Автоматизированный электропривод для управления двумя шаговыми двигателями от одного генератора импульсов

Введение. Автоматизация производственных процессов и отдельно взятых устройств является актуальной задачей сегодняшнего дня, которая позволяет освободить человека от монотонного труда, а так же от опасных для жизни и здоровья производственных процессов. Автоматизация позволяет повысить производительность труда и качество продукции.

Любые автоматизированные устройства являются комплексными изделиями, в состав которых входит множество различных элементов: датчики, усилители, средства приема и передачи информации, исполнительные устройства и т.д.

Широкое применение в автоматических устройствах нашли шаговые двигатели, которые наилучшим образом подходят для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется преодоление высоких динамических нагрузок.

Анализ литературных источников. В работе [1] были представлены радиаторные стойки для твердотельных лазерных элементов на органических красителях, выполненных в виде дисков.

Данные стойки изготовлены из материала с высокой теплопроводностью и позволяют снижать температуру активных лазерных элементов во время работы, что повышает их ресурс и увеличивает КПД лазера, т.к. интенсивность люминесценции красителей снижается с ростом температуры. Кроме того, данные стойки позволяют менять диапазон изменения выходного излучения лазера, путем смены активного лазерного элемента за счет поворота барабана, в котором размещены. Поворот барабана, было предложено осуществлять с помощью шагового двигателя [2,3]. В работах [2,3] была представлена функциональная схема управления одной автоматизированной радиаторной стойкой. В работах [4,5] было предложено применять данные стойки для автоматизации твердотельного лазера и лазерного сканера на красителях. В данных работах использовался один шаговый двигатель. Однако на практике может возникнуть необходимость применения двух и более шаговых двигателей.

Цель и задачи. Целью данной работы является разработка функциональной схемы автоматизированного привода для управления двумя шаговыми двигателями, как составной части различных автоматизированных приборов и устройств.

Решение поставленной задачи. На рисунке 1 представлена функциональная схема управления работой двух шаговых двигателей.

Устройство работает следующим образом. Для вращения шагового двигателя 1, с компьютера 14 через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 13 подается сигнал на ключ 12 с целью включения генератора импульсов 10. Одновременно, компьютер 14 подает сигнал через ЦАП 13 на ключ 7, который замыкает цепь, и сигнал с генератора импульсов 10 может поступать на контакты электромагнитного реле 4, к которому подключены выводы шагового двигателя 1 (ключ 2, рис.2). Синхронно с замыканием цепи, на которую поступает сигнал с генератора импульсов 10, ключ 7 включает счетчик импульсов 9, который служит для контроля угла поворота шагового двигателя 1.

Импульсы с генератора 10 поступают на контакты электромагнитного реле постоянного тока 4, к которому подключены выводы шагового двигателя 1, рис.2. Будем считать, что для вращения шагового двигателя 1 по часовой стрелке выводы генератора импульсов 10 и шагового двигателя 1 подключены на нормально замкнутые контакты электромагнитного реле 4, рис.2.

Под действием импульсов генератора 10, шаговый двигатель 1 начинает осуществлять вращение. К генератору прямоугольных импульсов 10 подключен счетчик импульсов 9, с помощью которого можно контролировать угол поворота шагового двигателя 1. Данные со счетчика импульсов 9 поступают на компьютер 14. При повороте шагового двигателя 1 на требуемый угол, с компьютера 14 через цифро-аналоговый преобразователь 13 поступает сигнал на ключ 12 с целью его закрытия и выключения генератора импульсов 10, а так же на счетчик импульсов 9, для его обнуления.

Рисунок 1 - Функциональная схема управления двумя шаговыми двигателями: 1 – шаговый двигатель; 2 - шаговый двигатель; 3 – ключ; 4 - электромагнитное реле постоянного тока; 5 – электромагнитное реле постоянного тока; 6 – ключ; 7 – ключ; 8 – ключ; 9 - счетчик импульсов; 10 – генератор импульсов; 11 - счетчик импульсов; 12 – ключ; 13 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП); 14 – компьютер.

При необходимости вращения шагового двигателя 1 против часовой стрелки с компьютера 14 через цифро-аналоговый преобразователь 13 поступает сигнал на ключ 3, который замыкает цепь катушки электромагнитного реле 4 (ключ 1, рис.2). В результате чего электромагнитное реле 4 срабатывает. При этом нормально замкнутые контакты размыкаются, а нормально разомкнутые замыкаются, рис.2. Далее с помощью компьютера 14 через цифроаналоговый преобразователь 13 открывается ключ 12, который включает генератор импульсов 10. Теперь импульсы от генератора 10 поступают на нормально разомкнутые контакты электромагнитного реле 4, к которым подключается шаговый двигатель 1, рис. 2. Таким образом, меняется полярность импульсов поступающих на шаговый двигатель 1 и он начинает вращаться против часовой стрелки. Для контроля угла поворота шагового двигателя 1 служит счетчик импульсов 9, подключенный к генератору прямоугольных импульсов 10. Данные со счетчика импульсов 9 поступают на компьютер 14. При повороте шагового двигателя 1 на требуемый угол с компьютера 14 через цифро-аналоговый преобразователь 13 поступает сигнал на ключ 12 с целью выключения генератора импульсов 10 и на ключ 3, который размыкает цепь катушки электромагнитного реле постоянного тока 4. Далее с компьютера 14 поступает сигнал на счетчик импульсов 9 с целью его обнуления. Если, нет необходимости выключения генератора импульсов, то с компьютера 14 через АЦП 13 поступает сигнал на ключ 7, который размыкает цепь, по которой на электромагнитное реле постоянного тока 4 поступает сигнал с генератора 10 (ключ 2, рис. 2). При этом генератор 10 продолжает работать.

К - катушка электромагнитного реле; М - шаговый двигатель; Ген - генератор импульсов; Кл 1- ключ; Кт 2 - ключ

Рисунок 2 - Подключение шагового двигателя к генератору импульсов через электромагнитное реле

Аналогично осуществляется управление шаговым двигателем 2. Для его вращения, с компьютера 14 через ЦАП 13 подается сигнал на ключ 12 с целью включения генератора импульсов 10. Одновременно, компьютер 14 подает сигнал через ЦАП 13 на ключ 8, который замыкает цепь, и сигнал с генератора импульсов 10 может поступать на контакты электромагнитного реле 5, к которому подключены выводы шагового двигателя 2 (ключ 2, рис.2). Синхронно с замыканием цепи, на которую поступает сигнал с генератора импульсов 10, ключ 8 включает счетчик импульсов 11, который служит для контроля угла поворота шагового двигателя 2.

Импульсы с генератора 10 поступают на контакты электромагнитного реле постоянного тока 5, к которому подключены выводы шагового двигателя 2, рис.2. Будем считать, что для вращения шагового двигателя 2 по часовой стрелке выводы генератора импульсов 10 и шагового двигателя 2 подключены на нормально замкнутые контакты электромагнитного реле 5, рис.2.

Под действием импульсов генератора 10, шаговый двигатель 2 начинает осуществлять вращение. К генератору прямоугольных импульсов 10 подключен счетчик импульсов 11, с помощью которого можно контролировать угол поворота шагового двигателя 2. Данные со счетчика импульсов 11 поступают на компьютер 14. При повороте шагового двигателя 2 на требуемый угол, с компьютера 14 через цифро-аналоговый преобразователь 13 поступает сигнал на ключ 12 с целью его закрытия и выключения генератора импульсов 10, а так же на счетчик импульсов 11, для его обнуления.

При необходимости вращения шагового двигателя 2 против часовой стрелки с компьютера 14 через цифро-аналоговый преобразователь 13 поступает сигнал на ключ 6, который замыкает цепь катушки электромагнитного реле 5 (ключ 1, рис.2). В результате чего электромагнитное реле 5 срабатывает. При этом нормально замкнутые контакты размыкаются, а нормально разомкнутые замыкаются, рис.2. Далее с помощью компьютера 14 через цифроаналоговый преобразователь 13 открывается ключ 12, который включает генератор импульсов 10. Теперь импульсы от генератора 10 поступают на нормально разомкнутые контакты электромагнитного реле 5, к которым подключается шаговый двигатель 2, рис. 2. Таким образом, меняется полярность импульсов поступающих на шаговый двигатель 2 и он начинает вращаться против часовой стрелки. Для контроля угла поворота шагового двигателя 2 служит счетчик импульсов 11, подключенный к генератору прямоугольных импульсов 10. Данные со счетчика импульсов 11 поступают на компьютер 14. При повороте шагового двигателя 2 на требуемый угол с компьютера 14 через цифро-аналоговый преобразователь 13 поступает сигнал на ключ 12 с целью выключения генератора импульсов 10 и на ключ 6, который размыкает цепь катушки электромагнитного реле постоянного тока 5. Далее с компьютера 14 поступает сигнал на счетчик импульсов 11 с целью его обнуления. Если, нет необходимости выключения генератора импульсов, то с компьютера 14 через АЦП 13 поступает сигнал на ключ 8, который размыкает цепь, по которой на электромагнитное реле постоянного тока 5 поступает сигнал с генератора 10 (ключ 2, рис. 2). При этом генератор 10 продолжает работать.

Таким образом, данная схема позволяет параллельно управлять работой двух шаговых двигателей.

Предполагается в дальнейшем использовать данную схему при разработке автоматизированных спектрофотометров с лазерным 150

источником света.

Выводы.

• 1.    Предлагаемая схема позволяет осуществлять параллельное управление двумя шаговыми двигателями.

• 2.    Данный электропривод может применяться при автоматизации различных приборов и устройств.

Деулин Борис Иванович