İLETİŞİM
adım step motor sürücü devreleri, step motorların sürücü devreleri, step motorun sürücü devrelerinin yapısı, plc ile step motorun sürülmesi için gerekli kart yapımı

Adım step motor sürücü devreleri

2.1. Adım (Step) Motor Sürücü Devreleri ve Yapıları

Adım (Step) motor sürücü devreleri genel olarak 3 temel ilke üzerine yapılır. Bu temel sürücü mantıkları Adım (Step) motorları istenilen hız ve torkda çalışmasını sağlar. Bu sürücü mantıklarını kısaca şöyle ifade edebiliriz.

L/R Sürücüsü: Motor öngörülen voltaj ve akım değerlerinde çalıştırılır. Bu durumda motor bobinlerindeki indüktif etkiden dolayı ufak bir hız artışında motor öngörülen akıma ulaşamayacağı için düşük hızlar dışında motor verimli bir şekilde sürülemeyecektir.

L/nR Sürücüsü: Akım artışında geçerli olan zaman sabitini (t=L/R) düşürmek için motor bobinlerine seri direnç bağlanarak yapılır. Bu durumda motor öngörülen voltajın n katı değerde çalıştırılır. Bu sayede motorda belirgin bir hız artışı yaşanır. Ancak bağlanan seri direnç üstünden yüksek akım geçeceği için bu devrelerde gereksiz güç tüketimi yaşanır.

Chopper Sürücüsü: Motor öngörülen voltaj değerinden 5-20 kat fazla bir voltajla beslenir. Akımın yükselme hızı diğer sürücülere göre oldukça çabuktur. Ancak yükselen akım belirli bir değerde sınırlanmazsa motor gereğinden fazla akım çekeceği için yanacaktır. Akım sınırlama mekanizması chopper sürücüsünün temelini oluşturur. Motor bobinine seri bağlı küçük bir sense direnci üzerindeki voltaj bir komparatör ile karşılaştırılarak, bobine giden akım ayarlanır. Sürücü PWM (Pulse Width Modulation) mantığında çalışır. Kaynak zaman içinde açılıp kapandığı için güç tüketimi minumum düzeydedir. Yüksek voltajla beslemeden dolayı yüksek hızlarda tam tork ile çalışılabilir.

Bir Adım (Step) motor için basit türden bir sürücü devresi, dış resistans olmaksızın ve bir tek güç kaynağı ile gerçekleştirilebilir. Şekil 2.1’de Adım (Step) motoru sürmek için kullanılabilecek bir prensip devre gösterilmiştir. Devre darbe şeklindeki bir işaretlerle sürülmektedir. Devrede; lojik kapılar, flip-floplar ve anahtarlama amaçlı transistörler kullanılmıştır. Stator sargılarının indüktans ve rezistans içermesinden dolayı Is akımı, sargının L/R zaman sabitiyle ekpotansiyel olarak yükselir.

step motorların sürücü devreleri yapıları ve çeşitleri

Şekil 2.2.a’da görülen motorun full-Adım (Step) modu esnasında çift uçlu güç kaynağı ile sürülebilir. Bunu sağlamak içinde sw1 ve sw2 gibi iki tane anahtarın olması gerekir. Bahsedilen şekilde A fazının yükseldiğini, B fazının ise başta kaldığını söyleyebiliriz. Bu devrelerin senkronize çalışmalarını sağlayan devre Şekil 2.2 b’de gösterilmiştir. Bu devrede kullanılan diyotlar güç transistörlerini, gerilim taşmalarını, ters polarlanmalara karşı korumak amacıyla kullanılmış hızlı diyotlardır. Bu koruma sistemi olmaz ise anahtarlama esnasında armatürün kollektör-emiter arasına uygulanacak aşırı gerilim sonucu transistör yanabilir.

step motorların sürücü devreleri yapıları ve çeşitleri

Şekil 2.2a’da gösterilen motorda her bir Adım (Step) için 180lik açı olup,20 Adım (Step)/devir vardır.

Toplam olarak dört rotor devri oluşturmak için transistöre uygulanabilecek lojik seviyeli işaretlerin şekli Şekil 2. 3’te gösterilmiştir. Bu şekilde her bir Adım (Step)ın aldığı lojik işaretlerinin oluşturacağı hızlandırma ya da yavaşlama, oluşacak yük farklılığına rağmen aynıdır.

Genel çalışmalarda, bir yükün hareket miktarının ihtiyacı olduğu Adım (Step) sayısı mikroişlemciler kullanılarak gerçekleştirilir. Mikroişlemciler robot eklemlerinin hareketinin hassas olması için kullanılır. Bu durumda işlemci, yönü, Adım (Step) zamanını ve sayısını en uygun hareketi sağlayacak şekilde lojik seviyede işaretlerle karar bölümüne iletir. Bu işlem, Adım (Step) sayısına uygun, ardışık anahtarlamanın olmasıyla, istenen hareketin yapılmasını sağlar. Bu işlemleri açık-çevrim eklem kontrollü şeklinde düşünüp değerlendirme ona göre yapılmalıdır. Daha önceden belirtildiği gibi Adım (Step) motorun servo motora üstünlüğü açıkçevrim kontrolünde kullanılabilirliğidir.

step motorların sürücü devreleri yapıları ve çeşitleri

Sürücü devrelerin genel amacının, akımının düzenlenmesi ve sınırlanmasını sağlamak olduğundan bahsetmiştik. Tepki zamanı kısaltılmak istenmesi büyük bir akım değeri getirir ki, bu da istenmeyen bir durumdur. Akımı sınırlamanın en basit yolu kaynağa seri bir dış rezistans yerleştirmektir. Seri rezistans sınırlama metodunun önemli bir dezavantajı vardır. Örneğin, dış rezistans motor rezistansın 4 katı ise, gücün % 80’i motorun dışında harcanmaktadır. Bu isedüşük verimli bir sisteme sebep olur.

Akım sınırlamanın diğer bir yolu chopper tekniğidir. Burada yüksek gerilim, motorun aşırı uyarımı için tekrar kullanılır. Fakat akımın belli bir limitin üzerine çıkmaması için gerilim on ve off şeklinde peryodik olarak anahtarlanır. Anahtarlama motor sargısındaki ortalama akımı yükseltir ve sargı enerjisi bitene kadar devam eder. Buradaki avantaj yüksek verim elde edilmesidir, fakat sürücü devresi daha komplekstir.

Diğer bir metot da dual-voltaj (ikili gerilim) tekniğidir. İsminden de anlaşılacağı gibi iki kaynak kullanılır. Başlangıçta motoru uyarmak için yüksek bir gerilim uygulanır. Akım belli bir değere ulaştığında yüksek gerilim anahtarlaması, düşük gerilim anahtarlamasına dönüşür ve bu anda akım mevcut değerini muhafaza eder. Burada verim yüksek olmasına karşılık, sürücü devre karmaşıktır ve iki güç kaynak gerektirdiğinden maliyet yüksek olur.

step motorların sürücü devreleri yapıları ve çeşitleri

2.2. Adım (Step) Motor Sürücü Devreleri Çeşitleri

2.2.1. 555 Osilatör Entegresi ve 4017 Sayıcı Enteğresi İle Yapılan Sürücü Devresi

555 ve 4017 sayıcı entegresi kullanarak yapılmış başka bir sürücü devresi de Şekil 2.4’te verilmiştir. Bu devrede 555 osilatör olarak kullanılmıştır. P1 potansiyometresi yardımıyla üretilen sinyalin frekansı değiştirilmekte bu da 4017’nin çıkışlarındaki sayma sürelerini değiştrimektedir. 4017 gelen saat sinyalinin hızına göre çıkışlarını sırasıyla değiştirir. Çıkışlara bağlı olan transistörler iletime geçerek sargılara enerjiyi vermiş olurlar. Çıkışlar sırasıyla iletime geçeceği için Adım (Step) motor saat sinyali geldiği müddetçe dönecektir.

step motorların sürücü devreleri yapıları ve çeşitleri

2.2.2. 555 Osilatör 74191 Sayıcı Entegresi ile Yapılan Sürücü Devresi

Şekil 2.5’te; Adım (Step) osilatörü, sayıcı ve faz çoğullayıcıdan oluşan Adım (Step) motor kontrol devresi görülmektedir. 555 Adım (Step) osilatörü Adım (Step) motor için gerekli olan Adım (Step) darbelerini üretir. Saat darbesinin frekansı düşük ise motorun dönüşü yavaş, frekans yüksek ise motorun dönüşü hızlıdır. 74191 sayıcısı motorun ileri-geri yönde dönmesini sağlayacak sinyali üretir. 7486 ile yapılan faz çoğullayıcı, sayıcının ürettiği sinyali motorun 4 sargısı için çoğullar. Şekil 2.5’te kontrol devresi çıkışına bağlanan güç sürücü kat görülmektedir. Bu devre, Adım (Step) motorun sargıları için gerekli olan sinyalin akımını arttırır.

step motorların sürücü devreleri yapıları ve çeşitleri step motorların sürücü devreleri yapıları ve çeşitleri

2.2.3. 8051 Mikrodenetleyicisi ile Yapılan Sürücü Devresi

Şekil 2. 6’da 8051 mikrodenetleyici ile kontrol edilebilen beş uca sahip bir Adım (Step) motorun devresi görülmektedir.

Hazırlanacak program ile mikrodenetleyici yardımıyla Adım (Step) motorunun denetimi yapılabilir. Adım (Step) motora gerekli faz işaretleri için 8051’in port uçlarından 4 tanesi kullanılmıştır. Bu şekilde her Adım (Step)da Adım (Step) motor sargılarından biri aktif edilerek Adım (Step) motorun istenilen yönde dönmesi sağlanmıştır.

Hazırlanacak bir bilgisayar programı ile kullanıcıdan Adım (Step) motorun parametreleri istenir. Girilen parametrelere göre PC’nin paralel portundan Adım (Step) motor için gerekli palsler sürücü devresine uygulanır.

step motorların sürücü devreleri yapıları ve çeşitleri

2.3. Sürücü Devresi Yapımı (Direkt Sürücüden Belirli Çalışmaları Yaptırma)

Yukarıdaki her iki devrede de Adım (Step) motorun sargılarının enerjilenmesi için transistörler kullanılmıştır. Ama aşağıdaki devrede Darlington bağlı tümleşik devre kullanılarak (ULN 2003) kolaylık sağlanmıştır.

Sürücü devresi olarak kullanılan ULN2003 içerisinde 7 adet NPN transistör ve dahili diyod barındırdırmaktadır. Hâliyle bizi transistör bacaklarıyla uğraşmaktan kurtarmaktadır. Kullanımı ise oldukça kolaydır. Devre şemasından da anlaşılabileceği gibi 9 numaralı bacağına +12 Volt ve 8 numaralı bacağına da toprak (ground) uyguluyoruz. Daha sonra 3 ve 6 numaralı bacaklara da paralel portun DATA pinlerinden gelen +5 Voltluk değerleri uygulayacağız. Bu sayede örneğin 3 numaralı bacağa +5 Volt (lojik voltaj) uyguladığımızda 14 numaralı bacak toprak olacaktır. Aynışekilde sırayla 4 için 13, 5 için 12, 6 için ise 11 numaralı bacaklar toprak olacaktır.

Herşeyden önce bir Adım (Step) motora ihtiyacımız var. İşimize en çok yarayacak olan Adım (Step) motorunu eski 5 ¼ disket sürücülerinden kolayca sökebilirsiniz. Tabi bundan önce parçalayabilecek bir sürücü bulabilmeniz gerekli. Eğer bulamıyorsanız Adım (Step) motor için sanırım biraz elektronikçi dolaşmanız gerekecektir. Bulacağınız Adım (Step) motoru 4,5 ya da 6 kablolu olabilir. Bu kablolar avometre ile ölçerek sargıların uçlarını tespit etmeniz gerekmektedir. Uçları tespit etmek için şu yol takip edilmelidir.

Avometrenin X1 kademesinde uçları kendi aralarında ölçeriz. Kendi aralarında devre gösteren uçları ayırırız. Kendi aralarında devre gösteren uçlar aynı fazın uçlarıdır. Adım (Step) motor 4 uçlu ise fazlar ayrı ayrıdır. 5 uçlu ise ucun birisi ortak uçtur. Diğerleri faz uçlarıdır. 6 uçlu ise her iki fazın bir ortak ucu vardır. Ortak uç diğer iki uca göre daha az direnç gösteririr (yarısı kadar).

5 kablolu Adım (Step) motorunun kablolarından bir tanesi vMotor dediğimiz ortak kablodur. Önemli olan bu kablonun hangisi olduğunu bulmaktır. Bunun için yukarıda anlatılan yöntem kullanılır. Biraz deneyerekbulabilirsiniz. Şekilde gözüktüğü gibi, diğer 4 kablo motor sargılarına (coil) gitmektedir. Bu 4 kablonun da bir sırası vardır. Bu sırayı da deneme yanılma yöntemiyle bulmak mümkün olacaktır. Eğer bu kabloları yanlış sırada bağlarsanız, motor dönmek yerine sadece titreme yapacaktır. Yukarıda da bahsettiğim gibi motora Adım (Step) attırmak için yapmamız gereken, vMotor kablosuna +12 Volt verirken, diğer sargılara bağlı kablolara belli bir sıra ile toprak göndermektir.

2.3.1. Devrenin BağlantıŞeması

step motorların sürücü devreleri yapıları ve çeşitleri

2.3.2. Malzeme Listesi

  • ULN 2003
  • Adım (Step) motor
  • Board
  • Kablo
  • Güç kaynağı

2.3.3. Devrenin Kurulumu ve Çalışması

step motorların sürücü devreleri yapıları ve çeşitleri

Yukarıda bahsedilen bu 4 kabloya toprak sinyalini göndermek için entegrenin 3,4,5 ve

6. bacaklarına sıra ile +5 Volt göndermemiz gerekiyor.

Bu devrede kullanılan Adım (Step) motoru 1.8 dereceliktir. Bu, motora attıracağınız her normal Adım (Step)da 1.8 derecelik bir dönme elde edeceğiniz demek oluyor. Bu da motorun bir tur atması için 200 normal Adım (Step) atması gerektiği anlamına geliyor. Motorun vMotor dışında kalan diğer 4 kablosuna göndereceğiniz sinyallere göre bu Adım (Step)ın yönünü ve açısını değiştirmeniz mümkün olacaktır. En basitinden motora ters Adım (Step) attırmak için, sinyalleri D3’ten D0 a doğru göndermeniz yeterli olacaktır. Çok hassas çalışmadığımızı ve motorumuzun 2 derece olduğunu ve 45 derecelik bir dönme gerçekleştirmek istediğimizi düşünelim. Bunun için yukarıda anlattılan normal Adım (Step) sinyalleri yeterli olmayacaktır. Bu durumda motoru 1’er derecelik açılarla döndürebilmemiz gerekmektedir. Yarım Adım (Step) attırma metodu ile bu işi kolayca yapmamız mümkündür. Bir diğer metod ise dalga sürümü sinyalleridir. Hassas hareketler üzerinde çalışmayacaksanız dalga sinyallerini kullanabilirsiniz. Aşağıdaki tablolarda tam Adım (Step), yarım Adım (Step) ve dalga sürümü için uçlara göndermeniz gereken sinyal çeşitlerini göndermeniz gereken değerleri yazmaktadır. Değerlerin ikilik sistemdeki karşılıkları D3-D0 sütunlarını soldan sağa doğru okuduğumuzdaki değerlerine eşit olduğuna dikkat ediniz. Eğer ters yönde dönüş elde etmek istiyorsanız, sinyalleri ters yönde (tablodaki satırları aşağıdan yukarıya doğru okuyarak) gönderebilirsiniz.

  Yarım Adım (Step) Metodu  
Değer D3 D2 D1 D0
9 1 0 0 1
1 0 0 0 1
2 0 0 1 0
6 0 1 1 0
4 0 1 0 0
2 0 0 1 0
12 1 1 0 0
8 1 0 0 0
  Tam Adım (Step) Metodu  
Değer D3 D2 D1 D0
9 1 0 0 1
3 0 0 1 1
6 0 1 1 0
12 1 1 0 0

 

Tablo 2.1: Adım (Step) motorun değişik metodlarda sürülmesi için kullanılan tablolar
  Dalga sürümü Adım (Step) Metodu  
Değer   D3 D2 D1   D0
1   0 0 0   1
2   0 0 1   0
4   0 1 0   0
8   1 0 0   0

Bir diğer durumda Adım (Step) motorun referans noktasını nasıl bulacağıdır. Yani motorun durduğu en son pozisyonun ne olduğunu nerden bileceğiz? Döndürme işlemine başladığımız noktayı biliyorsak bu çok fazla sorun olmayacaktır. Fakat motoru daha döndürmeye başlamadan, elimizle biraz çevirdiğimizi düşünelim. Bu durumda başlangıç noktası kayacak ve motoru istediğimiz pozisyona getiremeyeceğiz. Disket sürücülerde kullanılan yöntem oldukça ilkel ama geçerli bir yöntemdir. Disket sürücü bir şekilde diski okuyan kafanın nerede olduğunu bilmek zorundadır. Bunun için motoru bir yönde sürekli döndürerek, kafanın en başa dayanmasını sağlar. Bu gelinen noktaya referans noktası denir. Bu sebeple bazı Adım (Step) motorların kendi etrafında sürekli olarak dönmesini engelleyecek bir tırnak vardır. Motoru referans noktasına dayamak için bu tırnaktan yararlanılır. Biz şimdilik hassas hareket yaptırmayacağımızdan varsa bu tırnağı sökebilirsiniz.

2.4. PLC ile Adım (Step) Motorun Sürülmesi İçin Gerekli Kart Yapımı

L297 Adım (Step) motor kontrol entegresidir, Girişine uygulanan Adım (Step) ve dir sinyalleri ile çıkışında Adım (Step) motor faz sinyallerini üretmektedir. Entegre full-Adım (Step), half-Adım (Step) ve wave-drive modlarında çalışabilmektedir.

L298 H-bridge sürücü entegresidir. Bipolar Adım (Step) motorların sürülmesi için tasarlanmıştır. Max 2A/phase akım verebilir. Girişine uygulanan faz sinyallerini çıkışa yükseltip vermektedir.

ST firmasının sunduğu “application note” lar incelendikten sonra L297 ve L298 entegreleri birlikte kullanılarak Adım (Step) motor sürücüleri yapılmıştır.

Sürücülerin özellikleri şunlardır:

  • Adım (Step) ve dir sinyalleriyle çalışma
  • Max 45V motor voltajı
  • Max 2A faz akımı
  • Full-Adım (Step), Half-Adım (Step) ve Wave-drive modlarında çalışabilme
  • Ayarlanabilir faz akımı

step motorların sürücü devreleri yapıları ve çeşitleri

2.4.1. Devrenin BağlantıŞeması 2.4.2. Devrenin Baskı Devre Şeması

step motorların sürücü devreleri yapıları ve çeşitleri

2.4.3. Malzeme Listesi

C1 3n3 C4, C2 100Nf C3 470µF 50V D1…8 470µ 50V JP1 HEADER 2 JP2, JP4 JUMPER3lü JP3 10 MALE IDC J1 HEADER6 R1 22K R2, R3 OR56 2W R4 5K6 R5 5K TRIMPOT SW1 SW PUSHBIN U1 L297 U2 L298

2.4.4. Devrenin Kurulumu ve Çalışması

step motorların sürücü devreleri yapıları ve çeşitleri

YORUMLAR
YORUM YAZIN
İsim (Gerekli)
Eposta (Gerekli)
İnternet Sitesi (Opsiyonel)
Sınava Hazırlık