Выбор блока питания для контроллера и подключение шагового актуатора

[ZharTheMad]

Добрый день! Я являюсь аспирантом биологического направления, и мне в ходе эксперимента необходимо растягивать подложку с находящимися на ней клетками. Для автоматизации процедуры растяжения я приобрёл два гибридных шаговых актуатора (ША) с биполярными обмотками (сторонней фирмы, не от «Электропривод»), для растяжения подложки в плоскости по двум осям, и два контроллера SMSD-1.5 к ним. Но с теорией управления шаговыми двигателями (да и с электроникой в принципе) не знаком совсем. Не могли бы вы ответить на вопросы, касательно правильной организации работы ША?
1.   Какой блок питания выбрать для связки из контроллера SMSD-1.5 и одного ША? Подключённый ША имеет следующие характеристики: шаг – 1,8°, питание – 5 VDC, ток фазы – 0,24 A (номинальный, как заявляет производитель), сопротивление фазы – 20,4 Ом, индуктивность фазы – 5 мГн, мощность – 2,45 Вт. Таких ША два, каждый подключён к отдельному контроллеру. Для каждой связки контроллер-ША нужно брать отдельный блок питания, или можно один на обе (предполагается, что в некоторых экспериментах они будут работать совместно, а в некоторых одна связка может быть выключена)?
1.1.   Подойдёт ли для питания связки контроллер-ША нерегулируемый импульсный блок питания, вроде GZM-U25S12? Или нерегулируемый импульсный блок питания нужен только под двигатель, а для контроллера нужен другой тип блока питания?
1.1.1.    Насколько мне удалось узнать, напряжения блока питания надо выбирать исходя из режима работы. Предполагается использование ША на скоростях не выше 1200 шагов/сек (насколько я понимаю, это 6 об/сек в полношаговом режиме), кратковременное ускорение (чтобы начало и окончание растяжения не происходило рывком) будет в начале и в конце рабочей программы, затем ША будет продолжительное время (около 15-20 минут) работать в режиме удержания. Блок питания с какими характеристиками выбрать под такой режим?
Касательно приведённого блока питания (GZM-U25S12):
1.2.   Не будет представленный блок питания со своими 12 В/25 Вт/2,1 А избыточен для требуемых двигателем 5 В/2,45 Вт/ 0,24 А?
1.2.1.   Почему при 5 VDC и токе фазы 0,24 A  мощность 5 В•0,24 А получается в два раза меньше паспортных 2,45 Вт?
1.3.   Чем чревато выставление тока фазы ША 0,2 А вместо паспортных 0,24 А? Вопрос на случай, если я буду менять SMSD-1.5 на SMSD-4.2, где можно выставить ток фазы либо 0,2 А либо 0,3А.
2.   У SMSD-1.5 ток фазы выставляется вручную потенциометром, но шаг основных делений – 0,16А. Т.е. идут деления 0 А – 0,16 А – 0,32 А, а мне надо 0,24 А, т.е. промежуточное значение. Как мне проверить, что я правильно довернул потенциометр и выставил именно 0,24, а не 0,27 А или 0,23 А? У меня есть мультиметр, можно ли им измерить силу тока подаваемую на фазы? На каждую из двух обмоток должно одновременно подаваться по 0,24 А?
3.   Как подключать ША к контроллеру? В паспорте контроллера чётыре фазы (А*, А, В*, В), в паспорте ША – почему-то 8 фаз (?), от Q1 до Q8 .
Но при этом, у ША 4 провода: красный, красно-белый, зелёно-белый, красный.  Насколько мне удалось понять, красный и красно-белый – к фазе А, зелёно-белый и зелёный – к фазе. Но A и A* - это А+ и А- соответственно, или наоборот?
4.   ША должны находиться на платформе микроскопа, в то время как контроллеры туда поместить нельзя. Возможно, длины проводов от фаз ША может не хватить для подсоединения к контроллеру. Можно ли удлинять провода от фаз ША скруткой, не вызовет ли это каких-либо побочных эффектов (вроде потерь силы тока и т.д.)?
5.   Можно ли подключить два контроллера к одному компьютеру и работать с ними одновременно?
6.   У контроллеров заявлена возможность синхронизации. Как именно её осуществить?

[Administrator]

Добрый день!

Постараюсь ответить на Ваши вопросы.
1. В Вашем случае можно использовать один источник питания на оба привода.
Указанное напряжение 5В - это всего лишь напряжение, которое нужно подать на фазу двигателя в режиме остановки, чтобы ток вырос до
заявленного максимального значения 0,24А. Так как двигатель обладает ненулевой индуктивностью, при начале вращения сопротивление увеличивается,
и для поддержания тока 0,24А потребуется уже большее напряжение.

1.1. Подойдет. Но возможно, стоит рассмотреть модель с большим напряжением (24В). Источник питания подключается к контроллеру. Для двигателя источником питания (источником постоянного тока) является блок управления (контроллер).

1.1.1. Так как шаговый двигатель обладает ненулевой индуктивностью, то чем выше скорость вращения двигателя, тем выше требуется напряжение
для поддержания в фазе номинального значения тока. Под указанный режим мы бы предложили источник питания 24В, но так как двигатель нам не знаком, с уверенностью об этом говорить нельзя.
При напряжении 24В у двигателя будет лучше динамика и больший момент на рабочей скорости. Но есть вероятность, что двигатель может излишне греться.
С источником 12В  перегрев двигателя маловероятен, но момент (и усилие на валу актуатора) на рабочей скорости будет ниже.

1.2. Теоретически можно использовать источник питания меньшей мощности, но вряд ли будет существенный выигрыш по стоимости.
1.2.1. Что такое мощность для шагового двигателя в данном случае - остается загадкой. Возможно, это максимально возможная выходная механическая мощность при каких-то определенных значениях скорости.
Однако, выходная механическая мощность сильно зависит от используемого блока управления.
Электрическая мощность для шагового двигателя - понятие неприменимое.

1.3. Меньше ток - меньше выходной момент, меньшее усилие на штоке актуатора. При ненулевой скорости движения в любом случае ток в фазе двигателя будет меньше указанного значения 0,24А.
Больше ток - больше выходной момент. Номинальный ток в фазе соответствует номинальному (=максимальному=заявленному) моменту шагового двигателя.
При сильном превышении тока двигатель начинает греться. В этом случае необходимо следить за тепловым режимом и не допускать его перегрев.
В случае использования блока SMSD-4.2 есть возможность настройки сброса тока в режиме удержания до 70% от номинального значения. Т.е. во время движения на рабочей скорости ток не будет достигать макисмального значения  из-за индуктивности двигателя, в режиме удержания ток автоматически будет сбрасываться до 70%. Остается следить за тем, чтобы двигатель не работал длительное время на маленьких скоростях (или следить за тем, чтобы двигатель не перегревался).

[Administrator]

2. Установите ток 0,16А и проверьте, хватает ли усилия на штоке актуатора. Если не хватает - установите на 0,32А и последите за нагреванием двигателя. Если перегрева нет, можно оставить так.
3. Прямого способа измерения нет. Теоретически можно подключить последовательно в фазу сопротивление известного номинала и измерить в режиме удержания падение напряжения на этом сопротивлении. Затем вычислить ток. Но это нецелесообразно. Попробуйте просто работу на 0,16А и 0,32А.
4. Лучше пайка. Чем надежнее контакт, тем лучше.
5. Какая версия блоков SMSD-1.5 у Вас? Если USB, можно подключить два привода к разным разъемам USB и управлять ими независимо. При этом приводы будут работать независимо и не синхронизированно.
6. Посредством входных/выходных сигналов и команд синхронизации (установить флаг, снять флаг, ожидать сигнал на входе X, непрерывное движение о поступления сигнала на вход X).

[ZharTheMad]

Благодарю за оперативный ответ!
Всё стало понятнее, но некоторые вопросы остались. Вы не могли бы на них ответить?
1.1.  То есть то, что блок питания будет выдавать силу тока/мощность в несколько раз большие (2,1 А и 25 Вт у GZM-U25S12 против требуемых 0,24А и 2,45 "Вт"), чем требуется для ША, не скажется негативно на сроке службы ША или контроллера? 
1.1.1. В режиме удержания, насколько я понимаю, будет вероятнее получить перегрев из-за избыточного напряжения, чем недостаточно высокое усилие на штоке из-за малого напряжения? Производитель предоставил графики зависимости усилия на штоке от частоты шагов при использовании контроллера типа Chopper с напряжением питания 40 В (la_graphs.jpg во вложении). Можно ли по ним сделать какие-то предположения о падении усилия?
Однако Вы написали, что «Остается следить за тем, чтобы двигатель не работал длительное время на маленьких скоростях». А чем это чревато?
2. Касательно установки тока фазы в SMSD-1.5:  возможность установить промежуточное значение всё же присутствует? Производитель рекомендовал не отклоняться от паспортного значения тока фазы ША. Или я всё же зря предпочёл SMSD 1.5 контроллеру SMSD-4.2LAN?
3. Я сомневаюсь, что правильно понял, как подключать ША к контроллеру. У ША 4 провода: красный, красно-белый, зелёно-белый, красный, но схема отведений в паспорте изделия какая-то странная (313.jpg). Насколько мне удалось понять из схемы  для похожего актуатора от "Электропривод", красный – к фазе А+, красно-белый – к фазе А-, зелёно-белый – к фазе В-, зелёный – к фазе В+ (eprivod_la.jpg). В моём случае так же? Только у SMSD-1.5 маркировка фаза "фаза со *" и "просто фаза". Неясно, "*" - это "+" или "-" ?

[Administrator]

1.1.
Во-первых, блок питания будет выдавать стабилизированное напряжение. Ток будет потребляться контроллером от источника питания - столько, сколько ему необходимо.
Значение тока 2,1А - это максимальное значение, которое может быть потреблено от источника питания до того, как у него (источника) сработает защита от перегрузки.
Во-вторых, максимальный ток фазы шагового двигателя и ток, потребляемый контроллером от источника питания - это две принципиально разные величины.
Ток, потребляемый приводом от источника будет совсем другим. Т.е. за ресурс переживать нет причин.
1.1.1. Усилие на штоке в процессе движения будет напрямую зависеть от того, какое напряжение используется.
А вот будет ли это усилие недостаточным или нет - сказать сейчас невозможно, так как
1) у нас нет графиков зависимости момента для вашего двигателя и
2) мы не знаем, какое фактическое усилие требуется
График, предоставленный производителем, дает единственную полезную информацию - этот актуатор может работать при напряжении 40В. Так что 24В ему вряд ли не повредит.

К сожалению, у нас нет информации о типе двигателя в данном актуаторе. Если предположить, что это двигатель с основным угловым шагом 1,8 градуса (т.е. 200 шагов на оборот), то предоставленному графику мы можем сказать, что
при использовании актуатора с контроллером Chopper при напряжении питания 40В усилие при скорости 6 об/сек соответствует  позиции на графике при 1200 шагов/сек
(Что именно представлено на графике не совсем понятно. Наверное, там должны быть еще какие-то поясняющие комментарии).

[Administrator]

"Однако Вы написали, что «Остается следить за тем, чтобы двигатель не работал длительное время на маленьких скоростях». А чем это чревато?"

Имеется ввиду, что на маленьких (близких к нулю) скоростях ток в фазе двигателя успевает нарастать почти до максимального установленного значения.
Т.е. если выставить ток больше, чем разрешенный на фазу двигателя, на больших скоростях это не приведет к негативным последствиям. А на маленьких превышение тока в обмотке может вызвать перегрев двигателя.

[Administrator]

2. Можно устанавливать промежуточные значения.
"Производитель рекомендовал не отклоняться от паспортного значения тока фазы ША" - видимо, производитель хочет защитить себя от возможных недовольств клиентов. Так как если выставить меньший ток, актуатор не выдаст заявленного усилия. Выставив больший ток легко перегреть двигатель. Здесь правильнее разобраться в принципах и понимать, в какие моменты ток в фазе действительно будет таким, как выставлен на блоке управления. Очень многие клиенты намеренно устанавливают ток фазы больше номинального, чтобы обеспечить приемлемый момент на высоких скоростях. Только за тепловым режимом следить при этом нужно.

[Administrator]

3. Плюс и минус в данном случае весьма условны. Есть начало и конец фазы. Назначив один конец началом, второй автоматически становится концом.

[ZharTheMad]

3. Плюс и минус в данном случае весьма условны. Есть начало и конец фазы. Назначив один конец началом, второй автоматически становится концом.

Т.е. от того, подключу ли я красный и зелёный к "+" а зелёно-белый и красно-белый к "-" или наоборот будет зависеть только направление вращения двигателя?
И как Вы считаете, какой, блок питания лучше использовать для связки SMSD-1.5+ША:
1) H25S24: https://electroprivod.ru/gzm-h25.htm
2) DR-30-24:  https://electroprivod.ru/dr-30.htm
Или между ними нет особой разницы?

[Administrator]

Принципиальной разницы кроме корпуса нет. Есть небольшие отличие по параметрам.
Насколько я знаю, H25S24 сейчас нет в наличии.

[ZharTheMad]

Огромное спасибо за Вашу помощь.
Последний вопрос: насколько важно наличие заземления в блоке питания? Сеть нашего учреждения заземление имеет, поэтому и возникает такой вопрос.
Блок DR-30-24 позволяет подключить 2 устройства (если я правильно понимаю, в этом случае я смогу обе пары SMSD-1.5+ША подключить на 1 блок), но не имеет заземления, H25S24 - одно, но с заземлением. Стоит ли жертвовать количеством подключаемых устройств в пользу заземления?

[Administrator]

Заземление подключается с целью повышения безопасности конечного изделия и с целью снижения помех.

DR-30 имеет пластиковый корпус и рассчитан на то, что заземление не подключается.
Но допустим ли этот конкретный вариант для Вашего применения, сможете решить только Вы сами.

Оба блока допускают подключение двух приводов.