Schrittmotor Controller

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1 Schrittmotor Controller Beschreibung Typ SEC ST 48 6 P01 Montage und Installation de 0503b

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3 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Autor M. Schöttner Layout Festo AG & Co., Abtl. KI DT Satz DUCOM Ausgabe de 0503b Benennung Anwenderdokumentation Bezeichnung SEC ST 48 6 P01 DE Bestell Nr E (Festo AG & Co. KG, D Esslingen, 2003) Internet: E Mail: 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. I

4 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise II

5 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Inhaltsverzeichnis Bestimmungsgemäße Verwendung Allgemeines zu Schrittmotorsystemen Vorgehensweise zur richtigen Einstellung des Schrittmotors Zielgruppe Service Hinweise zur vorliegenden Beschreibung Wichtige Benutzerhinweise Warenzeichen Sicherheitshinweise VI VII XII XV XV XV XVI XVIII XVIII 1. Systemübersicht 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 Schalter Enable III

6 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise 2. Montage Abmessungen Abmessungen des SEC ST Stromversorgung des SEC ST Elektromechanik Vorderansicht Installation Material Hersteller Stecker X1 für Steuerkabel Stecker X2 für MotorAnschluss MTR ST Stecker für Stromversorgung PE Anschluss des SEC ST Steckverbinder und deren Pinbelegungen X1 Stecker für Steuerkabel KSPC SECST 1, Motorkabel und Stromversorgung für den SEC ST Verbindungskabel anschließen Anschlussübersicht SEC ST Gesamtsystem Motor an SEC ST anschließen SEC ST an Stromversorgung anschließen SEC ST an Steuerung (SPC200) anschließen PE Schutzleiter und Schirmanschlüsse Anschlusshinweise Galvanische Trennungen Maßnahmen zur Einhaltung von EMV Richtlinien Inbetriebnahme Inbetriebnahme des SEC ST IV

7 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise 5. Diagnose und Fehlerbehebung Fehlermeldungen des SEC ST Fehlfunktion des SEC ST A. Technischer Anhang A 1 A.1 Technische Daten A 3 A.1.1 SEC ST 48 6 P A 3 A.1.2 Maximum Ratings A 4 V

8 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 in stalliert sein. Betreiben Sie den SEC ST nur unter den zulässigen Umge bungsbedingungen. Der SEC ST darf nur im stationären industriellen und gewe werblichen 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 Schalt schrank 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. ein zuhalten. 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

9 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Allgemeines zu Schrittmotorsystemen Beschreibung Schrittmotoren sind eine Sonderbauform des Synchronmo tors, die durch Stromimpulse aus einem dafür notwendigen Steuergerät angesteuert werden. Dabei entspricht ein Impuls immer dem gleichen Drehwinkel. Das erlaubt eine Positionie rung ohne Rückmeldung. Schrittmotoren finden auf Grund ihrer digitalen Drehbewe gung Anwendung als Schaltwerk und in der Positioniertech nik. Dabei ist zu beachten, dass die Steuerung keinerlei Rück meldung 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 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 Halb, Viertel, Fünftel, Achtel oder Zehntelschritt. Dadurch lässt sich die maximale Auflö sung der Positionen, die ein Schrittmotor anfahren kann, we sentlich verfeinern. Der kleinste inkrementelle Weg (Auflösung) an einer Positio nierachse wird bestimmt durch den Schrittwinkel des Motors (Anzahl der Schritte pro Umdrehung) und der Vorschubkon stante der Positionierachse (bestimmt durch den Durchmes ser des Antriebsritzels bzw. der Steigung der Spindel). VII

10 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Dies lässt sich wie folgt berechnen: Anzahl der Schritte pro Umdrehung 360 Schrittwinkel des Motors Vorschubkonst. der Achse Getriebeüersetzung Auflöung 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 Achskombina tion angefahren werden können, sind durch 0,075 teilbar. Fährt man hingegen mit Viertelschritt, so beträgt die Auflö sung 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 be rücksichtigen. Dies ist zu beachten, wenn man sehr genaue Positionierauf träge ausführen möchte. VIII

11 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 Mo tor den Schritt auch tatsächlich ausgeführt hat. Dadurch ist es äußerst wichtig die Dimensionierung des Mo tors anhand seiner Drehzahl Drehmomentkennlinie vorzuneh men. Man stellt dabei sicher, dass die angelegte Last vom Motor auch tatsächlich mit der vorgegebenen Beschleuni gung und Geschwindigkeit beweget 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 positionierend Teil nicht mehr in gewünschter Position. Es können also Fehler auftreten, die im Gesamtsy stem überwacht werden müssen, beispielsweise durch End schalter. Start Stop Frequenz Eine weitere wichtige Größe bei der Verwendung von Schritt motoren 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 Schrittver lust anlaufen und auch wieder anhalten kann. Schrittverluste können beim Verzögern (Anhalten) genauso wie beim Beschleunigen auftreten! IX

12 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Resonanzfrequenzen Durch die Einprägung eines festen Stromes für das maximale Haltemoment eines Schrittmotors kann dieser zum Schwin gen 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 un günstigen Zeit, so fällt das System in Resonanz. Mit folgenden Möglichkeiten lassen sich solche Resonanzer scheinungen 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. Viertelschrittbe trieb 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. X

13 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 sinn voll 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 ei nem Schrittverlust gleichzustellen ist. Der eingestellte Strangstrom fließt zu jeder Zeit durch die jeweils aktive 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 Halte moment 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 Still stand des Motors zu reduzieren. Der Festo Schrittmotorcon troller 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. XI

14 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 Dreh moment Kennlinie ermitteln. Dabei sollten man beachten, dass der nutzbare Bereich der Drehzahl oberhalb des Drehzahl bei ca. 80 % des Maximalen Moments liegt. Darüber ist der Drehmomentverlust des Mo tors so groß, dass die Gefahr steigt, Schritte zu verlieren. Beim Vollschrittbetrieb ist verstärkt mit Resonanzerscheinun gen 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 Re sonanzen 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. XII

15 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Beispiel Bild 0/1: obere Kurve S1 Vollschritt / untere Kurve S2 Halbschritt M = Moment, n = Drehzahl Aus der Kennlinie kann nun ermittelt werden, welche Maxi malgeschwindigkeit bei Voll oder Halbschritt in Abhängigkeit des angelegten Drehmoments gefahren werden kann (Am Beispiel ca U/min bei Halbschritt). Ermitteln der Start Stop Frequenz Es ist vorteilhaft, die Start Stopp Frequenz so hoch wie noch möglich einzustellen, da speziell im niedrigen Frequenzbe reich Resonanzen auftreten können, die zu Schrittverlusten führen. Die Start Stop Frequenz wird so lange erhöht, bis der An trieb 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. XIII

16 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Wie können Resonanzerscheinungen unterdrückt werden? Tips und Tricks! S Halbschritt statt Vollschritt. Halbschritt ist dabei besser als Vollschritt. Der 2 Phasen Schrittmotor zeigt bei Halbschritt generell gute Laufeigen schaften. S S S S Phasenstrom niedriger einstellen (auf den wirklich benö tigten Wert). Das verringert zwar die Steifigkeit, aber auch die Schwingneigung des Systems. Betriebsfrequenzen ungleich Resonanzfrequenzen. Oft liegt die Betriebsfrequenz in der Nähe der Resonanzfre quenz oder einem Vielfachen davon. Geringe Abweichun gen 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 schell zum Schwin gen. Erhöhung der Reibung (Notlösung) Reibung wirkt dämpfend auf das Gesamtsystem, Nutz drehmoment geht aber dabei verloren. XIV

17 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Zielgruppe Diese Beschreibung wendet sich ausschließlich an ausgebil dete Fachleute der Steuerungs und Automatisierungstech nik, die S S sich zum ersten Mal mit einer Steuerung von Schrittmoto ren 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 Inbetrieb nahme Ihres SEC ST erfolgreich durchzuführen. In diesem Handbuch erhalten Sie wichtige Informationen und erwerben die grundlegenden Kenntnisse, den SEC ST fachge recht zu bedienen. Die meisten Arbeitsschritte in diesem Handbuch sind in zwei Teile gegliedert: S S Beschreibungsteil: hier erfahren Sie wichtige Hinweise und das Ziel des je weiligen Arbeitsschrittes. Anweisungsteil: hier treten Sie in Aktion und führen die Arbeitsschritte aus. XV

18 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Wichtige Benutzerhinweise Gefahrenkategorien Diese Beschreibung enthält Hinweise auf mögliche Gefahren, die bei unsachgemäßem Einsatz des Produkts auftreten kön nen. Diese Hinweise sind mit einem Signalwort (Warnung, Vorsicht, usw.) gekennzeichnet, schattiert gedruckt und zu sätzlich 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 Sach schaden entstehen kann. Hinweis... bedeutet, dass bei Missachten Sachschaden entstehen kann. Zusätzlich kennzeichnet das folgende Piktogramm Textstel len, die Tätigkeiten mit elektrostatisch gefährdeten Bauele menten beschreiben: Elektrostatisch gefährdete Bauelemente: Unsachgemäße Handhabung kann zu Beschädigungen von Bauelementen führen. XVI

19 Inhalt und allgemeine Sicherheitshinweise Kennzeichnung spezieller Informationen Folgende Piktogramme kennzeichnen Textstellen, die spe zielle Informationen enthalten. Piktogramme Information: Empfehlungen, Tipps und Verweise auf andere Informations quellen. Zubehör: Angaben über notwendiges oder sinnvolles Zubehör zum Festo Produkt. Umwelt: Informationen zum umweltschonenden Einsatz von Festo Pro dukten. Textkennzeichnungen S 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

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

21 Systemübersicht Kapitel 1 1 1

22 1. Systemübersicht Inhaltsverzeichnis 1. Systemübersicht 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 Schalter Enable

23 1. Systemübersicht 1.1 Übersicht Der Schrittmotor Controller SEC ST dient zur einfachen Inbe triebnahme von Schrittmotoren in 2 Strangtechnik. Über digitale Eingänge kann die Ansteuerung hinsichtlich Schrittzahl und Richtung ausgeführt werden. 1.2 Leistungsmerkmale S S S S S S S S S 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 Voll, Halb, Viertel, Fünftel, Achtel, und Zehntelschritt möglich Schrittfrequenz max. 40 khz Manuelle Fahrt über Tasten möglich Schutzfunktion gegen Übertemperatur und Kurzschluss Error Ausgang 1 3

24 1. Systemübersicht 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 anzusteu ern. (siehe Abschnitt 1.6. Benutzerschnittstellen) Mittels Taster kann ein Einzelschritt oder Fahrt in beide Dreh richtungen ausgeführt werden. 1.4 Leistungsendstufe Kurzbeschreibung Die integrierte Leistungsendstufe ist in der Lage bis 6 A Strangstrom zu steuern. Der Strangstrom wird über Dipschal ter eingestellt. (siehe 1.7.2) Interne Überwachung Die Endstufe besitzt eine Übertemperaturabschaltung, sowie eine Überwachung bei Kurzschluss der Motorstränge unter einander oder gegen GND. (Ausgabe siehe 1.6. Benutzer schnittstellen) 1 4

25 1. Systemübersicht 1.5 Anzeigen Betriebsbereitschafts Anzeige Die grüne Betriebsbereitschafts LED auf der Vorderseite des SEC ST zeigt die Betriebsbereitschaft Fehleranzeige Eine Fehleranzeige erfolgt über eine rote LED Error. 1 5

26 1. Systemübersicht 1.6 Benutzerschnittstellen Eingang Enable Über den Eingang Enable kann der Controller freigeschaltet werden. Ext. Steuerung (z. B. SPC200) 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. Bitte beachten Sie die Ausgangspegel Ihrer Steuerung! Als Signalpegel können +24 V oder +5 V verwendet wer den. 1 6

27 1. Systemübersicht Eingang Direction Über den Eingang Direction wird die Drehrichtung des Motors bestimmt. Ext. Steuerung (z. B. SPC200) 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. Bitte beachten Sie die Ausgangspegel Ihrer Steuerung! Als Signalpegel können +24 V oder +5 V verwendet wer den. CLK 1 0 DIR 1 0 motor step Bild 1/3: 1 7

28 1. Systemübersicht Eingang Clock Über den Eingang Clock führt der Motor einen Schritt aus. Ext. Steuerung (z. B. SPC200) 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. Bitte beachten Sie die Ausgangspegel Ihrer Steuerung! Als Signalpegel können +24 V oder +5 V verwendet wer den. CLK 1 0 DIR 1 0 motor step Bild 1/5: 1 8

29 1. Systemübersicht 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

30 1. Systemübersicht 1.7 Einstellungen Der Stepmodus Der Stepmode kann vom Anwender mittels Dip Schalter 1, 2 und 3 eingestellt werden Vollschritt Fünftelschritt Halbschritt Achtelschritt Viertelschritt 2 3 Zehntelschritt Bild 1/8: Der Defaultwert (ab Werk) ist auf Halbschritt eingestellt. 1 10

31 1. Systemübersicht Schrittbezeichnung Schrittzahl pro Umdrehung Vollschritt 200 Halbschritt 400 Viertelschritt 800 Fünftelschritt 1000 Achtelschritt 1600 Zehntelschritt 2000 Hinweis Bei Verwendung von Viertel, Fünftel, Achtel oder Zehn telschritt ergeben sich andere Verfahrwege! Erfolgt die Ansteuerung über eine SPS von Festo (SPC200), so werden nur Voll und Halbschritt unterstützt Die Stromeinstellung Die 8 einstellbaren Stromwerte orientieren sich an den Schrittmotoren von Festo MTR ST 42..., MTR ST und MTR ST Die Einstellung wird mit den Dip Schaltern 4, 5 und 6 vorge nommen. 1 11

32 1. Systemübersicht 4 5 1,25 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

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

34 1. Systemübersicht 1 14

35 Montage Kapitel 2 2 1

36 2. Montage Inhaltsverzeichnis 2. Montage Abmessungen Abmessungen des SEC ST Stromversorgung des SEC ST Elektromechanik Vorderansicht

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

38 2. Montage Hinweis Schirme können an den dafür vorgesehenne Erdungs schrauben, M4, angeklemmt werden. Befestigungsschrauben dürfen nicht als Erdungsschrau ben verwendet werden! Die Geräte der Baureihe sind als Kompaktgerät für die Schalt schrank oder Wandmontage vorgesehen.die im Betrieb an fallende Verlustleistung und damit die Erwärmung des Gerä tes ist von der Abgabeleistung abhängig. Die Kühlung der SEC ST erfolgt durch Zwangsbelüftung mit dem serienmäßig mitgelieferten Lüfter. Für eine ausreichende Kühlung muss allseitig mindestens ein Abstand von 3 cm eingehalten wer den. 3 cm 2 4

39 2. Montage 2.2 Stromversorgung des SEC ST Bild 2/2: Für Nennleistungen im Auslegungsbereich ist ein Netzteil 48VDC (SVG SEC 48 6) erforderlich. Der SEC ST kann auch an 24 VDC betrieben werden. Einbußen in der Dynamik der Schrittmotoren sind hierbei in Kauf zu nehmen. (Siehe Daten blätter Schrittmotoren). Warnung S Verwenden Sie für die elektrische Versorgung aus schließlich PELV Stromkreise nach IEC/DIN EN (Protective Extra Low Voltage, PELV). Berücksichtigen Sie zusätzlich die allgemeinen Anforde rungen an PELV Stromkreise gemäß der IEC/DIN EN S 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 Anforde rungen). 2 5

40 2. Montage 2.3 Elektromechanik Vorderansicht 1 Taste 1 2 Taste 2 3 Stecker X1 4 LED 1 5 Taste 3 6 Taste 4 7 Schalter Stecker X2 9 Stecker X Bild 2/3: Vorderansicht SEC ST 508 Warnung Beachten Sie die Steckerbelegung am Steckverbinder X3. Ein Vertauschen der Anschlussklemmen kann schwere Schäden am Gerät zur Folge haben. 2 6

41 Installation Kapitel 3 3 1

42 3. Installation Inhaltsverzeichnis 3. Installation Material Hersteller Stecker X1 für Steuerkabel Stecker X2 für MotorAnschluss MTR ST Stecker für Stromversorgung PE Anschluss des SEC ST Steckverbinder und deren Pinbelegungen X1 Stecker für Steuerkabel KSPC SECST 1, Motorkabel und Stromversorgung für den SEC ST Verbindungskabel anschließen Anschlussübersicht SEC ST Gesamtsystem Motor an SEC ST anschließen SEC ST an Stromversorgung anschließen SEC ST an Steuerung (SPC200) anschließen PE Schutzleiter und Schirmanschlüsse Anschlusshinweise Galvanische Trennungen Maßnahmen zur Einhaltung von EMV Richtlinien

43 3. Installation 3.1 Material Hersteller Vorsicht Verwenden Sie zur Verkabelung des Systems ausschießlich die im Folgenden aufgeführten Kabel. Nur dann ist die ord nungsgemäße Funktion des Systems sichergestellt. Vorsicht Fehlerhaft konfektionierte Kabel können die Elektronik zerstören und unvorhergesehene Bewegungen des Motors auslösen. Testen Sie jedes konfektionierte Kabel nach der Anleitung zur Kabelmontage. Stellen Sie sicher, dass die Kabel richtig verdrahtet sind und dass die Stecker mit Zugentlastung montiert sind. Wir empfehlen folgende Festo Kabel für die Verbindung mit unseren elektrischen Positioniersystemen: Kabel Bezeichnung Teilenummer KMTR ST 5 Motorkabel 5 m KMTR ST 10 Motorkabel 10 m KMTR ST x Motorkabel xm (bis max. 10 m) KSPC SECST 1,5 Steuerkabel zur SPC

44 3. Installation Stecker X1 für Steuerkabel 1 Steckverbinder, 11 polig, Firma Weidmüller, BLZ 3.5/11 SN SW, Best. Nr , im Lieferumfang enthalten Stecker X2 für MotorAnschluss MTR ST... 1 Steckverbinder, 4 polig, Firma Weidmüller, BLZ 5.00/4 SN SW, Best. Nr , im Lieferumfang enthalten Stecker für Stromversorgung 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

45 3. Installation 3.2 Steckverbinder und deren Pinbelegungen X1 Stecker für Steuerkabel 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

46 3. Installation Motorkabel und Stromversorgung für den SEC ST D Sub 9 polig Sicht auf Motorstecker Festo Schrittmotor MTR ST... Weidmüller BLZ 5.00 Sicht auf SEC ST Bild 3/3: Anschlussblegung Motorkabel 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 X1 (Stromversorgung) 3 6

47 3. Installation 3.3 Verbindungskabel 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 S Schließen Sie keine Kabel an die Elektronik an und tren nen Sie keine Kabel ab, solange die Anlage an der Span nungsversorgung angeschlossen ist. Die Elektronik von Leistungsansteuerung und Motor kann sonst zerstört werden. S Messen Sie vor der Installation unbedingt alle Kabel noch einmal durch, da es bei falscher Anschlussbele gung zu schwerwiegenden Funktionsstörungen kommen kann. S Schließen Sie den SEC ST unbedingt an die Schutzerde PE des speisenden Netzes an. S Schließen Sie die Schirmleitungen des Motors unbedingt an den Erdanschluss SEC ST an, bevor Sie den Motor in Betrieb nehmen. Vorsicht S Verlegen Sie Motor und Signalkabel möglichst räumlich getrennt, z. B. in Kabelkanälen mit Zwischenwänden. Verwenden Sie für den Anschluss zum Motor nur ge schirmte Kabel und für Signalleitungen paarweise ver drillte Leitungen. Sie vermeiden durch diese Maßnahmen elektromagnetische Störeinflüsse, die den sicheren Betrieb der Anlage beein trächtigen können. 3 7

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

49 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 24 48VDC (SVG ST 48 6) / PELV Spannungs quelle SEC ST 48 6 P01 Motor (MTR ST...) Kabel zur Steuerung (KSPC SECST 1,5) Motorkabel (KMTR ST 5, 10 oder x) Steuerung (SPS z.b. SPC200 mit Schrittmotorkarte SPC200 SMX 1) Motor an SEC ST anschließen 1. 9 poligen D Sub Stecker für Leistungskabel in die ent sprechende Buchse am Motor stecken. 2. Motorleitungen in Schraubklemme des Steckers anklem men. 3. PE Leitung des Motors an Erdungsklemme PE anschlie ßen. 4. Eventuell Bremsleitungen an Steuerung anschließen. 5. Überprüfen Sie nochmals alle Steckverbindungen. 3 9

50 3. Installation SEC ST an Stromversorgung anschließen 1. Stellen Sie sicher, dass die Stromversorgung ausgeschal tet ist. 2. Stecker in Buchse X3 des SEC ST stecken. 3. PE Leitung des Netzes an Erdungsklemme PE anschlie ßen SEC ST an Steuerung (SPC200) anschließen 1. Stellen Sie sicher, dass die Stromversorgung ausgeschal tet ist. 2. Stecker X1 in Buchse des SEC ST stecken. 3. Masseband des Kabels an Erdungsklemme PE anschlie ßen poliger D Sub Steckverbinder in Schrittmotorensteuer karte einstecken 3 10

51 3. Installation 3.4 PE Schutzleiter und Schirmanschlüsse Anschlusshinweise Der Schirm des Motorkabels wird an den zentralen PE An schlusspunkt des SEC ST geführt. Der netzseitige PE Anschluss wird ebenfalls auf diesen Stern punkt geführt. Bei größeren Längen müssen gesonderte EMV Schutzmaß nahmen beachtet werden. Warnung Alle PE Schutzleiter müssen aus Sicherheitsgründen unbe dingt 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 Störun gen 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 Signal übertragung innerhalb des SEC ST erfolgt über Optokoppler. 3 11

52 3. Installation 3.5 Maßnahmen zur Einhaltung von EMV Richtlinien Die Regler der Produktfamilie SEC ST erfüllen bei geeignetem Einbau und geeigneter Verdrahtung aller Anschlussleitungen mit FESTO Kabeln die Bestimmungen der entsprechenden Fachgrundnormen DIN EN (Störaussendung) und DIN EN (Störfestigkeit). Die Störabstrahlung und Störfestigkeit eines Gerätes ist im mer von der Gesamtkonzeption des Antriebs, der aus folgen den Komponenten besteht, abhängig: Spannungsversorgung SEC ST Motor Elektromechanik Ausführung und Art der Verdrahtung Übergeordnete Steuerung 3 12

53 Inbetriebnahme Kapitel 4 4 1

54 4. Inbetriebnahme Inhalt 4. Inbetriebnahme Inbetriebnahme des SEC ST

55 4. Inbetriebnahme 4.1 Inbetriebnahme des SEC ST S S 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. S S Stellen Sie den gewünschten Schrittwinkel gemäß Kapitel Der Stepmodus" ein. Prüfen Sie, ob der eingestellte Schrittwinkel von Ihrer Positioniersteuerung berücksichtigt wird. (Siehe auch Beschreibung Schrittmotor Indexer Baugruppe für SPC200). 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

56 4. Inbetriebnahme Nach dem Einschalten leuchtet die grüne Power LED. Bei Aufleuchten der roten Error LED Netzversorgung sofort wie der abschalten und Anschlüsse prüfen. (Siehe Kapitel 5. Dia gnose und Fehlerbehebung). Mit der Step+ und Step Taste können Sie den Schrittmotor testen. Beim Betätigen der Taste Step+ dreht sich der Schritt motor im Uhrzeigersinn (Blick auf Motorwelle bei Festo Schrittmotoren MTR ST...). Dabei erhöht er schrittweise seine Drehzahl. Beim Betätigen der Taste Step dreht sich der Schrittmotor in die dementsprechend andere Richtung. Hinweis Alle Einstellungen, die Sie am SEC ST vornehmen, werden erst nach betätigen der Reset Taste aktiv! 4 4

57 Diagnose und Fehlerbehebung Kapitel 5 5 1

58 5. Diagnose und Fehlerbehebung Inhaltsverzeichnis 5. Diagnose und Fehlerbehebung Fehlermeldungen des SEC ST Fehlfunktion des SEC ST

59 5. Diagnose und Fehlerbehebung 5.1 Fehlermeldungen des SEC ST 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

60 5. Diagnose und Fehlerbehebung 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 Überhitzung der Endstufe Wicklungswiderstand Motor zu klein Motor defekt, prüfen Einbauverhältnisse Controller prüfen Motor führt keinen Schritt aus, Dip Schalter 8 off Dip Schalter 8 auf on Power LED grün leuchtet, Error LED rot ist aus Motorleitung defekt Motorleitung prüfen Bremse nicht aktiviert Bremse durch anlegen von 24 VDC öffnen Motor verliert Schritte Zu hohe Frequenz. Motor kann gefordertes Moment nicht ab geben Motorkennlinie prüfen, wel ches Moment abgegeben werden kann Frequenz verringern (Steue rung) Bild 5/1: 5 4

61 Technischer Anhang Anhang A A 1

62 A. Technischer Anhang Inhaltsverzeichnis A. Technischer Anhang A 1 A.1 Technische Daten A 3 A.1.1 SEC ST 48 6 P A 3 A.1.2 Maximum Ratings A 4 A 2

63 A. Technischer Anhang A.1 Technische Daten A.1.1 SEC ST 48 6 P01 Teilenummer SEC ST 48 6 P01 Zuliefererbezeichnung Nennstrom I n Nennspannung U n Betriebsart SMC46 4 1,25 A ~ 6 A einstellbar VDC Bipolar Chopper Driver Betriebsmodus Vollschritt = 200 Schritt/Umdrehung Halbschritt = 400 Schritt/Umdrehung Viertelschritt = 800 Schritt/Umdrehung Fünftelschritt = 1000 Schritt/Umdrehung Achtelschritt = 1600 Schritt/Umdrehung Zehntelschritt = 2000 Schritt/Umdrehung Schritteinstellung Schrittfrequenz Stromabsenkung Manuelle Fahrt LED Taster Anschlussart Befestigungsart über Dip Schalter max. 40 khz 0 oder 70 % über Dip Schalter wählbar über Tasten Step+ und Step grün (Power), rot (Error) RESET, Step+, Step, CLK Sim. Schraubsteckklemmen TS 35 DIN Hutschine Umgebungstemperatur 0 C C ( C bei I < 4,7 A) Lagertemperatur 25 C C A 3

64 A. Technischer Anhang SEC ST 48 6 P01 Relative Luftfeuchtigkeit (nicht kondensierend) Vor Feuchtigkeit schützen, keine Betauung Schutzart IP 20 Zulassung CE Kennzeichnung Bild A/2: A.1.2 Maximum Ratings 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 A 4

65 A. Technischer Anhang 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 0 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 5