Cade_Simu 4: Control de motores Paso a Paso

Los motores paso a paso (PAP o Steppers) son muy utilizados en aplicaciones donde se requiere un control preciso de la velocidad o el posicionamiento. Desde la versión 4, CADe_SIMU nos permite simular este tipo de motores, poniendo a nuestra disposición dos tipos de ellos y los controladores necesarios para excitar correctamente sus bobinados. En este artículo veremos cada uno de ellos y como los debemos conectar para incluirlos en nuestros circuitos.

Motores Paso a paso

Sin la intención de cubrir el tema, que es muy extenso y se merece un artículo aparte, resumiendo diremos que un motor paso a paso es un tipo particular de motor de corriente continua que, en vez de girar libremente cuando se excitan sus bobinados, realiza un salto o paso único, un movimiento angular cuyo valor depende de la construcción del motor, y se mantiene en esa posición hasta que se excitan nuevamente los bobinados, cambiando la forma en que circula la corriente por ellos. Las distintas secuencias de excitación que permiten que el motor gire por pasos, en una dirección u otra suelen ser complejas lo que hace necesaria la utilización de un controlador o driver electrónico.

Existen dos tipos de motores paso a paso, los unipolares y los bipolares. Los unipolares tienen dos bobinados, cada uno con una derivación central que se conecta generalmente a una fuente de tensión. Estas derivaciones pueden estar unidas internamente, con lo que tendremos un total de 5 cables disponibles, o separadas, haciendo un total de 6 cables. El controlador hace pasar la corriente por una mitad u otra del bobinado, cambiando el sentido del campo magnético, pero sin cambiar la polaridad de la tensión (de allí el nombre).

Los motores bipolares no tienen derivaciones en sus bobinados, por lo que es necesario cambiar la polaridad de la tensión aplicada para invertir el sentido de circulación de la corriente y así cambiar el sentido del campo magnético. Esto implica que el controlador es mas complejo, necesitando un circuito que permita alternar la polaridad, como un puente H. Estos motores tienen sólo 4 cables para su conexión.

Simulación en CADe_SIMU

Luego de esta breve introducción vamos al tema que nos ocupa, que es como simular estos motores en CADe_SIMU.

Si se fijan en la barra de herramientas Motores verán que ahora tenemos dos elementos nuevos: Motor paso a paso unipolar y Motor paso a paso bipolar.

En la barra de herramientas Potencia, veremos tres componentes nuevos, Controlador motor paso a paso, Controlador motor paso a paso 2 CLK y Controlador motor paso a paso CLK/DIR.

Estos tres controladores, una vez ubicados en el circuito, pueden ser configurados para ser usados con motores unipolares o bipolares. En cada caso cambiará la forma en que conectemos las salidas, pero no el modo en que los vamos a manejar para lograr las secuencias de movimiento. Explicaré primero como funcionan con motores bipolares, por simplicidad y luego daré ejemplos con motores unipolares.

El primero de ellos (Controlador motor paso a paso) es un driver de potencia, sin mayor inteligencia. Sólo amplifica o adapta los niveles de tensión de las entradas a las salidas. Esto significa que debemos ir excitando las entradas en la secuencia correcta para lograr el movimiento del motor.

Como vemos en la imagen, debemos alimentar con continua al controlador, en las entradas L+ y L- y conectar las salidas Q al motor.

Veamos ahora la secuencia en funcionamiento:

El segundo controlador (Controlador motor paso a paso 2 CLK) también es conocido como de tipo CW/CCW, porque tiene dos entradas: CW (Clockwise – horario) que mueve el motor un paso en esa dirección por cada pulso que se aplique en la entrada y CCW (counter clockwise – antihorario) que le hace dar un paso en la dirección opuesta por cada pulso.

Como se puede ver en el circuito de la figura anterior, este controlador tiene una entrada adicional, PD (Power Down) que lo inhabilita cuando está en un valor alto.

Por último, el Controlador motor paso a paso CLK/DIR, también conocido como STEP/DIR tiene dos entradas que funcionan de modo diferente al anterior: UD que establece el sentido de giro y CK que hace avanzar el motor un paso en el sentido establecido por UD.

Veamos este controlador en funcionamiento:

Cuando los controladores de CADe_SIMU se configuran para trabajar con motores unipolares, las salidas inyectan corriente en el motor, por lo que las derivaciones de punto medio deben conectarse al negativo de la alimentación para que circule la corriente.

Veamos el funcionamiento del controlador CLK/DIR con un motor unipolar, la conexión al motor es igual en los otros dos:

Conclusiones

Vimos como utilizar los tres tipos de controladores de motores paso a paso que incluye la nueva versión de CADe_SIMU y como se conectan a los motores unipolares y bipolares, analizando la función de cada una de las entradas.

Espero que el artículo les haya sido de utilidad. Si quieren conocer otras características de CADe_Simu 4.0, pueden ver los siguientes artículos:

CADe_SIMU Ver. 4.0: Novedades y actualizaciones de un clásico

CADe_SIMU 4. Conectando con un Arduino UNO

CADe_SIMU 4. Arranque y parada de motor con Arduino

Cualquier consulta o sugerencia pueden dejarla mas abajo en la sección de comentarios.