Motorcontroller SEC-ST-48-6-P01. Beschreibung d [ ]

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1 Motorcontroller SEC-ST-48-6-P01 Beschreibung d [ ]

2 Bezeichnung... SCE-ST-48-6-P01-DE Ausgabe... de 1507d Teile Nr.... [ ] Festo AG & Co. KG, D Esslingen Internet: service_international@festo.com Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten, soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte für den Fall der Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmustereintragung vorbehalten.

3 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Inhaltsverzeichnis Bestimmungsgemäße Verwendung... Zielgruppe... Service... Hinweise zur vorliegenden Beschreibung... Allgemeines zu Schrittmotorsystemen... Vorgehensweise zur richtigen Einstellung des Schrittmotors... Wichtige Benutzerhinweise... Warenzeichen... Sicherheitshinweise... VI VII VII VII VIII XIII XVI XVIII XVIII 1. Komponentenübersicht Übersicht Leistungsmerkmale Controllerteil Kurzbeschreibung Leistungsendstufe Kurzbeschreibung Interne Überwachung Anzeigen Betriebsbereitschafts-Anzeige Fehleranzeige Benutzerschnittstellen Eingang Enable Eingang Direction Eingang Clock Ausgang Error Einstellungen Der Stepmodus Die Stromeinstellung Die Stromreduzierung I-Red Der Schalter Enable Die Tasten III

4 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise 2. Montage Abmessungen Stromversorgung Elektromechanik: Vorderansicht Installation Material Hersteller Stecker X1 für Steuerleitung Stecker X2 für Anschluss des Schrittmotors Stecker X3 für Spannungsversorgung PE-Anschluss des SEC-ST Steckverbinder und deren Pinbelegungen X1 Stecker für Steuerleitung KSPC-SECST-1, Motorleitung und Stromversorgung für den SEC-ST Leitungen anschließen Anschlussübersicht SEC-ST-Gesamtsystem Motor an SEC-ST anschließen SEC-ST an Stromversorgung anschließen SEC-ST an Steuerung anschließen PE-Schutzleiter und Schirmanschlüsse Anschlusshinweise Galvanische Trennungen Maßnahmen zur Einhaltung von EMV-Richtlinien Inbetriebnahme Inbetriebnahme des SEC-ST Diagnose und Fehlerbehandlung Fehlermeldungen des SEC-ST Fehlfunktion des SEC-ST IV

5 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise A. Technischer Anhang... A-1 A.1 Technische Daten... A-3 A.1.1 SEC-ST-48-6-P01... A-3 A.1.2 Grenzwerte... A-4 V

6 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Bestimmungsgemäße Verwendung Der SEC-ST-48-6-P01, im Weiteren SEC-ST genannt, Smart Elektromotor Controller Steppermotor, dient zum Einsatz in Schaltschränken für die Steuerung von Schrittmotoren in 2- Strangtechnik. Der SEC-ST muss in sicherer Arbeitsumgebung betrieben werden. Für die Anlage muss eine NOT-AUS-Abschaltung installiert sein. Betreiben Sie den SEC-ST nur unter den zulässigen Umgebungsbedingungen. Der SEC-ST darf nur im stationären industriellen und gewerblichen Einsatz betrieben werden. Die elektromagnetische Störsicherheit der Leistungselektronik ist nicht ausgelegt zum Betrieb in mobilen Anlagen, in Haushalten oder Betrieben, die direkt an das Niederspannungsnetz angeschlossen sind. Bauen Sie den SEC-ST geschirmt in einen geerdeten Schaltschrank ein. Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Leistungselektronik ist sonst nicht gewährleistet. Der SEC-ST ist nur folgendermaßen zu benutzen: bestimmungsgemäß im Originalzustand ohne eigenmächtige Veränderungen in technisch einwandfreiem Zustand Beim Anschluss handelsüblicher Zusatzkomponenten, wie Sensoren und Aktoren, sind die angegebenen Grenzwerte für Drücke, Temperaturen, elektrische Daten, Momente usw. einzuhalten. Beachten Sie die in den jeweiligen Kapiteln angegebenen Normen sowie die Vorschriften der Berufsgenossenschaften, des Techn. Überwachungsvereins, die VDE-Bestimmungen oder entsprechende nationale Bestimmungen. VI

7 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Zielgruppe Diese Beschreibung wendet sich ausschließlich an ausgebildete Fachleute der Steuerungs- und Automatisierungstechnik, die sich zum ersten Mal mit einer Steuerung von Schrittmotoren befassen, schon Erfahrungen mit Schrittmotoren sammeln konnten. Service Bitte wenden sie sich bei technischen Problemen an Ihren lokalen Festo-Service. Hinweise zur vorliegenden Beschreibung Dieses Handbuch wird Sie unterstützen, die erste Inbetriebnahme Ihres SEC-ST erfolgreich durchzuführen. In diesem Handbuch erhalten Sie wichtige Informationen und erwerben die grundlegenden Kenntnisse, den SEC-ST fachgerecht zu bedienen. Die meisten Arbeitsschritte in diesem Handbuch sind in zwei Teile gegliedert: Beschreibungsteil: Hier erfahren Sie wichtige Hinweise und das Ziel des jeweiligen Arbeitsschrittes. Anweisungsteil: Hier treten Sie in Aktion und führen die Arbeitsschritte aus. VII

8 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Allgemeines zu Schrittmotorsystemen Beschreibung Schrittmotoren sind eine Sonderbauform des Synchronmotors, die durch Stromimpulse aus einem dafür notwendigen Steuergerät angesteuert werden. Dabei entspricht ein Impuls immer dem gleichen Drehwinkel. Das erlaubt eine Positionierung ohne Rückmeldung. Schrittmotoren finden auf Grund ihrer digitalen Drehbewegung Anwendung als Schaltwerk und in der Positioniertechnik. Dabei ist zu beachten, dass die Steuerung keinerlei Rückmeldung darüber erhält, ob der Motor seinen Schritt auch tatsächlich ausgeführt hat. Genauigkeit und Auflösung Der Schrittwinkel ist bauformbedingt und beträgt bei den 2-strängigen Festo Schrittmotoren Typ MTR-ST 1,8 (±5 %) bei Vollschritt. Ein Einzelschritt entsteht, wenn die beiden Spulen im Wechsel voll bestromt werden. Dabei führt der Schrittmotor bei jedem Bestromungswechsel der Spulen einen Schritt von 1,8 aus. Es ist aber auch möglich die beiden Spulen gleichzeitig mit unterschiedlichen Stromanteilen zu bestromen. Je nach Anteil des Stromes entstehen dabei 1/2-, 1/4-, 1/5-, 1/8-, 1/10- oder 1/32-Schritte. Dadurch lässt sich die maximale Auflösung der Positionen, die ein Schrittmotor anfahren kann, wesentlich verfeinern. Der kleinste inkrementelle Weg (Auflösung) an einer Positionierachse wird bestimmt durch den Schrittwinkel des Motors (Anzahl der Schritte pro Umdrehung) und der Vorschubkonstante der Positionierachse (bestimmt durch den Durchmesser des Antriebsritzels bzw. der Steigung der Spindel). VIII

9 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Dies lässt sich wie folgt berechnen: Anzahl der Schritte pro Umdrehung 360 Schrittwinkel des Motors Vorschubkonst. der Achse Getriebeübersetzung Auflösung Schritte Umdrehung Beispiel Schrittwinkel des Motors: 0,9 (±5 %), bei Halbschritt Vorschubkonstante der Positionierachse: 120 mm/umdrehung Getriebübersetzung: 1/4 ( Untersetzung i = 4 ) Beim oben genannten Beispiel ergibt sich eine Auflösung von 0,075 mm pro Schritt. Alle Positionen, die mit dieser Motor- Getriebe- Achskombination angefahren werden können, sind durch 0,075 teilbar. Fährt man hingegen mit Viertelschritt, so beträgt die Auflösung 0,0375 mm, bei Zehntelschritt wäre sogar eine Auflösung von 0,00375 mm pro Schritt möglich. Achsspiel, Verdrehspiel etwaiger Getriebe und die Toleranz des Schrittmotors selbst, sind hierbei noch einzurechnen. Dabei ist die Toleranz des Schrittmotors immer als Absolutwert vom Vollschritt zu berücksichtigen. Dies ist zu beachten, wenn man sehr genaue Positionieraufträge ausführen möchte. IX

10 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Grundsätzliches Bei aller Einfachheit der Schrittmotoren sei nicht unerwähnt, dass es sich hierbei nicht um eine Regelung handelt. Die Steuerung erhält keinerlei Rückmeldung darüber, ob der Motor den Schritt auch tatsächlich ausgeführt hat. Dadurch ist es äußerst wichtig die Dimensionierung des Motors anhand seiner Drehzahl-Drehmomentkennlinie vorzunehmen. Man stellt dabei sicher, dass die angelegte Last vom Motor auch tatsächlich mit der vorgegebenen Beschleunigung und Geschwindigkeit bewegt werden kann. Verliert der Motor einen Schritt, d.h. war die angelegte Last größer, als die Kraft, die der Motor abgeben kann, so befindet sich das zu positionierende Teil nicht mehr in gewünschter Position. Es können also Fehler auftreten, die im Gesamtsystem überwacht werden müssen, beispielsweise durch Endschalter. Start-Stop-Frequenz Eine weitere wichtige Größe bei der Verwendung von Schrittmotoren ist die sogenannte Start-Stop-Frequenz. Es ist die Frequenz bzw. die Drehzahl, mit welcher der Schrittmotor beim zu leistenden Drehmoment sicher, d. h. ohne Schrittverlust anlaufen und auch wieder anhalten kann. Schrittverluste können beim Verzögern (Anhalten) genauso wie beim Beschleunigen auftreten! X

11 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Resonanzfrequenzen Durch die Einprägung eines festen Stromes für das maximale Haltemoment eines Schrittmotors kann dieser zum Schwingen neigen. Da der Schrittmotor ein Synchronmotor ist, folgt er dem angelegten Feld in sehr engen Grenzen. Ist dabei keine Last angelegt, so schwingt der Rotor wegen des sehr niedrigen Trägheitsmoments über den anvisierten Schritt hinaus. Erfolgt die Erregung des nächsten Steps zu einer ungünstigen Zeit, so fällt das System in Resonanz. Mit folgenden Möglichkeiten lassen sich solche Resonanzerscheinungen mindern: Man versucht in der Praxis, die Start-Stop-Frequenz in einen höheren Bereich (ca. 200 Hz und höher) zu legen, da Schrittmotoren in den niederen Frequenzbereichen mehrere Resonanzfrequenzen besitzen. Man kann dem durch Erhöhen der Start-Stop-Frequenz oder durch niedrigeren Strangstrom begegnen. Ein Umschalten von Voll- auf Halb- bzw. Viertelschrittbetrieb kann hier auch Abhilfe schaffen. Es ist hilfreich den Motor immer mit seiner Nennlast zu betreiben. Sollte das nicht möglich sein, so sollte der Strangstrom reduziert werden. XI

12 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Strangstrom Als Strangstrom bezeichnet man den Strom, der durch einen Wicklungsstrang fließt. Beim maximalen Strangstrom besitzt der Schrittmotor sein max. Haltemoment. Der Strangstrom sollte der Last angepasst werden. D.h. es ist nicht immer sinnvoll den maximalen Strangstrom des Motors einzustellen. Wird der Motor ohne Last oder mit niedrigerem Moment als seinem Nennmoment belastet, so kann er auch Schritte zu viel ausführen oder in Resonanz fallen (siehe oben), was einem Schrittverlust gleichzustellen ist. Der eingestellte Strangstrom fließt zu jeder Zeit durch die jeweils aktiven Spulen des Motors, auch wenn dieser steht. Das hat zum einen den Vorteil, dass der Motor ein gewisses Rastmoment besitzt, er kann im Stillstand mit seinem Haltemoment belastet werden, zum andern wird der Motor auch im Stillstand erwärmt. Wenn dieses Haltemoment im Stillstand nicht benötigt wird, ist es sinnvoll den Strangstrom im Stillstand des Motors zu reduzieren. Der Festo Schrittmotorcontroller SEC-ST-48-6-P01 bietet diese Option. Beachtet man diese Eigenschaften der Schrittmotoren, so erhält man damit eine günstige Variante der Positionierung mit ausreichender Genauigkeit. XII

13 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Vorgehensweise zur richtigen Einstellung des Schrittmotors Ermitteln der möglichen Drehzahl bei bekannter Last Kennt man das Drehmoment, mit dem der Antrieb belastet ist, so kann man die mögliche Drehzahl aus der Drehzahl- Drehmoment-Kennlinie ermitteln (siehe Bild 0/1). Die Drehzahl sollte maximal so hoch sein, dass das resultierende Drehmoment noch 80 % des Nennmoments beträgt. Darüber ist der Drehmomentverlust des Motors so groß, dass die Gefahr steigt, Schritte zu verlieren. Resonanzen Beim Vollschrittbetrieb ist verstärkt mit Resonanzerscheinungen zu rechnen. Da diese immer systemabhängig sind, kann nicht immer genau bestimmt werden, wo diese auftreten. Hier ist es notwendig zu testen. Allgemein ist es vorteilhaft mit Halbschritt zu fahren, um Resonanzen zu vermindern. Wenn ohne Last gefahren wird, so sollte der Strom reduziert werden. Ein zu hoch eingestellter Strom kann ebenfalls Resonanzen und damit Schrittverlust hervorrufen. XIII

14 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Beispiel S1 S2 Bild 0/1: obere Kurve S1 - Vollschritt / untere Kurve S2 - Halbschritt M = Moment, n = Drehzahl Aus der Kennlinie kann nun ermittelt werden, welche Maximalgeschwindigkeit bei Voll- oder Halbschritt in Abhängigkeit des angelegten Drehmoments gefahren werden kann (im Beispiel ca U/min bei Halbschritt). Ermitteln der Start-Stopp-Frequenz Es ist vorteilhaft, die Start-Stopp-Frequenz so hoch wie noch möglich einzustellen, da speziell im niedrigen Frequenzbereich Resonanzen auftreten können, die zu Schrittverlusten führen. Die Start- Stop- Frequenz wird so lange erhöht, bis der Antrieb beim Losfahren Schritte verliert. Anschließend reduziert man die Start- Stop- Frequenz wieder um gut 20% um sicher zu sein, dass beim Beschleunigen keine Schritte verloren gehen. Ein Startwert von 400Hz bei kleinen Antrieben und ca. 200Hz bei großen Antrieben kann angenommen werden. XIV

15 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Wie können Resonanzerscheinungen unterdrückt werden? Tipps und Tricks Halbschritt statt Vollschritt. Halbschritt ist dabei besser als Vollschritt. Der 2-Phasen- Schrittmotor zeigt bei Halbschritt generell gute Laufeigenschaften. Phasenstrom niedriger einstellen (auf den wirklich benötigten Wert). Das verringert zwar die Steifigkeit, aber auch die Schwingneigung des Systems. Betriebsfrequenzen ungleich Resonanzfrequenzen. Oft liegt die Betriebsfrequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz oder einem Vielfachen davon. Geringe Abweichungen von der kritischen Schrittfrequenz zeigen meist gute Resultate. Die Beschleunigungsrampen steiler machen. Dadurch wird der Schrittmotor schnell durch kritische Bereiche gezogen und neigt nicht so schnell zum Schwingen. Erhöhung der Reibung (Notlösung) Reibung wirkt dämpfend auf das Gesamtsystem, Nutzdrehmoment geht aber dabei verloren. XV

16 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Wichtige Benutzerhinweise Gefahrenkategorien Diese Beschreibung enthält Hinweise auf mögliche Gefahren, die bei unsachgemäßem Einsatz des Produkts auftreten können. Diese Hinweise sind mit einem Signalwort (Warnung, Vorsicht, usw.) gekennzeichnet, schattiert gedruckt und zusätzlich durch ein Piktogramm gekennzeichnet. Folgende Gefahrenhinweise werden unterschieden: Warnung... bedeutet, dass bei Missachten schwerer Personen- oder Sachschaden entstehen kann. Vorsicht... bedeutet, dass bei Missachten Personen- oder Sachschaden entstehen kann. Hinweis... bedeutet, dass bei Missachten Sachschaden entstehen kann. Zusätzlich kennzeichnet das folgende Piktogramm Textstellen, die Tätigkeiten mit elektrostatisch gefährdeten Bauelementen beschreiben: Elektrostatisch gefährdete Bauelemente: Unsachgemäße Handhabung kann zu Beschädigungen von Bauelementen führen. XVI

17 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Kennzeichnung spezieller Informationen Folgende Piktogramme kennzeichnen Textstellen, die spezielle Informationen enthalten. Piktogramme Information: Empfehlungen, Tipps und Verweise auf andere Informationsquellen. Zubehör: Angaben über notwendiges oder sinnvolles Zubehör zum Festo Produkt. Umwelt: Informationen zum umweltschonenden Einsatz von Festo Produkten. Textkennzeichnungen Der Auflistungspunkt kennzeichnet Tätigkeiten, die in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können. 1. Ziffern kennzeichnen Tätigkeiten, die in der angegebenen Reihenfolge durchzuführen sind. Spiegelstriche kennzeichnen allgemeine Aufzählungen. XVII

18 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Warenzeichen Alle Produktnamen in diesem Dokument können eingetragene Warenzeichen sein. Alle Warenzeichen in diesem Dokument werden nur zur Identifikation des jeweiligen Produkts verwendet. Sicherheitshinweise Hinweis Bei der Installation, Inbetriebnahme und Wartung müssen die für den spezifischen Einsatzfall gültigen Sicherheitsund Unfallverhütungs-Vorschriften beachtet werden. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit gelten unter anderem folgende Vorschriften: Bestimmung für das Errichten von Starkstromanlagen bis 1000 Volt. Elektrische Ausrüstung von Maschinen. Ausrüstung von Starkstromanlagen mit elektronischen Betriebsmitteln. XVIII

19 Komponentenübersicht Kapitel 1 1-1

20 1. Komponentenübersicht Kapitel 1 Inhaltsverzeichnis 1.1 Übersicht Leistungsmerkmale Controllerteil Kurzbeschreibung Leistungsendstufe Kurzbeschreibung Interne Überwachung Anzeigen Betriebsbereitschafts-Anzeige Fehleranzeige Benutzerschnittstellen Eingang Enable Eingang Direction Eingang Clock Ausgang Error Einstellungen Der Stepmodus Die Stromeinstellung Die Stromreduzierung I-Red Der Schalter Enable Die Tasten

21 1. Komponentenübersicht 1.1 Übersicht Der Schrittmotor-Controller SEC-ST dient zur einfachen Inbetriebnahme von Schrittmotoren in 2-Strangtechnik. Über digitale Eingänge kann die Ansteuerung hinsichtlich Schrittzahl und Richtung ausgeführt werden. 1.2 Leistungsmerkmale Bipolar-Chopper-Treiber Eingangsspannung von 24 VDC bis 48 VDC Phasenstrom bis 6 A in 8 Stufen einstellbar Automatische Stromabsenkung auf 30 % des eingestellten Phasenstroms zuschaltbar 1/1-, 1/2-, 1/4-, 1/5-, 1/8-, 1/10- und 1/32-Schritt möglich Schrittfrequenz max. 40 khz Manuelle Fahrt über Tasten möglich Schutzfunktion gegen Übertemperatur und Kurzschluss Error-Ausgang 1-3

22 1. Komponentenübersicht 1.3 Controllerteil Kurzbeschreibung Die Kommunikation mit übergeordneten Steuerungen, z. B. speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), findet über Ein- und Ausgänge statt. Die Eingänge sind vollständig galvanisch getrennt ausgeführt. Es besteht die Möglichkeit diese mit 5 V oder 24 V anzusteuern. (siehe Abschnitt 1.6. Benutzerschnittstellen) Mittels Taster kann ein Einzelschritt oder Fahrt in beide Drehrichtungen ausgeführt werden. 1.4 Leistungsendstufe Kurzbeschreibung Die integrierte Leistungsendstufe ist in der Lage bis 6 A Strangstrom zu steuern. Der Strangstrom wird über Dip- Schalter eingestellt (siehe 1.7.2) Interne Überwachung Die Endstufe besitzt eine Übertemperaturabschaltung, sowie eine Überwachung bei Kurzschluss der Motorstränge untereinander oder gegen GND. (Ausgabe siehe 1.6. Benutzerschnittstellen) 1-4

23 1. Komponentenübersicht 1.5 Anzeigen Betriebsbereitschafts-Anzeige Die blaue Betriebsbereitschafts-LED (Power) auf der Vorderseite des SEC-ST zeigt die Betriebsbereitschaft Fehleranzeige Eine Fehleranzeige erfolgt über eine rote LED Error. 1-5

24 1. Komponentenübersicht 1.6 Benutzerschnittstellen Eingang Enable Über den Eingang Enable kann der Controller freigeschaltet werden. Steuerung SEC-ST-48-6-P01 Optokoppler bestromt = SEC enabled Bild 1/1: Hinweis Ein falscher Anschluss kann zur Beschädigung des SEC-ST oder der Steuerung führen. Beachten Sie die Ausgangspegel Ihrer Steuerung. Als Signalpegel können +24 V oder +5 V verwendet werden. 1-6

25 1. Komponentenübersicht Eingang Direction Über den Eingang Direction wird die Drehrichtung des Motors bestimmt. Steuerung SEC-ST-48-6-P01 Optokoppler bestromt = Richtung + Bild 1/2: Hinweis Ein falscher Anschluss kann zur Beschädigung des SEC-ST oder der Steuerung führen. Beachten Sie die Ausgangspegel Ihrer Steuerung. Als Signalpegel können +24 V oder +5 V verwendet werden. CLK 1 0 DIR 1 0 motor step Bild 1/3: 1-7

26 1. Komponentenübersicht Eingang Clock Über den Eingang Clock führt der Motor einen Schritt aus. Steuerung Fallende Flanke = ein Schritt SEC-ST-48-6-P01 Bild 1/4: Hinweis Ein falscher Anschluss kann zur Beschädigung des SEC-ST oder der Steuerung führen. Beachten Sie die Ausgangspegel Ihrer Steuerung. Als Signalpegel können +24 V oder +5 V verwendet werden. CLK 1 0 DIR 1 0 motor step Bild 1/5: 1-8

27 1. Komponentenübersicht Ausgang Error Der Controller ist temperaturüberwacht. Ebenso wird bei Kurzschluss ein Error angezeigt. (LED rot) Zur logischen Abfrage steht ein Error-Ausgang zur Verfügung (Aktiv LOW ). SEC-ST-48-6-P01 _ Bild 1/6: Vorsicht Beachten Sie die maximal zulässige Spannung von +30 VDC und den maximal zulässigen Strom von 30 ma an Err+. Schaltungsbeispiel Bild 1/7: 1-9

28 1. Komponentenübersicht 1.7 Einstellungen Der Stepmodus Der Stepmode kann vom Anwender mittels Dip-Schalter 1, 2 und 3 eingestellt werden. Der Defaultwert (ab Werk) ist auf Halbschritt eingestellt /1-Schritt 1 2 1/5-Schritt /2-Schritt /8-Schritt /4-Schritt /10-Schritt 1 2 1/32-Schritt 3 Bild 1/8: 1-10

29 1. Komponentenübersicht Schrittbezeichnung Schrittzahl pro Umdrehung 1/1-Schritt 200 1/2-Schritt 400 1/4-Schritt 800 1/5-Schritt /8-Schritt /10-Schritt /32-Schritt

30 1. Komponentenübersicht Die Stromeinstellung Die 8 einstellbaren Stromwerte orientieren sich an den Schrittmotoren von Festo. Die Einstellung wird mit den Dip-Schaltern 4, 5 und 6 vorgenommen ,25 A 4 5 4,70 A ,50 A ,00 A 4 5 1,80 A 4 5 5,50 A ,15 A ,00 A Bild 1/9: Vorsicht Beachten Sie den maximal zulässigen Haltestrom Ihres Schrittmotors. Stromeinstellungen entnehmen Sie bitte dem Datenblatt des jeweiligen Motors. 1-12

31 1. Komponentenübersicht Die Stromreduzierung I-Red Die automatische Stromreduzierung kann mittels Dip- Schalter 7 aktiviert werden. Liegt länger als 80 ms kein Schrittsignal an, so wird der Strangstrom auf 30 % des eingestellten Stroms reduziert. Schalter 7 on = Stromreduzierung aktiv (Defaulteinstellung) Bild 1/10: Vorsicht Bei aktiver Stromreduzierung reduziert sich das Haltemoment des Motors. Insbesondere zu beachten bei vertikalen Anwendungen Der Schalter Enable Mit dem Dip-Schalter 8 kann die Endstufe eingeschaltet werden, unabhängig des Signals am Eingang Enable (siehe Seite 1-6). Schalter 8 off = Motorstrom aus (Defaulteinstellung) Bild 1/11: 1-13

32 1. Komponentenübersicht Die Tasten Step+ und Step Clock Sim Reset Mit diesen Tasten können Sie den Motor testen. Beim Betätigen der Taste Step+ beginnt der Motor sich zu drehen. Die Drehrichtung ist abhängig vom Anschluss der Motorphasen, bei den Schrittmotoren von Festo: im Uhrzeigersinn (mit Blick auf die Motorwelle). Die Drehzahl nimmt schrittweise zu. Beim Betätigen der Taste Step dreht der Schrittmotor in die andere Richtung. Mit dieser Taste kann der Eingang Clock simuliert werden. Bei jedem Betätigen wird ein Schritt ausgeführt. Die Taste ist nicht entprellt. Durch Drücken dieser Taste können Sie den SEC-ST zurücksetzen auf die Einstellungen, die aktuell an den DIP-Schaltern vorliegen. Beim Drücken sind alle Ein- und Ausgänge, Anzeigen und Tasten zunächst ohne Funktion. Der Motorstrom wird abgeschaltet. Nach dem Loslassen der Taste wird der SEC-ST neu initialisiert und der Motor wird wieder bestromt. Hinweis Alle Einstellungen, die Sie am SEC-ST vornehmen, werden erst nach Betätigen der Reset-Taste (oder nach Aus- und wieder Einschalten) aktiv! 1-14

33 Montage Kapitel 2 2-1

34 2. Montage Inhaltsverzeichnis 2.1 Abmessungen Stromversorgung Elektromechanik: Vorderansicht

35 2. Montage 2.1 Abmessungen Bild 2/1: Abmessungen des SEC-ST 2-3

36 2. Montage Hinweis Schirme können an den dafür vorgesehenen Erdungsschrauben M4 angeklemmt werden. Befestigungsschrauben dürfen nicht als Erdungsschrauben verwendet werden! Die Geräte der Baureihe sind als Kompaktgerät für die Schaltschrank- oder Wandmontage vorgesehen. Die im Betrieb anfallende Verlustleistung und damit die Erwärmung des Gerätes ist von der Abgabeleistung abhängig. Die Kühlung des SEC-ST erfolgt durch Konvektion. Für eine ausreichende Kühlung muss allseitig mindestens ein Abstand von 3 cm eingehalten werden. 3 cm 2-4

37 2. Montage 2.2 Stromversorgung Netzteil 4700 μf / 100 V μ Bild 2/2: Warnung Verwenden Sie für die elektrische Versorgung ausschließlich PELV-Stromkreise nach IEC/DIN EN (Protective Extra-Low Voltage, PELV). Berücksichtigen Sie zusätzlich die allgemeinen Anforderungen an PELV- Stromkreise gemäß der IEC/DIN EN Verwenden Sie ausschließlich Stromquellen, die eine sichere elektrische Trennung der Betriebsspannung nach IEC/DIN EN gewährleisten. Durch die Verwendung von PELV-Stromkreisen wird der Schutz gegen elektrischen Schlag (Schutz gegen direktes und indirektes Berühren) nach IEC/DIN EN sichergestellt (Elektrische Ausrüstung von Maschinen, Allgemeine Anforderungen). Vorsicht Schwere Geräteschäden! Achten Sie auf die korrekte Polung der Anschlüsse. Trennen Sie die Spannungsversorgung am SEC-ST nicht unter Spannung! Schalten Sie zuerst das Netzgerät aus. Um die angegebenen Nennleistungen erzielen zu können, ist ein Netzteil 48 VDC erforderlich. Bei Betrieb mit 24 VDC sind Einbußen bei der Dynamik in Kauf zu nehmen (siehe Datenblätter der Schrittmotoren). 2-5

38 2. Montage Bei Motoren mit Nennstrom 4,5 A und gleichzeitig hohen Bremsenergien (Empfehlung): Schließen Sie einen Kondensator von mind μf / 100 V an den Spannungsversorgungsanschluss an, um ein Überschreiten der zulässigen Spannung (z. B. beim Bremsen) zu vermeiden. 2.3 Elektromechanik: Vorderansicht 1 Taste Step + 2 Taste Step 3 Stecker X1 4 LED Error 5 Taste Clock Sim 6 Taste Reset 7 Schalter Stecker X2 9 Stecker X3 aj LED Power aj Bild 2/3: Vorderansicht SEC-ST Warnung Beachten Sie die Steckerbelegung am Steckverbinder X3. Ein Vertauschen der Anschlussklemmen kann schwere Schäden am Gerät zur Folge haben. 2-6

39 Installation Kapitel 3 3-1

40 3. Installation Inhaltsverzeichnis 3.1 Material Hersteller Stecker X1 für Steuerleitung Stecker X2 für Anschluss des Schrittmotors Stecker X3 für Spannungsversorgung PE-Anschluss des SEC-ST Steckverbinder und deren Pinbelegungen X1 Stecker für Steuerleitung KSPC-SECST-1, Motorleitung und Stromversorgung für den SEC-ST Leitungen anschließen Anschlussübersicht SEC-ST-Gesamtsystem Motor an SEC-ST anschließen SEC-ST an Stromversorgung anschließen SEC-ST an Steuerung anschließen PE-Schutzleiter und Schirmanschlüsse Anschlusshinweise Galvanische Trennungen Maßnahmen zur Einhaltung von EMV-Richtlinien

41 3. Installation 3.1 Material Hersteller Vorsicht Fehlerhaft konfektionierte Leitungen können die Elektronik zerstören und unvorhergesehene Bewegungen des Motors auslösen. Testen Sie jede konfektionierte Leitung nach der Anleitung zur Leitungsmontage (siehe 3.3). Stellen Sie sicher, dass die Leitungen richtig verdrahtet sind und dass die Stecker mit Zugentlastung montiert sind. Vorsicht Lange Leitungen reduzieren die Störfestigkeit (EMV). Halten Sie die max. zulässigen Leitungslängen ein: Signalleitung: 30 m Spannungsversorgungsleitung 10 m Motorleitung 10 m Verwenden Sie zur Verkabelung des Systems die Leitungen aus dem Zubehör von Festo Konfektionieren Sie für die Verbindung von Kabelschirm mit Erdungsanschluss des Controllers eine Leitung mit folgenden Merkmalen: 1,5 mm² Länge 60 ± 10 mm Steckhülse an der Leitung: Flachstecker 6,35x0,81 Erdungsanschluss am Motorcontroller: Kabelringschuh M4 3-3

42 3. Installation Stecker X1 für Steuerleitung 1 Steckverbinder, 11-polig, Firma Weidmüller, BLZ 3.5/11 SN SW, Best. Nr , im Lieferumfang enthalten Stecker X2 für Anschluss des Schrittmotors 1 Steckverbinder, 4-polig, Firma Weidmüller, BLZ 5.00/4 SN SW, Best. Nr , im Lieferumfang enthalten Stecker X3 für Spannungsversorgung 1 Steckverbinder, 2-polig, Firma Weidmüller, BLZ 5.00/2 SN SW, Best. Nr , im Lieferumfang enthalten PE-Anschluss des SEC-ST Der PE-Anschluss des SEC-ST (netz- und motorseitig) erfolgt über einen M4- Gewindebolzen. 3-4

43 3. Installation 3.2 Steckverbinder und deren Pinbelegungen X1 Stecker für Steuerleitung KSPC-SECST-1,5 * Steckverbinder: Weidmüller, BLZ 3.5/11 SN SW Bild 3/1: Pin Kurzbezeichnung Bedeutung/Anmerkung 1 En +24 Eingang Enable +24 V (7 ma) 2 En +5 Eingang Enable +5 V (10 ma) 3 En Eingang Enable - 4 Clk +24V Eingang Clock +24 V (7 ma) 5 Clk +5V Eingang Clock +5 V (10 ma) 6 Clk Eingang Clock - 7 Dir +24V Eingang Direction +24 V (7 ma) 8 Dir +5V Eingang Direction +5 V (10 ma) 9 Dir Eingang Direction - 10 Err + Ausgang Error + (max. 30 ma) 11 Err Ausgang Error - Bild 3/2: Belegung des Steckverbinders X1 3-5

44 3. Installation Motorleitung und Stromversorgung für den SEC-ST D-Sub 9-polig Sicht auf Motorstecker Festo Schrittmotor Weidmüller BLZ 5.00 Sicht auf SEC-ST weiß braun gruen gelb grau rosa Bild 3/3: Anschlussbelegung Motorleitung Pin Kurzbezeichnung Bedeutung/Anmerkung 1 Strang A Motoranschluss Wicklung A Anfang 2 Strang A/ Motoranschluss Wicklung A Ende 3 Strang B Motoranschluss Wicklung B Anfang 4 Strang B/ Motoranschluss Wicklung B Ende Bild 3/4: Belegung des Steckverbinders X2 (Motoranschluss) Pin Kurzbezeichnung Bedeutung/Anmerkung VDC Stromversorgung +24V...+48VDC 2 GND GND Stromversorgung Bild 3/5: Belegung des Steckverbinders X3 (Stromversorgung) 3-6

45 3. Installation 3.3 Leitungen anschließen Hinweis Der Anschluss an das Stromnetz und die Montage von Netzschalter, Transformator, Sicherungseinrichtung und Netzfiltern darf nur von einer Elektro-Fachkraft ausgeführt werden. Vorsicht Schließen Sie keine Leitung an die Elektronik an und trennen Sie keine Leitung ab, solange die Anlage an der Spannungsversorgung angeschlossen ist. Die Elektronik von Leistungsansteuerung und Motor kann sonst zerstört werden. Messen Sie vor der Installation unbedingt alle Leitungen noch einmal durch, da es bei falscher Anschlussbelegung zu schwerwiegenden Funktionsstörungen kommen kann. Schließen Sie den SEC-ST unbedingt an die Schutzerde PE des speisenden Netzes an. Schließen Sie die Schirmleitungen des Motors unbedingt an den Erdanschluss SEC-ST an, bevor Sie den Motor in Betrieb nehmen. Vorsicht Verlegen Sie Motor- und Signalleitung möglichst räumlich getrennt, z. B. in Kabelkanälen mit Zwischenwänden. Verwenden Sie für den Anschluss zum Motor nur geschirmte Leitungen und für Signalleitungen paarweise verdrillte Leitungen. Sie vermeiden durch diese Maßnahmen elektromagnetische Störeinflüsse, die den sicheren Betrieb der Anlage beeinträchtigen können. 3-7

46 3. Installation Hinweis Stellen Sie sicher, dass die Leitungen mit einer Zugentlastung versehen sind. Bei Ausleger- und Mehrachsbetrieb müssen mechanisch beanspruchte Leitungen in einer Schleppkette verlegt werden Anschlussübersicht Bild 3/6: Gesamtaufbau SEC-ST mit Motor und Steuerung 3-8

47 3. Installation SEC-ST-Gesamtsystem Ein SEC-ST-Gesamtsystem ist in Bild 3/6 auf der vorigen Seite dargestellt. Für den Betrieb des SEC-ST werden folgende Komponenten benötigt: Netzgerät VDC / PELV-Spannungsquelle SEC-ST-48-6-P01 Motor Leitung zur Steuerung Motorleitung Steuerung Motor an SEC-ST anschließen 1. 9-poligen D-Sub-Stecker für Leistungskabel in die entsprechende Buchse am Motor stecken. 2. Motorleitungen in Schraubklemme des Steckers anklemmen. 3. Kabelschirm an Erdungsklemme PE anschließen. 4. Eventuell Bremsleitungen an Steuerung anschließen. 5. Überprüfen Sie nochmals alle Steckverbindungen. 3-9

48 3. Installation SEC-ST an Stromversorgung anschließen 1. Stellen Sie sicher, dass die Stromversorgung ausgeschaltet ist. 2. Stecker in Buchse X3 des SEC-ST stecken. 3. PE-Leitung des Netzes an Erdungsklemme PE anschließen SEC-ST an Steuerung anschließen 1. Stellen Sie sicher, dass die Stromversorgung ausgeschaltet ist. 2. Stecker X1 in Buchse des SEC-ST stecken. 3. Kabelschirm an Erdungsklemme PE anschließen poliger D-Sub-Steckverbinder in Schrittmotorensteuerkarte einstecken 3-10

49 3. Installation 3.4 PE-Schutzleiter und Schirmanschlüsse Anschlusshinweise Der Schirm der Motorleitung wird an den zentralen PE-Anschlusspunkt des SEC-ST geführt. Der netzseitige PE-Anschluss wird ebenfalls auf diesen Sternpunkt geführt. Bei größeren Längen müssen gesonderte EMV-Schutzmaßnahmen beachtet werden. Warnung Alle PE-Schutzleiter müssen aus Sicherheitsgründen unbedingt vor der Inbetriebnahme angeschlossen werden. Der netzseitige PE-Anschluss wird an den zentralen PE- Anschlusspunkt des SEC-ST geführt. Achten Sie auf möglichst großflächige Erdverbindungen zwischen Geräten und Montageplatte, um die HF-Störungen gut abzuleiten Galvanische Trennungen Bei der Konzeption des SEC-ST wurde besonderer Wert auf hohe Störfestigkeit gelegt. Aus diesem Grund sind einzelne Funktionsblöcke galvanisch getrennt ausgeführt. Die Signalübertragung innerhalb des SEC-ST erfolgt über Optokoppler. 3-11

50 3. Installation 3.5 Maßnahmen zur Einhaltung von EMV-Richtlinien Vorsicht Lange Leitungen reduzieren die Störfestigkeit (EMV). Halten Sie die max. zulässigen Leitungslängen ein: Signalleitung: 30 m Spannungsversorgungsleitung 10 m Motorleitung 10 m Die Geräte der Produktfamilie SEC-ST erfüllen bei geeignetem Einbau und geeigneter Verdrahtung aller Anschlussleitungen mit FESTO-Leitungen die Bestimmungen der entsprechenden Fachgrundnormen (siehe Konformitätserklärung). Die Störabstrahlung und Störfestigkeit eines Gerätes ist immer von der Gesamtkonzeption des Systems, das aus folgenden Komponenten besteht, abhängig: Spannungsversorgung SEC-ST Motor Elektromechanik Ausführung und Art der Verdrahtung Übergeordnete Steuerung 3-12

51 Inbetriebnahme Kapitel 4 4-1

52 4. Inbetriebnahme Inhaltsverzeichnis 4.1 Inbetriebnahme des SEC-ST

53 4. Inbetriebnahme 4.1 Inbetriebnahme des SEC-ST Stellen Sie den Strangstrom gemäß Kapitel Die Stromeinstellung ein. Achten Sie darauf, dass der eingestellte Strom an den Schrittmotor angepasst ist. Vorsicht Ein zu hoch eingestellter Strom kann zur Überhitzung des Motors führen. Stellen Sie den gewünschten Schrittwinkel gemäß Kapitel Der Stepmodus ein. Prüfen Sie, ob der eingestellte Schrittwinkel von Ihrer Positioniersteuerung berücksichtigt wird. Nachdem alle Anschlüsse ausgeführt wurden, kann die Stromversorgung eingeschaltet werden. Der angeschlossene Motor kann hierbei eventuell einen Schritt ausführen. Aus diesem Grund ist es empfehlenswert, den Motor von der Last abgekoppelt einem Probelauf zu unterziehen. 4-3

54 4. Inbetriebnahme Nach dem Einschalten leuchtet die blaue Power-LED. Bei Aufleuchten der roten Error-LED muss die Netzversorgung sofort wieder abgeschaltet werden. Prüfen Sie dann die Anschlüsse (siehe Kapitel 5 Diagnose und Fehlerbehebung ). Tasten Step+ und Step Taste Clock Sim Taste Reset Mit diesen Tasten können Sie den Schrittmotor testen. Beim Betätigen der Taste Step+ dreht sich der Schrittmotor. Die Drehrichtung ist abhängig vom Anschluss der Motorphasen, bei den Schrittmotoren von Festo im Uhrzeigersinn (mit Blick auf die Motorwelle). Die Drehzahl nimmt schrittweise zu. Beim Betätigen der Taste Step dreht der Schrittmotor in die andere Richtung. Mit dieser Taste kann der Eingang Clock simuliert werden. Bei jedem Betätigen wird ein Schritt ausgeführt. Die Taste ist nicht entprellt. Durch Drücken dieser Taste können Sie den SEC-ST zurücksetzen. Alle Ein- und Ausgänge, Anzeigen und Taster sind dann ohne Funktion. Der Motorstrom wird abgeschaltet. Nach dem Loslassen der Taste wird der SEC-ST neu initialisiert, der Motor wird wieder bestromt und nimmt seine Ausgangsposition ein. Hinweis Alle Einstellungen, die Sie am SEC-ST vornehmen, werden erst nach Betätigen der Reset-Taste (oder nach Ein- und wieder Ausschalten) aktiv! 4-4

55 Diagnose und Fehlerbehandlung Kapitel 5 Diagnose und Fehlerbehandlung 5-1

56 5. Diagnose und Fehlerbehandlung Inhaltsverzeichnis 5.1 Fehlermeldungen des SEC-ST Fehlfunktion des SEC-ST

57 5. Diagnose und Fehlerbehandlung 5.1 Fehlermeldungen des SEC-ST Der SEC-ST besitzt eine rote LED, die einen eventuell vorliegenden Fehler anzeigt. LED Error leuchtet rot bei: Übertemperatur: Die Endstufe ist überhitzt und wurde abgeschaltet. Kurzschluss: Es liegt ein Kurzschluss zwischen den Motorsträngen oder gegen GND vor. 5-3

58 5. Diagnose und Fehlerbehandlung 5.2 Fehlfunktion des SEC-ST Störung Ursache Möglichkeiten Power LED leuchtet nicht Keine Versorgungsspannung Versorgungsleitung prüfen Netzgerät prüfen Error LED rot leuchtet Kurzschluss am Motorausgang Motor prüfen Motorleitung prüfen Motor führt keinen Schritt aus, Power LED leuchtet blau, Error LED rot ist aus Motor verliert Schritte Überhitzung der Endstufe Dip-Schalter 8 off Motorleitung defekt Bremse nicht aktiviert Zu hohe Frequenz. Motor kann gefordertes Moment nicht abgeben Wicklungswiderstand Motor zu klein Motor defekt, prüfen Einbauverhältnisse Controller prüfen Dip-Schalter 8 auf on Motorleitung prüfen Bremse durch anlegen von 24 VDC öffnen Motorkennlinie prüfen, welches Moment abgegeben werden kann Frequenz verringern (Steuerung) Bild 5/1: 5-4

59 Technischer Anhang Anhang A A-1

60 A. Technischer Anhang Inhaltsverzeichnis A. Technischer Anhang... A-1 A.1 Technische Daten... A-3 A.1.1 SEC-ST-48-6-P01... A-3 A.1.2 Grenzwerte... A-4 A-2

61 A. Technischer Anhang A.1 Technische Daten A.1.1 SEC-ST-48-6-P01 Merkmal Nennstrom I n Nennspannung U n Betriebsart Betriebsmodus Schritteinstellung Schrittfrequenz Stromabsenkung Manuelle Fahrt LED Taster Anschlussart Befestigungsart Umgebungstemperatur Lagertemperatur Relative Luftfeuchtigkeit (nicht kondensierend) Schutzart Zulassung Wert 1, A einstellbar VDC Bipolar-Chopper-Driver 1/1-Schritt = 200 Schritte/Umdrehung 1/2-Schritt = 400 Schritte/Umdrehung 1/4-Schritt = 800 Schritte/Umdrehung 1/5-Schritt = 1000 Schritte/Umdrehung 1/8-Schritt = 1600 Schritte/Umdrehung 1/10-Schritt = 2000 Schritte/Umdrehung 1/32-Schritt = 6400 Schritte/Umdrehung über Dip-Schalter max. 40 khz 0 oder 70 % über Dip-Schalter wählbar über Tasten Step+ und Step blau (Power), rot (Error) RESET, Step+, Step, CLK Sim. Schraubsteckklemmen TS 35 DIN- Hutschiene 0 C C 10 C C Vor Feuchtigkeit schützen, keine Betauung IP20 CE Kennzeichnung Bild A/2: A-3

62 A. Technischer Anhang A.1.2 Grenzwerte Eingänge Stecker PIN U in [V DC] U in max. [V DC] I in I in max. En V 28 V 5, ,2 ma 22 ma En V 7,5 V 4, ma 8,4 ma En 0 V Clk V 28 V 5, ,2 ma 22 ma X1 Clk V 7,5 V 4, ma 8,4 ma Clk 0 V Dir V 28 V 5, ,2 ma 22 ma Dir V 7,5 V 4, ma 8,4 ma Dir 0 V X V 51 V ,5 A 7 A GND 0 V Ausgänge Stecker PIN U out [V DC] U out max. [V DC] I out I out max. X1 Err V 30 V ma 30 ma Err V Strang A V 51 V ,5 A 7 A X2 Strang A/ V 51 V ,5 A 7 A Strang B V 51 V ,5 A 7 A Strang B/ V 51 V ,5 A 7 A A-4