Schrittmotor Endstufe mit ServiceBus
55
Extreme. Precision. Positioning. MANUAL 2109-A015 DE Schrittmotor Endstufe mit ServiceBus ZMX +
Transcript of Schrittmotor Endstufe mit ServiceBus
Extreme. Precision. Positioning.
MANUAL 2109-A015 DE
Schrittmotor Endstufe mit ServiceBus
ZMX+
phytron
06/2018 Manual MA 2109-A015D
ZMX+
Schrittmotorendstufe
mit ServiceBus
Hardware V5.0
ORIGINAL BETRIEBSANLEITUNG
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 2
2018
Alle Rechte bei:
Phytron GmbH
Industriestraße 12
82194 Gröbenzell, Deutschland
Tel.: +49(0)8142/503-0
Fax: +49(0)8142/503-190
Alle Angaben in diesem Handbuch erfolgen nach bestem Wissen, aber ohne Gewähr. Wir behalten uns im Interesse unserer Kunden vor, Verbesserungen und Berichtigungen an Hardware, Software und Dokumentation jeder Zeit ohne Ankündigung vorzunehmen.
Für Anregungen und Kritik sind wir dankbar.
E-Mail-Adresse: [email protected]
Den neuesten Stand des Handbuchs finden Sie im Internet unter www.phytron.de.
phytron
3 MA 2109-A015 D
Inhaltsverzeichnis 1 ZMX+ ........................................................ 4
1.1 Kurzer Überblick .................................. 4
1.2 Betriebsarten ....................................... 7
1.2.1 Betriebsart ‚Kodierschalter-Modus‘ 7
1.2.2 Betriebsart ‚ServiceBus-Modus‘ ... 7
1.3 Richtlinien und Normen ....................... 8
1.4 Einbauerklärung .................................. 9
2 Vor der Installation zu beachten ............... 10
2.1 Qualifiziertes Personal ........................ 10
2.2 Sicherheitshinweise ............................ 10
2.3 Umgebungsbedingungen.................... 12
3 Auswahl der Schutzmaßnahme für den Betrieb der Endstufe ..................................... 13
4 Projektierung ............................................ 15
4.1 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) 15
4.1.1 Hinweise ...................................... 15
4.1.2 Maßnahmen zur EMV .................. 16
4.2 Schirmung .......................................... 18
4.3 Isolationsübersicht .............................. 19
4.4 Kabel .................................................. 20
4.5 Dimensionierung der Spannungsversorgung .............................. 21
4.6 Netzteil ............................................... 22
5 Technische Daten .................................... 23
5.1 Mechanische Daten ............................ 23
5.2 Elektrische Daten ............................... 24
6 Installation ................................................ 27
6.1 Mechanische Installation .................... 27
6.2 Elektrische Installation ........................ 28
6.2.1 Motoranschluss ........................... 28
6.2.2 Anschlussarten ............................ 30
6.3 Stecker ............................................... 31
6.3.1 ServiceBus-Stecker ..................... 31
6.3.2 VG-Steckerleisten ........................ 31
7 Inbetriebnahme ......................................... 33
7.1 LED-Anzeigen ..................................... 33
7.2 Kodierschalter ..................................... 34
7.3 DIP-Schalter ....................................... 34
7.4 Einstellen der DIP-Schalter ................. 35
7.5 Kodierschalter-Modus ......................... 36
7.6 ServiceBus-Modus .............................. 37
7.7 Testen der Anlage ............................... 38
8 Funktionen ................................................ 39
8.1 Eingänge............................................. 39
8.1.1 Takt .............................................. 41
8.1.2 Boost ............................................ 42
8.1.3 Entregen ...................................... 43
8.1.4 Reset ........................................... 43
8.1.5 Drehrichtung ................................ 44
8.1.6 Schrittauflösung ........................... 45
8.2 Ausgänge............................................ 46
8.2.1 Ausgang Grundstellung ................ 46
8.2.2 Fehlerausgang ............................. 47
9 ESD-Schutzmaßnahmen .......................... 48
10 Garantie und Geschützte Warenzeichen ... 49
10.1 Garantie ......................................... 49
10.2 Geschützte Warenzeichen ............. 49
11 Technik Lexikon ........................................ 50
11.1 Boost ............................................. 50
11.2 Laufstromüberhöhungszeit ............. 51
11.3 Overdrive ....................................... 52
12 Stichwortverzeichnis ................................. 53
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 4
1 ZMX+
1.1 Kurzer Überblick
Abb. 1: Bedienelemente
Microstep Endstufe für Zweiphasen-Schrittmotoren
Die ZMX+ Endstufen werden zur bipolaren Ansteuerung von Zweiphasen-Schrittmotoren eingesetzt. Bei der Endstufe ZMX+ kommt Phytrons bewährte Schrittmotor-Endstufen-Technologie mit erneut verbesserter 4-Quadranten-Präzisions-Stromregelung zum Einsatz. Durch die automatische Zuschaltung der Stromkurvenoptimierung wird eine exakte Phasenstromregelung auch unter 600 mAeff garantiert.
Die Betriebsparameter – wie z.B. Laufstrom, Schrittauflösung, Motordrehrichtung – werden per Kodierschalter (Kodierschalter-Modus ) oder über den ServiceBus (ServiceBus-Modus) eingestellt.
Das + der Endstufe ZMX+ steht für ‚Betrieb mit ServiceBus‘ durch ServiceBus-Comm für Windows®. Diese mitgelieferte Konfigurations- und Bedienungssoftware greift über die ServiceBus-Schnittstelle auf die Endstufe zu.
Der ServiceBus ermöglicht die Konfiguration, Programmierung und Diagnostik ganz einfach vom PC aus.
phytron
5 MA 2109-A015 D
ZMX+ Varianten
Galvanische Trennung
mit ohne
Steckerleiste 48pol. (F) 32pol. (D) 48pol. (F) 32pol. (D)
ServiceBus RS 485 RS 485 ohne RS 485 RS 485 ohne
Artikel-Nr. 10016066 10016100 10015025 10016102 10015958 10015172
Betriebsart SBM oder KSM nur KSM SBM oder KSM nur KSM
SBM= ServiceBus-Modus KSM= Kodierschalter-Modus
Galvanische Trennung
Die Eingänge und Ausgänge sind durch Optokoppler galvanisch von der Versorgungs-spannung der ZMX+ getrennt.
VG-Steckerleiste DIN 41612
32-polig (D): kompatibel mit marktüblichen Standard Endstufen, ServiceBus-Anschluss durch Stecker an der Frontseite
48-polig (F): ServiceBus-Anschluss zusätzlich über Backplane im Leistungseinschub
ServiceBus-Modus
Durch den Anschluss des ServiceBus-Moduls bieten sich folgende Möglichkeiten:
• Programmierung der Endstufenparameter: Lauf-, Booststrom, Schrittauflösung, Motordrehrichtung, Laufstromüberhöhungszeit, etc.
• Konfiguration per Software über 4-Draht- bzw. 2-Draht-RS 485-Bus
• Parameterspeicher zur permanenten Speicherung von benutzerdefinierten Einstellungen im EPROM der Endstufe
• Zu- bzw. Abschalten der Overdrive Funktion
Der Befehlssatz zur Parametrierung der Endstufe ist im ServiceBus Manual aufgelistet.
Mit der Software ServiceBus-Comm® kann die Endstufe schnell und einfach programmiert werden (Siehe ServiceBus-Comm® Manual ).
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 6
Kodierschalter-Modus
Die Betriebsparameter – wie z.B. Laufstrom, Schrittauflösung, Motordrehrichtung – werden per Kodierschalter eingestellt.
Eingänge
Die Logik der der Eingänge Takt, Drehrichtung, Boost, Entregen und Reset kann durch den DIP-Schalter auf der Platine oder im ServiceBus definiert werden.
Ausgänge
Die beiden Ausgänge der ZMX+, Grundstellung und Fehler, sind Open-Collector-Ausgänge.
Montagefreundliches und EMV-gerechtes Design
Die Endstufe ZMX+ ist für den Einbau in 19"/3HE Racks konzipiert. Alle Anschlüsse sind je nach Variante auf einen 32-poligen Stecker (Bauform D) oder 48-poligen Stecker (Bauform F) gemäß DIN 41612 herausgeführt.
Lieferumfang
Im Lieferumfang enthalten:
• Manual ZMX+
• bei ZMX+ mit ServiceBus: Manual ServiceBus-Comm Manual ServiceBus Phytron CD mit der ServiceBus-Comm Software
Als optionales Zubehör ist erhältlich:
• Frontplatte mit Griffleiste (#10010085)
• ServiceBus-Kabel
• USB-RS485-Konverter als Stick (#10012295)
phytron
7 MA 2109-A015 D
1.2 Betriebsarten
Die ZMX+ kann in 2 Betriebsarten bedient werden:
1.2.1 Betriebsart ‚Kodierschalter-Modus‘
Sämtliche Betriebsparameter werden mit den DIP- und Kodierschaltern an der Frontseite bzw. auf der Platine eingestellt.
1.2.2 Betriebsart ‚ServiceBus-Modus‘
Mit dem DIP-Schalter SB active wird der ServiceBus-Modus durch ‚ON‘ aktiviert und alle Einstellungen der Betriebsparameter erfolgen nur über den ServiceBus.
RS-Bus: Die Parameter für den Betrieb der ZMX+ werden via RS 485, 4-Draht-Betrieb (Vollduplex) eingestellt.
Sämtliche Einstellungen werden am PC mit der phytron Software ServiceBus-Comm® getätigt.
Der Kodierschalter Address dient zum Einstellen der Geräteadresse.
Wichtig: Jede Adresse darf nur einmal vergeben werden!
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 8
1.3 Richtlinien und Normen
CE-Kennzeichnung Mit der Konformitätserklärung und der CE-Kennzeichnung des Produkts bescheinigt der Hersteller, dass sein Produkt den Anforderungen der relevanten EG-Richtlinien entspricht. Die hier beschriebenen Antriebssysteme können weltweit eingesetzt werden.
EG-Richtlinie Maschinen
Die hier beschriebenen Antriebssysteme sind im Sinne der EG-Richtlinie Maschinen (2006/42/EG) keine Maschine, sondern Komponenten zum Einbau in Maschinen. Sie haben keine zweckgerichteten, beweglichen Teile. Sie können aber Bestandteil einer Maschine oder Anlage sein. Die Konformität des Gesamtsystems gemäß der Maschinenrichtlinie ist durch den Hersteller mit der CE-Kennzeichnung zu bescheinigen.
EG-Richtlinie EMV Die EG-Richtlinien Elektromagnetische Verträglichkeit (2014/30/EU) gilt für Produkte, die elektromagnetische Störungen verursachen können oder deren Betrieb durch diese Störungen beeinträchtigt werden kann.
Die Übereinstimmung mit der EMV-Richtlinie darf für die Antriebssysteme erst nach korrektem Einbau in die Maschine vermutet werden. Die im Kapitel “Installation” beschriebenen Angaben zur Sicherstellung der EMV müssen beachtet werden, damit die EMV-Sicherheit des Antriebssystems in der Maschine oder Anlage gewährleistet ist und das Produkt in Betrieb genommen werden darf.
Normen zum sicheren Betrieb
EN 60204-1:2007-6: Elektrische Ausrüstung von Maschinen, Verschmutzungsgrad 2 ist einzuhalten
EN 60529:2014-09: IP-Schutzarten
Normen zur Einhal-tung der EMV-Grenzwerte
EN 61000-3-2: EMV
EN 61000-6-1,3,4: Störfestigkeit und Störaussendung
EN 61000-6-2:2005: Störfestigkeit für Industriebereiche
Normen zu den Prüf- und Messverfahren zur Einhaltung der EMV-Grenzwerte
EN 55011 Klasse B: Funkstörfeldmessung und –spannungsmessung
EN 61000-4-2...6,11 Störfestigkeitsprüfung
phytron
9 MA 2109-A015 D
1.4 Einbauerklärung
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 10
2 Vor der Installation zu beachten
Lesen Sie vor Einbau und Inbetriebnahme des Gerätes dieses Manual gründlich durch. Beachten Sie die Sicherheitshinweise im folgenden Kapitel.
2.1 Qualifiziertes Personal
Projektierung, Inbetriebnahme und Wartung darf nur durch entsprechend geschultes Fachpersonal erfolgen.
Dieses Personal muss durch seine Kenntnisse und Erfahrungen in der Lage sein, Gefahren zu erkennen, die durch mechanische, elektrische oder elektronische Geräte und Ausrüstungen verursacht werden können.
Das Fachpersonal muss den Inhalt dieses Manuals und alle zum Produkt gehörigen Unterlagen kennen und verstehen können. Sicherheitsunterweisungen sind vorzusehen.
Den Fachkräften müssen alle geltenden Normen, Bestimmungen und Unfallverhütungsvorschriften, die bei Arbeiten am und mit dem Produkt beachtet werden müssen, bekannt sein.
WARNUNG Durch nicht ausreichend qualifiziertes Personal können schwere Schäden an Maschine und Antrieben, oder sogar Personenschäden verursacht werden!
2.2 Sicherheitshinweise
i
Die Endstufe ZMX+ ist ausgelegt, um in einem 19“-Rack betrieben zu werden. Eine Inbetriebnahme ist nur möglich, wenn die Anforderungen der EG-Richtlinie Maschine und EMV eingehalten werden. Siehe Kap. 1.3 und 1.4.
i
Da das Produkt als Teil eines Gesamtsystems verwendet wird, müssen vor dem Einsatz des Produktes Risikobeurteilungen in Bezug auf die konkrete Anwendung durchgeführt werden. Entsprechend den Ergebnissen sind Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen und zu überprüfen.
Die Personensicherheit muss durch das Konzept dieses Gesamtsystems (z.B. Maschinenkonzept) gewährleistet sein.
phytron
11 MA 2109-A015 D
WARNUNG Verletzung oder Zerstörung durch Überspannung! Betreiben Sie die ZMX+ nur gemäß Schutzmaßnahmen in Kap. 3.
VORSICHT Beschädigungsgefahr durch falsche Motorstromeinstellung!
Bei Auslieferung ist die Endstufe auf einen definierten Stromwert eingestellt! Vor Inbetriebnahme muss der Motorstrom auf den gewünschten Wert angepasst werden (siehe Motordaten).
GEFAHR Gefahr durch Lichtbogen!
Schalten Sie immer die Spannungsversorgung aus, bevor Sie Anschlüsse an der Endstufe herstellen oder lösen. Niemals die Baugruppe unter Spannung ziehen!
GEFAHR Gefahr durch elektrischen Schlag!
Bis zu 3 Minuten nach Abschalten der Spannungsversorgung können an den Steckern, Anschlüssen oder an der Platine noch gefährlich hohe Spannungen vorhanden sein.
Einstellungen an der Endstufe (z.B. Motorstrom) dürfen ausschließlich vom Netz getrennt mit einem geeigneten Einstellwerkzeug durchgeführt werden.
GEFAHR Gefahr durch Berührungsspannungen! Um im Fehlerfall gefährliche Berührungsspannungen (50 VAC und 120 VDC) zu vermeiden, muss der Versorgungstransformator zwischen Netz- und Sekundärseite doppelt oder verstärkt isoliert sein.
WARNUNG Verbrennungsgefahr bei Berühren!
Die Oberfläche des Geräts kann stellenweise bis zu 105 °C heiß werden.
i
Durch das Aktivieren der Eingänge Entregen bzw. Reset wird die Endstufe im Not-Aus-Fall nicht sicher vom Netz getrennt. Zum sicheren Abschalten des Antriebs muss die Spannungsversorgung unterbrochen werden.
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 12
2.3 Umgebungsbedingungen
Montage Einbau in 19“ Rack
Zulässige Umgebungs-temperatur
Betrieb: 4 bis 40 °C Lagerung: –25 bis +55 °C Transport: –25 bis +85 °C
Zulässige Kühlkörper-temperatur
max. 90 °C
Relative Luftfeuchtigkeit Im Betrieb ist die relative Luftfeuchtigkeit wie folgt zugelassen:
entsprechend EN 60721:1995-09, Klasse 3K3
5% ... 85%, keine Betauung zulässig
Verschmutzungsgrad Stufe 2
Geräteschutz Schutzart nach DIN EN 60529: 2014-09 IP20 bei Betrieb in 19“-Rack
Verdrahtung Mindestens 75 °C beständige Kupferkabel verwenden.
phytron
13 MA 2109-A015 D
3 Auswahl der Schutzmaßnahme für den Betrieb der Endstufe
Die Endstufe ZMX+ muss mit der Schutzmaßnahme PELV gem. VDE 0100 betrieben werden. Hierzu müssen entweder die ‚0 V‘ der Zwischenkreisspannung (Abb. 6) und/oder alle Betriebsmittel (Abb. 2 bis Abb. 5) geerdet werden.
Zur Erfüllung der Schutzmaßnahme PELV sind folgende Varianten möglich:
Abb. 2: PELV – Erdung: alles muss geerdet sein
Abb. 3: PELV – Erdung: Endstufe und Motor. Die Sekundärseite des Transformators (SELV- Einspeisung) muss nicht geerdet werden, weil die Betriebsmittel geerdet sind.
Abb. 4: PELV – Erdung: 0 V und Motor
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 14
Besitzt der Motor keine PE-Klemme, so muss zur Erfüllung der Schutzmaßnahme PELV die ‚0 V-Leitung‘ geerdet werden (Abb. 5 und Abb.6):
Abb. 5: PELV – Erdung: 0 V und Endstufe
Abb. 6: PELV – Erdung: 0 V
Zur Anwendung der Schutzmaßnahme PELV darf +UB bei trockener Umgebung 70 VDC oder 50 VAC nicht überschreiten (Umgebungsbedingung 3 gemäß IEC 61201).
Der Versorgungstransformator muss zwischen Netz- und Sekundärseite doppelt oder verstärkt isoliert sein (gem. EN 61558).
Es dürfen nur Motoren eingesetzt werden, die nach EN 60034-1 (500 VAC) geprüft sind.
phytron
15 MA 2109-A015 D
4 Projektierung
4.1 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
4.1.1 Hinweise
GEFAHR Verletzung durch Störung von Signalen und Geräten!
Gestörte Signale können unvorhergesehene Gerätereaktionen hervorrufen.
• Führen Sie die Verdrahtung gemäß den EMV-Maßnahmen durch.
• Überprüfen Sie, insbesondere bei stark gestörter Umgebung, die korrekte Ausführung der EMV-Maßnahmen. Nichtbeachtung dieser Vorkehrungen kann zu Tod, schwerwiegenden Verletzungen oder Materialschäden führen.
Voraussetzung für die Einhaltung der angegebenen Grenzwerte ist ein EMV-gerechter Aufbau. Je nach Anwendungsfall können durch folgende Maßnahmen bessere Ergebnisse erzielt werden:
• Vorschalten von Netzdrosseln. Angaben zu Stromoberschwingungen erhalten Sie auf Anfrage.
• Vorschalten externer Netzfilter, insbesondere zur Einhaltung von Grenzwerten bei langen Motorleitungen
• Besonders EMV-gerechter Aufbau, z.B. in einem geschlossenen Schaltschrank mit 15dB Dämpfung der abgestrahlten Störungen
VORSICHT Fehlfunktion! Bei zeitdiskreten Spannungseinbrüchen der Versorgungsspannung, kann es zu Schrittfehlern kommen. Eine absolute Überwachung der Schrittgenauigkeit kann nur ein übergeordnetes Messsystem z.B. Encoder gewährleisten.
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 16
4.1.2 Maßnahmen zur EMV
Maßnahmen zur EMV Auswirkung
19“-Rack Einbau Frontplatte mit den Befestigungs-schrauben verwenden, durch Frontplatte großflächiger Kontakt zum 19“-Rack.
Gute Leitfähigkeit durch flächigen Kontakt.
Schalteinrichtungen wie Schütze, Relais oder Magnetventile mit Entstörkombinationen oder Funken-löschgliedern ergänzen (z. B. Dioden, Varistoren, RC-Glieder).
Gegenseitige Störeinkopplung verringern.
Leistungs- und Steuerungs-komponenten getrennt montieren.
Gegenseitige Störeinkopplung verringern.
Verkabelung Kabel so kurz wie möglich halten. Keine „Sicherheitsschleifen“ einbauen.
Kapazitive und induktive Störeinkopplungen vermeiden.
Den Schirm aller geschirmten Leitungen auf das 19“-Rack über Kabelschellen großflächig mit Rackrückseite verbinden.
Emission verringern.
Feldbusleitungen und Signalleitungen nicht zusammen mit Leitungen für Gleich- und Wechselspannung über 60 V in einem Kabelkanal verlegen. (Feldbusleitungen können mit Signal- leitungen in einem Kanal verlegt werden.).
Empfehlung: Verlegung in getrennten Kabelkanälen mit mindestens 20 cm Abstand.
Vermeiden von gegenseitiger Störeinkopplung.
Schirme von digitalen Signalleitungen beidseitig großflächig oder über leitfähige Stecker-Gehäuse erden.
Störeinwirkung auf Steuerkabel vermeiden, Emissionen verringern.
Spannungs-versorgung
Schutzschaltung bei Gefahr von Überspannung oder Blitzschlag.
Schutz vor Schäden durch Überspannungen.
phytron
17 MA 2109-A015 D
EMV-Vorgabe: Motorkabel
Besonders kritische Signalleitungen sind Motorkabel.
Verwenden Sie die von phytron empfohlenen Kabel. Diese sind auf EMV-Sicherheit geprüft und Schleppketten tauglich.
Das Motorkabel und das Motorgeber-Kabel der Antriebslösung müssen am Gerät, am Schaltschrankausgang und am Motor niederohmig bzw. flächig aufgelegt werden.
• Verlegen Sie Motorkabel ohne Unterbrechung (keine Schaltelemente einbauen) vom Motor zum Gerät. Falls eine Leitung unterbrochen werden muss, müssen Sie Schirmverbindungen und Metallgehäuse verwenden, da sonst Störstrahlung möglich ist.
• Verlegen Sie das Motorkabel in mindestens 20 cm Abstand zu den Signalkabeln. Bei geringerem Abstand müssen Motorkabel und Signalleitungen durch geerdete Schirmbleche getrennt werden.
• Bei langen Leitungen müssen Sie Potentialausgleichsleitungen mit geeignetem Querschnitt benutzen.
Potentialausgleichsleitungen
Zum Schutz vor Störungen werden die Schirme beidseitig angeschlossen.
Potentialunterschiede können dabei zu unzulässigen Strömen auf dem Schirm führen und müssen durch Potentialausgleichsleitungen verhindert werden.
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 18
4.2 Schirmung
Um Störeinflüsse auf benachbarte elektronische Geräte und Steuerleitungen zu reduzieren, sollten nur abgeschirmte Kabel verwendet werden.
Das Einschubgehäuse, in dem die ZMX+ eingebaut wird, ist über den zentralen Erdungs-punkt zu erden.
Abb. 7: Schirmung der Motorzuleitungen
phytron
19 MA 2109-A015 D
4.3 Isolationsübersicht
Abb. 8: Isolation ZMX+
WARNUNG Verletzung oder Zerstörung durch Überspannung! Die Endstufe ZMX+ muss gemäß Schutzmaßnahme PELV betrieben werden. Der Versorgungstransformator muss zwischen Netz- und Sekundärseite mit verstärkter oder doppelter Isolation verwendet werden.
Die Isolation der ZMX+ wird den Anforderungen einer Basisisolation für Nicht-Netzstromkreise gemäß EN 61800-5-1 gerecht. Das Gerät wurde gemäß EN 61800-5-1 für Verschmutzungsgrad 2 ausgelegt.
Die IO-Signale an der VG-Steckerleiste sind optoentkoppelt und bieten eine sichere Trennung. Die RS 485-Signale am ServiceBus Stecker ‚ServiceBus‘ werden durch einen separaten DC/DC-Wandler galvanisch von der Motorspannung getrennt (Stehstoßspannungen bis zu 800 VDC).
Geräte, die zur Steuerung oder Kommunikation an die Endstufe ZMX+ angeschlossen werden, müssen nach EN 61800-5-1 eine verstärkte oder doppelte Isolierung aufweisen.
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 20
4.4 Kabel
Übersicht:
max. Kabellänge [m]
min. Querschnitt [mm2]
geschirmt, beidseitig geerdet
paarweise verdrillt
Motorkabel Die Länge hängt vom Kabelwider-stand ab: RKabel < 0,2xRPhase
Abhängig vom Maximalstrom des Motors und der Motorkabellänge gilt:
25 0,1 pro 1 Ampere Motorstrom X X
50 0,2 pro 1 Ampere Motorstrom X X
Signalschnittstelle 100 0,14 X
ServiceBus Kabel 2 –
Motorkabel:
Motorkabellänge Min. Leitungsquerschnitt für Phasenströme
bis 3 Aeff von 3 bis 6.5 Aeff
bis 10 m 1.0 mm2 1.0 mm2
10 m bis 25 m 1.0 mm2 1.5 mm2
25 m bis 50 m 1.5 mm2 2.5 mm2
phytron
21 MA 2109-A015 D
4.5 Dimensionierung der Spannungsversorgung
Folgende Punkte sind bei Dimensionierung zu beachten:
1. Sind die Zuleitungen vom Netzteil zur Baugruppe ZMX+ länger als 50 cm, so muss ein Kondensator von ca. 47 μF/100 V möglichst nahe parallel an der VG-Steckerleiste angeschlossen werden. Der Kondensator sollte für Schaltanwendungen geeignet sein und daher einen niedrigen ESR besitzen.
2. Transformator, Ladekondensator: Transformator: U = 50 VAC I = 5A Ladekondensator: C1 = 4.700 μF Die Angaben über Transformatorleistung und Ladekondensator sind "worst-case"-Be-trachtungen, also bei max. Abgabeleistung des Motors, Dauerboost und 100% Ein-satzdauer. Die tatsächlich benötigten Werte müssen für die jeweiligen Einsatzbedin-gungen ermittelt werden. Für den Ladekondensator gilt als Richtwert: 1000 μF pro Ampere Motorstrom. Die zulässige thermische Belastung des Transformators darf nicht überschritten werden. Der Innenwiderstand der Stromversorgung muss so gut sein, dass die Gleich-spannung auch bei maximaler Belastung nicht mehr als 15% unter ihren Spitzenwert absinkt.
Der Transformator muss mit verstärkter bzw. doppelter Isolation ausgeführt sein. Die Sekundärseite des Transformators darf nicht geerdet werden (SELV-Einspeisung).
3. Netzgleichrichter:
Bei Auslegung des Netzteils ist zu berücksichtigen, dass der Netzgleichrichter eine Verlustleistung bis zu 2 Watt pro Ampere erzeugen kann. Evtl. muss ein Kühlkörper vorgesehen werden.
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 22
4.6 Netzteil
Die ZMX+ Endstufe wird mit einer ungeregelten, gesiebten Gleichspannung von 24 bis 70 VDC betrieben.
Zulässiger Spannungsbereich: 24 bis 70 VDC
Nennspannung: 70 VDC
Die Spannung darf nicht unter 22 V fallen oder über 70 V steigen, auch nicht für eine sehr kurze Zeit (> 1 msec). Die ZMX+ Endstufe erkennt Spannungen unter 22 V und über 80 V als Fehler.
Abb. 9: Netzteil für Spannungsversorgung der ZMX+
Bei Dimensionierung und Anschluss der Spannungsversorgung sollte folgendes beachtet werden:
• Der Transformator muss mit verstärkter bzw. doppelter Isolation ausgeführt sein.
• i
Die Dimensionierung der Sicherung F2 hängt vom eingestellten Phasenstrom und der Motorlast ab:
Empfohlene Werte: Phasenstrom Sicherung
<= 1 A T2A 2 A T4A 3 A T6A 4 A T8A 5 A T10A
>= 6 A T12A
• Für den Stützkondensator C1 gilt als Richtwert: 1000 μF pro 1 Ampere Phasenstrom
• Für die Gleichspannungsversorgung ist eine geschirmte Leitung zu verwenden.
phytron
23 MA 2109-A015 D
5 Technische Daten
5.1 Mechanische Daten
Bauform Steckkarte im Format 96 x 146 mm
in den Phoenix-Adapter SKBI 64/F-48 (Art.Nr. 2264093) einsteckbar
Frontplatte 3 HE / 5 TE
Gewicht mit Frontplatte ca. 450 g
Montage Einbau in 19"/3 HE Rack Alle Anschlüsse sind je nach Variante auf einen 32-poligen Stecker (Bauform D) oder 48-poligen Stecker (Bauform F) gemäß DIN 41612 herausgeführt.
Abb. 10: Abmessungen
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 24
5.2 Elektrische Daten
Versorgungsspannung Ungeregelte, gesiebte Gleichspannung von 24 bis 70 VDC Nennspannung 70 VDC
Der Versorgungstransformator muss zwischen Netz- und Sekundärseite doppelt oder verstärkt isoliert sein.
Schrittmotor 2-Phasen-Schrittmotoren in 4-, 6- oder 8-Leiter-Ausführung
Wicklungswiderstand zwischen 0.1 und 10 Ohm
Wicklungsinduktivität einer Motorphase 0.5 bis 10 mH
Schrittauflösung
Kodierschalter-Modus
Die Einstellung der Schrittauflösung erfolgt per Kodierschalter:
1/1, 1/2, 1/2.5, 1/4, 1/5, 1/8, 1/10, 1/20 eines Vollschritts.
ServiceBus-Modus Die Schrittauflösung ist programmierbar: 1/1, 1/2, 1/2.5, 1/4, 1/5, 1/8, 1/10, 1/16, 1/20, 1/32, 1/64, 1/128, 1/256, 1/512 eines Vollschritts.
Phasenströme
Kodierschalter-Modus
Der Laufstrom wird mit dem Kodierschalter eingestellt.
Der Stoppstrom beträgt 50% vom Laufstrom.
Mit dem DIP-Schalter ‚Range‘ (Fein und Grob) kann der Laufstrom zwischen 2 Bereichen umgeschalten werden.
DIP-Schalterstellung
ON = Fein OFF = Grob
ohne Boost: mit Boost:
0,1 bis 0,8 Aeff 0,15 bis 1,1 Aeff
0,2 bis 1,5 APeak
0,7 bis 5,0 Aeff 0,9 bis 6,5 Aeff 1,3 bis 9 APeak
ServiceBus-Modus Laufstrom ist programmierbar von 0 bis 6,5 Aeff in 0.1 A Schritten.
phytron
25 MA 2109-A015 D
Eingänge Die Logik der Eingänge kann über den DIP-Schalter (auf der Platine) oder über den ServiceBus definiert werden.
Takt Maximale Taktfrequenz: 750 kHz Impulsbreite > 1 µs, um Taktsicherheit zu gewährleisten.
Drehrichtung Die Drehrichtung des Motors wird bei Aktivierung des Eingangs umgekehrt.
Boost Im Kodierschalter-Modus: Der Laufstrom wird bei Aktivierung des Eingangs um 30% angehoben.
Im ServiceBus-Modus wird der programmierte Wert übernommen.
Entregen Bei Aktivierung des Eingangs werden beide Motorphasen abgeschaltet.
Reset Die Endstufe wird in einen definierten Anfangszustand gesetzt. Bei jedem Reset wird ein Ausgangssignal Grundstellung generiert.
Schrittauflösung Ist dieser Eingang aktiviert und die Schrittauflösung per Kodierschalter eingestellt, wird die Schrittauflösung um eine Stufe niedriger eingestellt.
Beispiele für einen 200-schrittigen Motor:
Einstellung per Kodier-schalter
VS HS 1/2.5 1/4 1/5 1/8 1/10 1/20
Schritt- zahlen 200 400 500 800 1000 1600 2000 4000
Eingang nicht aktiv oder un-beschaltet
VS HS 1/2.5 1/4 1/5 1/8 1/10 1/20
Eingang aktiv
VS VS HS 1/2.5 1/4 1/5 1/8 1/10
Der Eingang darf während des Betriebs nicht umge-schaltet werden!
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 26
Ausgänge Optoentkoppelt, Typ Open-Collector
Imax = 20 mA, Umax = 45 V, UCE sat bei 20 mA < 0.6 V
Grundstellung Nulldurchgang des integrierten Ringzählers wird angezeigt; aktiv LOW
Vollschritt
Halbschritt
1/2,5 Schritt
1/4 Schritt
1/5 Schritt
1/10 Schritt
1/20 Schritt
Grundstellungssignal nach jedem 4. Takt
Grundstellungssignal nach jedem 8. Takt
Grundstellungssignal nach jedem 10. Takt
Grundstellungssignal nach jedem 16. Takt
Grundstellungssignal nach jedem 20. Takt
Grundstellungssignal nach jedem 40. Takt
Grundstellungssignal nach jedem 80. Takt
Fehler Versorgungsspannung < 22 VDC
Übertemperatur (T > 90 °C):
Bei Überschreiten der zulässigen Kühlkörpertemperatur wird die Endstufe deaktiviert. Die Leuchtdiode schaltet auf Rot.
Überstrom, Kurzschluss > 30 A kurzzeitig
Die Endstufe wird bei einem Fehler deaktiviert.
ServiceBus-Stecker 6-pol. Stecker, Typ Tyco Electronics 2-1761605-1/609-0607
Steckverbinder 32-pol. VG-Steckerleiste nach DIN 41612, Bauform D
48-pol. VG-Steckerleiste nach DIN 41612, Bauform F
Flashspeicher 10 000 Schreibzyklen bei normalen Betriebsbedingungen
phytron
27 MA 2109-A015 D
6 Installation
6.1 Mechanische Installation
GEFAHR
Elektrischer Schlag durch Fremdkörper oder Beschädigung!
Leitfähige Fremdkörper im Produkt oder starke Beschädigung können Spannungsverschleppung hervorrufen.
Verwenden Sie keine beschädigten Produkte.
WARNUNG Verbrennungen und Beschädigung von Anlageteilen durch heiße Oberflächen!
Der Kühlkörper am Produkt kann sich je nach Betrieb auf mehr als 105 °C erhitzen.
Verhindern Sie die Berührung des heißen Kühlkörpers.
Belüftung
Beachten Sie bei Einbau der Endstufe in ein 19“-Rack folgende Hinweise:
• Ausreichende Kühlung des Gerätes durch Betrieb mit Lüfter. Wärmestau vermeiden.
• Das Gerät darf nicht in der Nähe von Wärmequellen und nicht auf brennbaren Materialien montiert werden.
• Der erwärmte Luftstrom anderer Geräte und Komponenten darf die Gerätekühlluft nicht zusätzlich erwärmen.
• Bei Betrieb oberhalb der thermischen Grenzen schaltet der Antrieb wegen Übertemperatur ab.
Schaltschrank:
Der Schaltschrank muss so dimensioniert sein, dass alle Geräte und Komponenten darin fest montiert und EMV-gerecht verdrahtet werden können.
Die Schaltschrankbelüftung muss die Betriebswärme aller im Schaltschrank montierten Geräte und Komponenten abführen können.
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 28
6.2 Elektrische Installation
i Die Endstufe ZMX+ ist für den Betrieb in einem 19“-Rack ausgelegt!
Fehlfunktion! Die Anschlussleitungen zur Gegensteckerleiste müssen mit jeweils allen angegebenen Pins verbunden werden. Beispiel: + UB wird mit den Pins 8a, 8c, 10a und 10c (Bauform D) oder Pins 8z, 8d, 10z und 10d (Bauform F) verbunden.
6.2.1 Motoranschluss
Im folgenden Kapitel wird der Anschluss eines zwei-Phasen-Schrittmotors in 4-, 6-, oder 8-Leiter-Ausführung beschrieben.
Mit Schrittmotor-Endstufen vom Typ ZMX+ können Schrittmotoren mit 0.1 bis 9 APeak Phasenstrom angesteuert werden.
Der Wicklungswiderstand des Schrittmotors sollte weniger als 10 Ohm betragen.
Die Wicklungsinduktivität einer Motorphase sollte nicht kleiner als 0.5 mH sein.
Für Schrittmotoren in 8-Leiter-Ausführung gibt es zwei Anschlussarten: mit parallel-geschalteten Wicklungen (1) oder mit seriell verdrahteten Wicklungen (2).
Bei 6-Leiter-Schrittmotoren wird Anschlussart (3) mit seriell verdrahteten Wicklungen empfohlen.
Ist Anschlussart (3) wegen der Bauart des Motors nicht möglich, kann der Motor auch mit zwei Wicklungen entsprechend Anschlussart (5) betrieben werden.
Zerstörung der Endstufe! 5-Leiter-Schrittmotoren dürfen nicht mit ZMX+-Endstufen angesteuert werden.
phytron
29 MA 2109-A015 D
Motorzeitkonstante τ:
Für die elektrische Motorzeitkonstante τ gilt: RL= τ
Bei einer Parallelschaltung ist die Gesamtinduktivität Lges gleich der Wicklungsinduktivität, da es sich hier um verkettete Induktivitäten handelt. Für die serielle Schaltung gilt Lges= 4 x L.
Somit ergibt sich die gleiche Motorzeitkonstante τ für die serielle als auch parallele Schaltung:
Beschaltung seriell parallel Widerstand Rges 2 x R
2R
Induktivität Lges 4 x L L Motorzeitkonstante τ
RL x 2
R x 2L x 4
seriell ==τ
R
L x 2R/2L= parallel =τ
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 30
6.2.2 Anschlussarten
Abb. 11: Anschlussarten für 4-,6- und 8-Leiter Schrittmotoren
phytron
31 MA 2109-A015 D
6.3 Stecker
6.3.1 ServiceBus-Stecker
Die Endstufe ZMX+ wird am 6pol. Stecker ServiceBus im ServiceBus-Modus mit dem entsprechenden Kabel verbunden.
RS 485-Bus
Abb. 12: ServiceBus-Stecker , Typ Tyco Electronics 2-1761605-1/609-0607
6.3.2 VG-Steckerleisten
Abb. 13: 32-polige VG-Steckerleiste, Bauform D gemäß DIN 41612
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 32
Abb. 14: 48-polige VG-Steckerleiste, Bauform F gemäß DIN 41612
Unterscheidung der GND-Pin-Belegung:
ZMX+-Variante 32-polige VG-Steckerleiste
48-polige VG-Steckerleiste
Galvanische Trennung
Pin 30a,30c,32a: 0 V Pin 32c: GND_Opto
Pin 30d,30z, 32z: 0 V Pin 32d: GND_Opto
ohne galvanische Trennung
Pin 30a,30c,32a,32c: 0 V
Pin 30d,30z, 32d,32z: 0 V
phytron
33 MA 2109-A015 D
7 Inbetriebnahme
7.1 LED-Anzeigen
Die Leuchtdiode zeigt den Status der Endstufe durch Farbwechsel und Blinken an:
im Kodierschalter Modus im ServiceBus-Modus
LED leuchtet dauerhaft blinkt
Ready
Die Endstufe ist betriebsbereit.
Busy
Es werden Taktsignale von der Steuerung empfangen.
Fault Eine der Überwachungsschaltungen hat angesprochen:
Überstrom: > 30 A
Unterspannung: < 22 V
Übertemperatur: > 90 °C
Reset/ Disabled
Eingang Reset ist aktiv. Eingang Entregen ist aktiv.
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 34
7.2 Kodierschalter
Die Kodierschalter an der Frontseite dienen zum Einstellen
• von Laufstrom IRun,
• der Schrittauflösung und Motordrehrichtung Step und
• zur Adressierung der Endstufe Address.
Abb. 15: 16stufiger Kodierschalter: Einstellung 0...F
7.3 DIP-Schalter
Mit den DIP-Schaltern an der Frontseite werden der Strombereich und der ServiceBus gewählt.
Abb. 16: DIP-Schalter an der Frontseite
Mit den DIP-Schaltern auf der Platine werden Eingangslogik, Overdrive und Ausgang Error definiert.
Abb. 17: DIP-Schalter auf der Platine
phytron
35 MA 2109-A015 D
7.4 Einstellen der DIP-Schalter
Der DIP-Schalter an der Frontseite Range dient zum Umschalten des Strombereichs, mit SB active wird der ServiceBus-Modus aktiviert.
Funktion Position OFF Position ON
1 Strombereichswahl [Aeff]
Grob: 0,7 bis 5,0
Fein: 0,1 bis 0,8
2 ServiceBus aus ein
Fehlfunktion der Endstufe! Der ServiceBus-Modus wird ausschließlich durch Einstellen des DIP-Schalters SB active auf ‚ON‘ aktiviert.
Mit den DIP-Schaltern auf der Platine können folgende Funktionen eingestellt werden:
Funktion Position OFF Position ON
1 Eingangslogik positiv negativ
2 Overdrive deaktiviert aktiviert
3 Ausgang Error Öffner Schließer
4 n.c. – –
Die Funktion Overdrive wird in Kap. 11.3 beschrieben.
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 36
7.5 Kodierschalter-Modus
Der Laufstrom wird per Kodierschalter IRun, die Schrittauflösung und Motordrehrichtung per Kodierschalter Step eingestellt.
Zur feineren Einstellung des Laufstroms kann zwischen 2 Bereichen (Grob oder Fein) umgeschalten werden. Mit Boost erhöht sich der Laufstrom um 30 %.
Kodierschalter
Schalter-stellung
Laufstrom [Aeff] IRun
Schrittauflösung/ Motordrehrichtung Step
Schalterstellung
ZMX+-Variante
ohne galvanische Trennung
mit galvanischer Trennung Fein Grob
0 0.12 0.7 Vollschritt + – 1 0.17 1.0 Halbschritt + – 2 0.21 1.3 1/2,5 + – 3 0.26 1.6 1/4 + – 4 0.31 1.8 1/5 + – 5 0.36 2.1 1/8 + – 6 0.40 2.4 1/10 + – 7 0.45 2.7 1/20 + – 8 0.50 3.0 Vollschritt – + 9 0.55 3.3 Halbschritt – + A 0.60 3.6 1/2,5 – + B 0.64 3.9 1/4 – + C 0.69 4.1 1/5 – + D 0.74 4.4 1/8 – + E 0.79 4.7 1/10 – + F 0.83 5.0 1/20 – +
Einstellung ab Lieferung
Wichtig: Die Stromwerte dieser Tabelle wurden mit dem phytron Schrittmotor ZSH 87.2/200.8.4 verifiziert. Bei anderen Motoren kann es zu Abweichungen kommen.
phytron
37 MA 2109-A015 D
7.6 ServiceBus-Modus
Die Betriebsparameter können auch durch die serielle RS 485 Busverbindung (ServiceBus) in der ZMX+ eingestellt werden. Bei Betrieb mehrerer ZMX+ (max. 16) muss die Verbindung gemäß RS 485 (4-Draht-Betrieb) erfolgen.
Um den ServiceBus zu aktivieren, muss der DIP-Schalter ServiceBus active auf ON gestellt sein.
Die Adressierung der Endstufe im ServiceBus erfolgt mit dem Kodierschalter Address.
Wichtig: Jede Adresse nur einmal verwenden (0...F).
Der Befehlssatz und weitere Informationen zum ServiceBus sind im ServiceBus Manual nachzulesen.
Die Verbindung der ZMX+-Endstufen gemäß RS 485 (4-Draht-Betrieb):
Abb. 18: Anschluss PC -> ZMX+ via USB/RS 485-Konverter
Abb. 19: Anschluss PC -> ZMX+ mit RS 422/RS 485-Schnittstelle
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 38
7.7 Testen der Anlage
Mit den nachfolgend beschriebenen Testschritten wird die ZMX+ auf richtige Installation und verdeckte Transportschäden überprüft:
1. Die ZMX+ ist gemäß Schutzmaßnahmen in Kap. 3 anzuschließen. 2. Am DIP-Schalter Range ist der gewünschte Strombereich - Fein oder Grob - zu
wählen. 3. Die DIP-Schalter (seitlich) sind standardmäßig wie folgt eingestellt:
4. Für die Einstellung der Kodierschalter steht die Tabelle in Kap. 7.5 zur Verfügung:
• Kodierschalter IRun : Einstellen des gewünschten Laufstroms • Kodierschalter STEP: Wählen der Schritteinstellung und Motordrehrichtung
5. Motor, Versorgungsspannung und Signalleitungen werden über die VG-Steckerleiste durch die Gegensteckerplatine oder im 19“-Rack angeschlossen.
6. Schließen Sie die Eingangssignale an den Eingang Takt. 7. Schalten Sie die Versorgungsspannung der ZMX+ ein.
Sobald die ZMX+ mit Spannung versorgt wird, und kein Fehler vorliegt, leuchtet die LED grün.
8. Signale testen: Überprüfen Sie, ob der Motor Haltemoment hat, indem Sie versuchen, die Motorwelle von Hand zu drehen. Ein aktiver Motor kann entweder gar nicht oder nur schwer gedreht werden.
9. Geben Sie Taktimpulse vor und überprüfen Sie, ob der Motor dreht. 10. Kehren Sie die Polarität des Drehrichtungssignals um und geben Sie Schritte für den
Motor vor (Kodierschalter STEP). Die Drehrichtung muss wechseln. 11. Zeigt die Endstufe keine Reaktion, muss eventuell die Eingangslogik über den
DIP-Schalter (seitlich) invertiert werden.
phytron
39 MA 2109-A015 D
8 Funktionen
8.1 Eingänge
Die Logik der Eingänge Takt, Drehrichtung, Boost, Entregen und Reset kann durch den DIP-Schalter auf der Platine oder im ServiceBus definiert werden.
Zulässiger Eingangsspannungsbereich: 0 bis 30 VDC
Fallbeispiele Eingangslogik durch Beschalten des Eingangs:
1. Schalten nach + und Masse
2. Schalten nach Masse und hochohmig
3. Schalten nach + und hochohmig
DIP-Schalter ‚Eingangslogik‘: Schalten der Logik funktioniert:
positiv und negativ nur negativ (Position ON) nur positiv (Position OFF)
Funktion der Eingänge!
Die Invertierung der Eingangslogik wird nur im Fall 1 gewährleistet.
Schaltgrenze für die Eingänge Takt, Drehrichtung, Schrittauflösung, Boost, Entregen und Reset:
Eingangslogik Schaltgrenze
positiv > 4 V
negativ < 2.5 V
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 40
ZMX+-Variante mit ‚Galvanische Trennung‘:
Die Steuereingänge Takt, Boost, Drehrichtung, Entregen, Schrittauflösung und Reset sind durch Optokoppler galvanisch von der Versorgungsspannung (+UB) der ZMX+ getrennt. So wird eine optimale Störunterdrückung zwischen Steuer- und Leistungskreis erreicht.
Abb. 20: Eingangsbeschaltung ‚Galvanische Trennung‘
ZMX+-Variante ohne ‚Galvanische Trennung‘:
Hier sind die Eingänge ohne Optokoppler verdrahtet und GND wird mit GND_Opto hardwareseitig verbunden.
Abb. 21: Eingangsbeschaltung ‚ohne Galvanische Trennung‘
phytron
41 MA 2109-A015 D
8.1.1 Takt
Maximale Taktfrequenz: 750 kHz
Impulsbreite >1 µs, um Taktsicherheit zu gewährleisen
Ein Taktimpuls von mind. 1 µs bewirkt einen Motorschritt. Mit dem ersten Taktimpuls wird auf Laufstrom geschaltet und der Schritt ausgeführt.
ZMX+-Variante
DIP-Schalter 1 Eingangslogik
High Low
ohne galvanische Trennung
ON _
Mit der fallenden Flanke wird auf Laufstrom geschaltet und der Schritt ausgeführt.
OFF
Mit der steigenden Flanke wird auf Laufstrom geschaltet und der Schritt ausgeführt.
_
mit galvanischer Trennung
ON
Mit der steigenden Flanke wird auf Laufstrom geschaltet und der Schritt ausgeführt.
_
OFF _
Mit der fallenden Flanke wird auf Laufstrom geschaltet und der Schritt ausgeführt.
Wenn die Taktimpulsfolge bei Frequenzen, die höher als die Start-/Stopp-Frequenz des Motors sind, plötzlich begonnen oder unterbrochen wird, kann es zu Fehlpositionierungen kommen.
Die Start-/Stopp-Frequenz ist diejenige Frequenz, mit der ein Schrittmotor gerade noch aus dem Stillstand ohne Fehlpositionierung gestartet werden kann. Die Start-/Stopp-Frequenz liegt normalerweise im Bereich zwischen etwa 200 und 2000 Hz. Der exakte Wert hängt vom Belastungsmoment sowie auch von der auf die Motorwelle wirkende Lastträgheit ab.
Soll der Schrittmotor mit einer Schrittfrequenz, die über der Start-/Stopp-Frequenz liegt, gefahren werden, muss mit einer Frequenzrampe auf die Endfrequenz beschleunigt und wieder abgebremst werden.
i
Sinkt die Takt-Eingangsspannung unter 5 V, kann es zur Verringerung der max. Taktfrequenz (750 kHz) kommen. Je höher diese Spannung umso größer die mögliche Taktfrequenz.
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 42
Laufstromüberhöhungszeit:
Nach dem letzten Taktimpuls wird nach einer Wartezeit automatisch auf Stoppstrom geschaltet. Die Wartezeit nach dem letzten eintreffenden Taktimpuls bis zur Umschaltung auf Stoppstrom wird Laufstromüberhöhungszeit genannt. Im Kodierschalter-Modus ist der Wert für die Laufstromüberhöhungszeit auf 40 ms Default eingestellt. Im ServiceBus-Modus wird die Laufstromüberhöhungszeit als Parameter übergeben und in der ZMX+ gespeichert (Siehe Kap. Technik Lexikon)
8.1.2 Boost
Ist der Eingang aktiviert, schaltet die Endstufe auf Booststrom. Im Kodierschalter-Modus erhöht die ZMX+ den Laufstrom um 30%. Solange der Eingang Boost aktiviert ist, fließt immer der um 30% höhere Strom.
Dies gilt auch dann, wenn die Endstufe auf Stoppstrom geschaltet hat.
Im ServiceBus-Modus hat der Booststrom den vom Anwender programmierten Wert (von 0 bis 6.3 Aeff).
So kann in der Beschleunigungs- bzw. Abbremsphase des Motors auf Booststrom umgeschaltet und damit ein höheres Moment erreicht werden.
Siehe auch Kapitel Technik Lexikon.
phytron
43 MA 2109-A015 D
8.1.3 Entregen
Bei beschaltetem Eingang wird der Motorstrom abgeschaltet.
Über diesen Eingang kann z.B. für Servicezwecke die Endstufe stromlos geschaltet werden, ohne die Baugruppe vom Netz zu trennen. Der Motor kann jetzt langsam von Hand bewegt werden.
Funktion des Eingang Entregen!
Der Eingang Entregen ist kein Not-Aus-Schaltkreis gemäß den Anforderungen der Berufsgenossenschaften!
Der Eingang Entregen darf nur bei Stillstand der Motorachse aktiviert werden.
Die Funktion Entregen ist auch hilfreich, wenn in der Umgebung der ZMX+ empfindliche Mess-Systeme angeordnet sind. Die unvermeidbaren Störfelder, die von einer geschalte-ten Leistungsendstufe ausgehen, können so für den Zeitraum z.B. einer Messung ausgeschaltet werden.
DIP-Schalter 1 Eingangslogik
High Low
ON Endstufe entregt kein Entregen
OFF kein Entregen Endstufe entregt
8.1.4 Reset
Wird der Eingang aktiviert, werden alle Fehlermeldungen und der Phasen-Ringzähler zurückgesetzt. Der Ringzähler wird dabei in Grundstellung gebracht. In Grundstellung werden beide Motorphasen mit dem gleichen Strombetrag unabhängig von der gewählten Schrittauflösung bestromt.
Abb. 22: Die Motorphasen in Grundstellung im Halbschritt
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 44
Nach Wegnahme des Reset-Signals vergehen ca. 500 ms, bis die Endstufe das Bereit-schaftssignal freigibt.
DIP-Schalter 1 Eingangslogik
High Low
ON Reset aktiviert kein Reset
OFF kein Reset Reset aktiviert
8.1.5 Drehrichtung
Mit diesem Signal wird die Drehrichtung des Motors, die durch die Verdrahtung des Motors und den Herstellervorgaben definiert ist, umgekehrt.
WARNUNG
Änderung des Eingangsignals!
Eine Signaländerung darf nur dann erfolgen, wenn der Schrittmotor steht oder mit einer Geschwindigkeit innerhalb des Start-/Stopp-Bereiches gefahren wird.
Das Signal darf sich 1 μs vor dem Taktsignal bis 4 μs danach nicht ändern. Ein Umschalten der Drehrichtung bei höheren Geschwindigkeiten führt zu Schritt-verlust oder zum Stillstand des Motors.
Im Kodierschalter-Modus kann die Motordrehrichtung des Schrittmotors per Kodierschalter Step geändert werden (siehe Tabelle in Kap. 7.5).
Im ServiceBus-Modus kann die Motordrehrichtung programmiert werden (siehe ServiceBus Manual).
phytron
45 MA 2109-A015 D
8.1.6 Schrittauflösung
Durch Aktivieren oder Deaktivieren dieses Eingangs kann zwischen zwei Schrittauflösungen umgeschaltet werden.
Ist die Schrittauflösung per Kodierschalter festgelegt, wird durch Aktivieren des Eingangs SCHRITTAUFLÖSUNG die Schrittauflösung um eine Stufe niedriger eingestellt.
Beispiel für einen 200schrittigen Motor:
Einstellung per Kodierschalter VS HS 1/2.5 1/4 1/5 1/8 1/10 1/20
Schrittzahlen 200 400 500 800 1000 1600 2000 4000
Eingang SCHRITTAUFLÖSUNG positiv oder unbeschaltet
VS HS 1/2.5 1/4 1/5 1/8 1/10 1/20
Eingang SCHRITTAUFLÖSUNG negativ
VS VS HS 1/2.5 1/4 1/5 1/8 1/10
WARNUNG
Zerstörung der Endstufe bei Umschalten während des Betriebs!
Der Eingang darf nur umgeschaltet werden, bevor der erste Taktimpuls nach dem Einschalten oder Reset eingetroffen ist.
Eingangs-Schaltgrenze beachten! Siehe Kap. 8.1 !
Im ServiceBus-Modus kann die Schrittauflösung programmiert werden (siehe ServiceBus Manual).
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 46
8.2 Ausgänge
Die beiden Ausgänge der ZMX+, Grundstellung und Fehler, sind Open-Collector-Ausgänge.
ZMX+-Variante ‚Galvanische Trennung‘:
Die Ausgänge sind durch Optokoppler galvanisch von der Versorgungsspannung der ZMX getrennt.
Hinweis: Pin 32d bzw. Pin 32c fungieren als GND-Opto.
ZMX+-Variante ohne ‚Galvanischer Trennung‘
Die beiden Ausgänge der ZMX+ sind optoentkoppelte Open-Collector-Ausgänge.
Hinweis: Bei Anschluss von Induktivitäten (z.B. Relais, Motorbremse) als Verbraucher muss der Ausgang mit einer Freilaufdiode beschaltet werden.
8.2.1 Ausgang Grundstellung
Variante ‚Galvanische Trennung‘: Variante ‚Ohne galvanische Trennung‘:
Abb. 23: Ausgangsschaltung ‚Grundstellung‘ ohne galvanische Trennung
Das Signal wird beim Nulldurchgang des internen Ringzählers, beim Einschalten und nach einem Reset generiert.
phytron
47 MA 2109-A015 D
Angezeigt wird jeder bei Schrittauflösung
4. Takt Vollschritt
8. Takt Halbschritt
10. Takt 1/2.5-Schritt
16. Takt 1/4-Schritt
20. Takt 1/5-Schritt
32. Takt 1/8-Schritt
40. Takt 1/10-Schritt
80. Takt 1/20-Schritt
Das Signal kann im Zusammenhang mit einem Endschalter zum Festlegen eines Maschinen bezogenen Nullpunkts verwendet werden.
8.2.2 Fehlerausgang
Variante ‚Galvanische Trennung‘ Variante ‚ohne galvanische Trennung‘
Abb. 24: Ausgangsschaltung Error
Der Ausgang öffnet bei einer Fehlermeldung: Unterspannung, Überstrom/Kurzschluss, Übertemperatur. Gleichzeitig wird der Antrieb deaktiviert, um Schäden zu vermeiden.
Eine Fehlermeldung kann nach Beseitigung der Fehlerbedingung bzw. Abkühlung rückgesetzt werden. Mit dem Eingang Reset oder im ServiceBus-Modus kann die Endstufe rückgesetzt werden.
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 48
9 ESD-Schutzmaßnahmen
Jedes Produkt, das zum Versand kommt, ist im Werk geprüft und einem Dauertest unter-zogen worden. Um Ausfälle durch ESD (Zerstörung durch elektrostatische Entladung) zu verhindern, werden während der Fertigung – vom Wareneingang bis zum Versand – umfangreiche ESD-Schutzmaßnahmen getroffen.
Bei der Handhabung der Komponenten sind ESD-Schutzmaßnahmen (EN 61340-5) zu beachten! Rücksendungen dürfen nur in ESD-gerechter Verpackung erfolgen.
Für Ausfälle, die auf unsachgemäße Handhabung oder nicht ESD-gerechte Verpackung beim Versand zurück zu führen sind, kann keine Gewährleistung übernommen werden.
phytron
49 MA 2109-A015 D
10 Garantie und Geschützte Warenzeichen
10.1 Garantie
Auf die ZMX+ Endstufen von phytron wird die gesetzliche vorgeschriebene Garantie auf Material- und Produktionsfehler gewährt. Diese Garantie erstreckt sich jedoch nicht auf Geräte, die durch den Kunden modifiziert, mit Gewalt behandelt oder auf andere Art und Weise nicht ordnungsgemäß eingesetzt worden sind (z.B. falscher Anschluss).
10.2 Geschützte Warenzeichen
Wir nehmen in diesem Handbuch auf geschützte Warenzeichen Bezug, die innerhalb des laufenden Textes nicht mehr explizit als solche gekennzeichnet sind. Aus dem Fehlen einer Kennzeichnung kann nicht geschlossen werden, dass der entsprechende Produktname frei von Rechten Dritter ist.
• ServiceBus-Comm ist ein eingetragenes Warenzeichen der Phytron GmbH.
• Microsoft ist ein eingetragenes Warenzeichen, und Windows ist eine Kennzeichnung der Microsoft Corporation in den Vereinigten Staaten und anderen Ländern.
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 50
11 Technik Lexikon
11.1 Boost
Zum Beschleunigen und Bremsen eines Schrittmotors ist ein höheres Motormoment erforderlich als beim Dauerbetrieb (fmax). Wird der Phasenstrom so eingestellt, dass schnell beschleunigt und abgebremst wird (steile Rampe), so ist im Dauerbetrieb der Strom zu hoch und der Motor erwärmt sich stärker als notwendig. Wird aber der Phasen-strom niedriger eingestellt, kann nur mit relativ flacher Rampe beschleunigt und gebremst werden.
Deshalb sollte man unterschiedliche Phasenströme verwenden:
• Dauerbetrieb: Laufstrom
• Beschleunigungs- und Abbremsphase: Booststrom
Das Boostsignal wird von der übergeordneten Steuerung bereitgestellt. Im Kodierschalter-Modus gilt: Solange der Eingang Boost aktiviert ist, fließt ein um 30% höherer Strom.
Im ServiceBus-Modus ist der Boostwert von 0 bis 6.3 Aeff programmierbar.
Abb. 25: Boost
phytron
51 MA 2109-A015 D
11.2 Laufstromüberhöhungszeit
Nach dem letzten Taktimpuls wird nach einer Wartezeit automatisch auf Stoppstrom geschaltet. Die Wartezeit nach dem letzten eintreffenden Taktimpuls bis zur Umschaltung auf Stoppstrom wird Laufstromüberhöhungszeit tDelay genannt.
Wir empfehlen, die Laufstromüberhöhungszeit so zu wählen, dass der Schrittmotor nach Ausführen eines Schrittes in seiner neuen Position mechanisch ausschwingen kann. Somit wird Fehlpositionierung vermieden.
Im Kodierschalter-Modus ist der Wert für die Laufstromüberhöhungszeit auf 40 ms einge-stellt. Im ServiceBus-Modus kann der Wert von 1 bis 1000 ms in 15 Stufen definiert werden.
Selbständiges Umschalten auf Stoppstrom:
Nach Umschalten auf Stoppstrom bleibt das Verhältnis der beiden Phasenströme im jeweiligen Bestromungsmuster zueinander gleich. Die Umschaltung von Lauf- auf Stoppstrom erfolgt in beiden Phasen synchron. In der folgenden Abbildung wird nach jeder steigenden Taktflanke der nächste Motorschritt ausgeführt:
Abb. 26: Umschalten auf Stoppstrom nach dem letzten Taktimpuls (Vollschritt)
Das Umschalten auf Stoppstrom bringt folgende Vorteile:
• Erwärmung des Motors und der Endstufe wird reduziert
• Das EMV-Verhalten wird aufgrund kleinerer Stromwerte verbessert
Manual ZMX+
MA 2109-A015 D 52
11.3 Overdrive
Mit der Overdrive Funktion bieten Endstufen eine vom Motor unabhängige Kompensation der Phasenstromabnahme im oberen Drehzahlbereich.
Es ist eine dynamische Boostfunktion, die automatisch zugeschaltet wird.
Mit zunehmender Schrittfrequenz sinkt der Phasenstrom aufgrund der gegenmotorischen Kraft des Motors ab. Die Amplitude der Stromkurve wird geringer und der Motor verliert an Drehmoment. Die Overdrive Funktion wirkt diesem entgegen, indem der effektive Phasenstrom automatisch um den Faktor 2 erhöht wird (Generierung einer Rechteckfunktion). Ein Absinken des Drehmoments wird somit verhindert. Sinkt die Drehzahl wieder, schaltet sich der Overdrive automatisch aus. Die Eingangstaktfrequenz, bei der die Overdrive Funktion ein- bzw. ausgeschaltet wird, ist von der Schrittauflösung abhängig:
Schrittauflösung Eingangstaktfrequenz
Overdrive ein bei > [kHz]
Overdrive aus bei < [kHz]
1/1 1.8 1.6
1/2 3.6 3.2
1/4 7.2 6.5
1/5 9 8.1
1/10 18 16.2
1/20 36 32.4
Je nach Endstufe wird die Overdrive Funktion über Jumper, Schalter oder ServiceBus aktiviert.
phytron
53 MA 2109-A015 D
12 Stichwortverzeichnis
A
Aktivieren 43 Aktivierung 25, 43 Anschlussarten 28 Ausgänge 26, 46
B
Bauform 6, 23, 31, 32 Berührungsspannung 14 Betriebsarten 7 Boost 25, 42, 50
D
Dimensionierung 21 Drehrichtung 25, 44 Drehschalter 24
E
Eingänge 25 Eingangslogik 39
G
Gewicht 23 Grundstellung 26, 43, 46
H
Handling 11
I Impulsbreite 41 Inbetriebnahme 10, 38 Induktivität 28
K
Kodierschalter 34, 36
L
Ladekondensator 21 Laufstromüberhöhungszeit 42, 51 Lieferumfang 6
M
Motoranschluss 28 Motordrehrichtung 34, 36, 44, 45
Motorzeitkonstante 29
N
Netzgleichrichter 21
O
Overdrive 52
P
PELV 13 Phasenströme 24 Programmierung 5
R
Reset 25, 44 Ringzähler 43
S
Schrittauflösung 24, 34, 36 Schrittmotor 24, 28 Schutzmaßnahme 13 ServiceBus 5, 7 ServiceBus-Stecker 26, 31 Sicherheitshinweise 11, 15, 28, 35 Spannungsversorgung 22 Start-/Stopp-Frequenz 41
T
Takteingang 25 Taktfrequenz 41 Transformator 21
U
Umgebungstemperatur 12 Unterspannung 26
V
Versorgungsspannung 24
W
Warenzeichen 49 Wicklungsinduktivität 28 Wicklungswiderstand 28 Widerstand 28
Phytron GmbHIndustriestraße 12 – 82194 Gröbenzell
T+49-8142-503-0 F +49-8142-503-190 www.phytron.de
