bay không người lái để điều khiển chuyển động của cánh quạt.
4. CÁCH LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ BƯỚC VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC.
Khi lựa chọn động cơ bước, cần lưu ý các yếu tố sau:
- Góc bước: Góc bước càng nhỏ thì độ chính xác càng cao, nhưng mô-men xoắn càng thấp. Tùy theo ứng dụng cụ thể mà lựa chọn góc bước phù hợp.
- Mô-men xoắn: Mô-men xoắn càng cao thì động cơ có thể kéo tải nặng hơn. Tùy theo tải trọng của ứng dụng mà lựa chọn mô-men xoắn phù hợp.
- Tốc độ tối đa: Tốc độ tối đa càng cao thì động cơ có thể quay nhanh hơn. Tùy theo yêu cầu tốc độ của ứng dụng mà lựa chọn tốc độ tối đa phù hợp.
- Kích thước và trọng lượng: Kích thước và trọng lượng của động cơ cần phù hợp với không gian và tải trọng của ứng dụng.
- Giá thành: Giá thành của động cơ bước phụ thuộc vào số pha, góc bước, mô-men xoắn, tốc độ tối đa, kích thước và trọng lượng.
- Cần sử dụng bộ driver động cơ bước phù hợp. Bộ driver động cơ bước sẽ cung cấp điện áp và dòng điện cần thiết cho động cơ hoạt động.
- Cần cấp nguồn đủ cho động cơ. Động cơ bước tiêu thụ dòng điện lớn, cần đảm bảo cấp nguồn đủ cho động cơ hoạt động ổn định.
- Cần sử dụng đúng phương pháp điều khiển. Phương pháp điều khiển động cơ bước sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác và mô-men xoắn của động cơ.
- Cần chú ý đến nhiệt độ của động cơ. Động cơ bước có thể sinh nhiệt khi hoạt động, cần chú ý đến nhiệt độ của động cơ để tránh động cơ bị quá nóng.
Trên đây, ETEC đã tổng hợp những thông tin tổng quan nhất về động cơ bước và các ứng dựng phổ biến sử dụng động cơ bước dành cho các bạn. ETEC là nhà phân phối các dòng sản phẩm động cơ bước và Drive động cơ bước của MOONS được biết đến như: SRX series, STF series, ….. Bạn có thể tham khảo các dòng sản phẩm PLC Delta cơ bản giá rẻ được ETEC phân phối như: SS2, SA2, SX2, SE, SV2,…
Chúng tôi hi vọng bài viết này có thể giúp bạn có cái nhìn tổng quan nhất khi tìm hiểu ứng dụng và lựa chọn thiết bị động cơ bước và PLC Delta, mọi ý kiến đóng góp xin vui long để lại bình luận phía dưới hoặc liên hệ trực tiếp với chúng tôi.
Để tìm hiểu nhiều thông tin hơn về sản phẩm, bạn có thể tham khảo thêm tại website của chúng tôi: https://etecvn.com/
Xin cảm ơn!
