15 Motion Control & Schrittmotoren / Stepper

Stepper Move (Relativ / Drive)
bewegt

• Bewegt einen Stepper um eine definierte Strecke in einer vorgegebenen Richtung
• Geschwindigkeit und Beschleunigung werden vorgegeben
• Keine absolute Zielposition notwendig
• Optional mit autom. Referenzierung

• Schieber vor/zurück
• Förderband takten
• Indexieren von Werkstücken
• Einfaches Joggen

Einfache, robuste Bewegungen, bei denen der Weg wichtig ist, nicht die absolute Position im Raum.

Stepper Position (Absolut)
positioniert

• Fährt eine Achse auf eine absolute Zielposition
• Arbeitet auf Basis eines Referenzpunkts (Homing)
• Hält oder überwacht die Position nach Erreichen
• Optional mit Endschalterüberwachung
  
  

• Positionieren von Anschlägen
• Einfache Automaten (XY-Raster)
• Öffnen von Toren oder Klappen (z. B. 30 %)
• Bohren auf definierte Tiefen
• Verstellen von Werkzeugen oder Sensoren

Positionsaufgaben, bei denen eine reproduzierbare Zielposition im Vordergrund steht.

Stepper Path / XYZ (G-Code)
fährt Bahnen

• Steuert mehrere Achsen synchron
• Der Verfahrweg ist geometrisch definiert
• Unterstützt G-Code (z. B. G0/G1)
• Eignet sich für bahngebundene Bewegungen
  
  

• Plotter- oder Fräsbewegungen
• Koordinierte Positionierung mehrerer Achsen
• Bewegungen mit konstantem Vorschub entlang einer Linie

Koordinaten- und Bahnbewegungen, bei denen der Weg entscheidend ist, nicht nur Start und Ziel.

Die Ansteuerung von Motoren kann – abhängig von Mechanik und Anwendung – zu bewegten Teilen und damit zu sicherheitsrelevanten Gefährdungen führen. Compact Logic ist eine Steuerungs- und Logikumgebung und keine sicherheitszertifizierte Steuerung. Funktionen der Maschinensicherheit, wie z. B. Not-Halt oder sichere Abschaltung, sind nicht Bestandteil der Software. Erforderliche Schutzmaßnahmen müssen separat und unabhängig von der Steuerungslogik umgesetzt werden, z. B. durch:

• einen elektrischen Not-Halt, der die Versorgungsspannung der Antriebe abschaltet
• mechanische oder elektrische Eingriffsschutze
• Einhausungen oder Abdeckungen bewegter Teile

Die klare Trennung von Steuerungslogik und Sicherheitsfunktionen entspricht dem etablierten Vorgehen in professionellen Maschinen- und Automatisierungssystemen.

Gemeinsame Eigenschaften

Beide Funktionsbausteine:

• erzeugen Schrittimpulse mit Beschleunigungs- und Bremsrampen
• nutzen identische Mechanismen zur Richtungs- und Geschwindigkeitssteuerung
• stellen umfangreiche Zustands- und Diagnoseinformationen bereit

Die Ausgangswerte können für:

• Visualisierung (HMI)
• Fehlersuche
• Systemverständnis
• sowie zur Weiterverarbeitung in der Anwenderlogik
  verwendet werden.

Gemeinsame Eingangsparameter

Die folgenden Parameter sind bei Stepper Move und Stepper Position identisch aufgebaut:

• Schritte pro Umdrehung
  Anzahl der Schritte für eine vollständige Motorumdrehung (inkl. Microstepping)
• Beschleunigungs- und Bremswerte, Getrennte Parametrierung für:
  • Beschleunigen / Bremsen
  • Bewegung nach rechts / nach links
• Zielgeschwindigkeit
  Schrittfrequenz der Konstantfahrt nach Abschluss der Beschleunigungsrampe

Diese Parameter definieren das dynamische Verhalten des Antriebs
und wirken unabhängig von der jeweiligen Funktionsweise des Bausteins.

Standard-Mode

(Einzelbewegung / Hin- und Rückbewegung)

• Ein Impuls am Eingang Motion bewegt den Motor
  • mit Beschleunigungs- und Bremsrampe
  • um die vorgegebene Anzahl an Steps
• Ein Impuls am Eingang Motion Back
  • bewegt den Motor um die gleiche Strecke
  • und anschließend wieder zurück
• Wird das Signal DoRef gesetzt,
  • dreht der Motor mit der Referenzfrequenz
  • in die vorgegebene Richtung
  • bis der Eingang RefIni (z. B. Initiator) aktiv wird

Typische Anwendungen

• Schieberbewegungen
• Indexierbewegungen
• einfache Referenzfahrten

AutoRef-Mode

(Bewegung mit automatischer Referenzierung)

• Entspricht dem Standard-Mode
• Zusätzlich wird nach jeder Move-Back-Bewegung
  • automatisch eine Referenzfahrt ausgeführt

Automatische Referenzierung

• Nach Abschluss der Rückbewegung:
  • fährt der Motor selbstständig zurück
  • bis das Signal RefIni erkannt wird

Typische Anwendungen

• Positionieraufgaben mit regelmäßigem Nachreferenzieren
• Anwendungen mit erhöhten Genauigkeitsanforderungen
• Mechaniken mit möglichem Schlupf oder Spiel

Motion-Mode

(Kontinuierlicher Motorbetrieb)

• Der Baustein arbeitet als reiner Antrieb
• Das Signal ContRun startet eine kontinuierliche Bewegung
  • mit Rampe
  • in vorgegebener Richtung
  • mit definierter Frequenz

Eigenschaften

• Keine feste Schrittanzahl
• Bewegung läuft, solange ContRun aktiv ist
• Ideal für Dauerbetrieb

Typische Anwendungen

• Förderbänder
• Bandanlagen
• kontinuierliche Materialzufuhr

Beispiel 1: Einfache Positionierachse

Eine einzelne Achse soll reproduzierbar auf verschiedene Positionen fahren.

Aufbau

• NEMA-17 Steppermotor
• DRV8825 Steppertreiber
• FB2 steuert die Achse im Positionsmodus

Funktion

• Vorgabe einer absoluten Zielposition
• Unterschiedliche Geschwindigkeiten und Beschleunigungen möglich
• Der Baustein fährt die Achse kontrolliert auf die Sollposition

Typische Anwendungen

• Anschläge
• Verstelleinheiten
• einfache Linearbewegungen

Beispiel 2: Manuelle Positionierung mit Drehgeber

• FB2 steuert die Positionierachse
• Rotary Encoder zur manuellen Vorgabe der Sollposition
• Skalierte Geschwindigkeiten (Fein / Grob)
• LED-Statusbalken zur Positionsanzeige

Funktion (entsprechend dem gezeigten Programm)

• Der Drehgeber erzeugt Positionsänderungen
• Je nach gewählter Skalierung (x1 / x10 / x100)
  • wird die Sollposition fein oder grob verändert
• FB2 fährt die Achse auf die jeweils neue Sollposition
• Die aktuelle Position wird kontinuierlich:
  • am FB-Ausgang ausgegeben
  • auf einem LED-Statusbalken visualisiert

Typische Anwendungen

• Positionieren von Sensoren oder Werkzeugen
• Handverstellung von Achsen
• Einrichten / Justieren von Maschinen

Einfache 2D-Positionierung mit zwei Achsen

Zwei Achsen bilden einen 2D-Arbeitsbereich.
Positionen werden manuell angefahren oder aus einer Koordinatenliste abgearbeitet.

• Positionen können manuell durch direkte Vorgabe der Sollwerte für X und Y angefahren werden oder automatisch aus einer X/Y-Koordinatenliste.
• Jede Achse fährt dabei unabhängig auf ihre Zielposition; die aktuellen Positionen stehen jederzeit zur Verfügung.
• Im automatischen Betrieb wird Punkt für Punkt positioniert und am Ziel eine Aktion ausgeführt, der Verfahrweg zwischen den Punkten ist dabei nicht relevant.

Typische Anwendungen

• Einfache Bohrautomaten
• Positionier- und Prüftische
• Punktbasierte Automatisierungen im 2D-Bereich