Integrando el motor paso a paso NEMA 34 con el Driver DM860H y una Fuente Conmutada de 48V

Introducción

En este tutorial, te guiaremos a través del proceso de configurar el potente motor paso a paso NEMA 34 (86HS156-6204) con el driver DM860H y una fuente de alimentación conmutada de 48V y 12.5A. Esta combinación de hardware nos permitirá controlar con precisión el movimiento del motor, abriendo un abanico de posibilidades para todo tipo de aplicaciones robóticas y de automatización.

Antes de empezar, asegúrate de tener a mano cada uno de los siguientes componentes:

• Motor Paso a Paso NEMA 34 (86HS156-6204) (Hoja de Datos)
• Driver para Motor Paso a Paso DM860H (Hoja de Datos)
• Fuente de Alimentación Conmutada de 48V y 12.5A
• Cableado adecuado

NEMA 34 

El NEMA 34 (86HS156-6204) es un motor paso a paso de alto torque y tamaño, muy utilizado en aplicaciones industriales y de automatización, como máquinas CNC, impresoras 3D, robótica, entre otras.
Tiene un conjunto de bobinas en el estator (la parte fija del motor) y un rotor (la parte móvil del motor) que es atraído magnéticamente por estas bobinas.

Los motores paso a paso se controlan aplicando pulsos eléctricos a las bobinas en una secuencia determinada. Cada pulso hace que el rotor gire un paso. Por lo tanto, el controlador del motor puede controlar exactamente el ángulo de rotación controlando el número de pulsos que se envían.

Aquí están algunas de las características clave de este motor:

• Par de torsión: Este motor particular tiene un alto par de torsión, lo que le permite manejar cargas pesadas. 
• Corriente de fase: La corriente nominal por fase para este motor es de 6.2A.
• Ángulo de paso: Como la mayoría de los motores paso a paso, tiene un ángulo de paso estándar de 1.8 grados, lo que significa que puede realizar 200 pasos por revolución completa (sin considerar el microstepping).
• Conexión: Normalmente, el motor tiene cuatro cables, lo que permite hacer conexiones de tipo bipolar.

Elección de la fuente de alimentación

Elegir correctamente una fuente de alimentación para un motor a pasos es crucial para su rendimiento óptimo y durabilidad. Aquí hay algunas consideraciones clave a tener en cuenta:

1. Voltaje y corriente: Debes elegir una fuente de alimentación que pueda suministrar el voltaje y la corriente requeridos por tu motor a pasos. La fuente de alimentación debe poder proporcionar al menos la corriente máxima especificada para el motor. En cuanto al voltaje, generalmente puede ser varias veces el voltaje nominal del motor si se usa un controlador de corriente (chopper drive).

Para este tutorial elegimos una fuente conmutada de 48v, 12.5a, 600w 110/220vca, te recomendamos elegir una que su capacidad sobrepase la que requiere tu motor para evitar que se recalienten los componentes cuando la carga de trabajo sea alta.

Elección de controlador (driver)

Elegir el controlador (driver) correcto determinará el rendimiento y la eficiencia del motor. Aquí te presento algunas consideraciones esenciales que deberías tener en cuenta:

Corriente del Motor: La corriente nominal del motor es uno de los factores más importantes a tener en cuenta. El driver debe ser capaz de proporcionar al menos la corriente máxima que el motor necesita para su funcionamiento óptimo.

Tipo de Control de Corriente: Existen drivers que emplean diferentes técnicas para controlar la corriente, como el control de corriente constante (usado en drivers "chopper") que proporciona un control de microstepping más suave y una mayor eficiencia.

Resolución de Paso: Diferentes drivers permiten diferentes resoluciones de paso; paso completo, medio paso, 1/4 de paso, 1/8 de paso, etc. Cuanto mayor sea la resolución, más suave será el movimiento, pero se requerirán más pulsos por revolución.

Voltaje de Alimentación: El driver debe ser compatible con el voltaje de tu fuente de alimentación. Además, algunos drivers pueden manejar un rango más amplio de voltajes que otros.

Tipo de Motor: Asegúrate de que el driver sea compatible con las especificaciones de tu motor. Por ejemplo, si tienes un motor bipolar (que es más común en los motores NEMA), necesitarás un driver bipolar.

En este tutorial se usa el DM860H que puede manejar corrientes de hasta 7.2A, operar con voltajes de entrada de 24-110VDC y ofrece hasta 16 modos seleccionables de resolución de microstepping, desde paso completo hasta 1/128 pasos.

Paso 1: Conectando la Fuente de Alimentación al Driver DM860H

Primero, conectaremos nuestra fuente de alimentación conmutada al driver DM860H. Por seguridad, asegúrate de que la fuente de alimentación esté apagada y desenchufada durante este proceso.

• Si tu fuente cuenta con un selector de Voltaje AC elige el que estes usando (110V-220V).
• Conecta una clavija o enchufe a la fuente respetando el orden de Linea (fase), Neutro y tierra fisica.
• Usa el potenciómetro integrado en la fuente para regular el voltaje de salida. En este tutorial se configuro a 36V ya que el driver (DM860H) puede trabajar de 24-110 VDC. 
• Usando cable de calibre 14 o superior conecta un terminal positivo (+V) de la fuente al pin AC+ en el driver y un terminal negativo (-V) de la fuente al pin AC- en el driver.

 Paso 2: Conectando el Motor al Driver DM860H

El siguiente paso es conectar el motor paso a paso NEMA 34 al driver DM860H. Tu motor tiene cuatro cables, correspondientes a las dos bobinas del motor :

• A+ (Rojo)
• A- (Verde)
• B+ (Amarillo)
• B- (Azul)

Consulta la hoja de datos del motor para identificar correctamente estos cables.

• Conecta cada uno de los cables del motor a los terminales de salida correspondientes en el driver DM860H.

En caso de no tener la hoja de datos puedes realizar lo siguiente:

• Configura tu multímetro en el modo de continuidad. Al tocar dos sondas juntas, el multímetro debe emitir un sonido. Luego, prueba pares de cables; si el multímetro emite un sonido, eso significa que los dos cables están conectados internamente, es decir, pertenecen a la misma bobina (A ó B).
• Una vez que hayas identificado los pares de cables para cada bobina, aún necesitarás determinar cuál es el cable '-' y cuál es el cable '+' dentro de cada par, pero no te preocupes, si cuando hagas las pruebas con el driver y el arduino funcionando, el motor no gira correctamente puedes probar a intercambiar de lugar las bobinas.

Recuerda que siempre es mejor consultar la documentación del motor a pasos en particular para obtener la información más precisa.

Paso 3: Configurando los Parámetros del Driver

El driver DM860H permite configurar los parámetros de corriente e intensidad del motor, y los pasos por revolución mediante los switches DIP en su superficie.

Para nuestro motor NEMA 34 (86HS156-6204) con una corriente nominal de 6.2A, deberíamos configurar los switches de corriente según las instrucciones del manual del DM860H.

En la documentacion del driver encontraras dos parametros, el REF Current y el Peak Current que es lo que podria suministrar por momentos cuando el motor exija la mayor corriente.

El switch SW4 está dedicado a ajustar la corriente que se suministra al motor cuando está en reposo, es decir, cuando no está girando pero se mantiene energizado para mantener su posición (esto se conoce como "corriente de reposo" o "standstill current").

• SW4 en OFF: Cuando este switch está en la posición OFF, se configura para que la corriente de reposo sea la mitad de la corriente dinámica seleccionada.
• SW4 en ON: Si pones el switch en la posición ON, se configura para que la corriente de reposo sea igual a la corriente dinámica seleccionada.

Si necesitas que el motor mantenga fuertemente su posición cuando está en reposo, puedes elegir la opción ON. Sin embargo, si quieres reducir el calor generado por el motor y el consumo de energía cuando está en reposo, pero no necesitas tanto par de retención, puedes elegir la opción OFF.

Finalmente, configura los switches para el número de microsteps que deseas usar. Recuerda que un mayor número de microsteps proporciona mayor resolución y suavidad de movimiento, pero requiere más pulsos para una revolución completa.

Físicamente quedo así:

 Paso 4: Conectando el Controlador

Con todo conectado y configurado, ahora puedes conectar el controlador DM860H a tu Arduino siguiendo el siguiente diagrama, puedes hacer clic en el para verlo en grande.

• Conecta PUL- y DIR- del driver DM860H a la tierra (GND) del Arduino.
• Conecta el pin digital 2 del Arduino al pin de dirección (DIR) en el driver. Este pin se usará para controlar la dirección de giro del motor paso a paso.
• Conecta el pin digital 3 del Arduino al pin de pulso de paso (PUL) en el driver. Cada pulso enviado de Arduino a este pin hará que el motor realice un paso.

Paso 5: Programando el giro del motor

Una vez conectado, puedes programar tu sistema de control para enviar los pulsos y direcciones necesarios al DM860H para mover el motor.

 Crea un nuevo sketch de Arduino y copia el código que esta a continuación: Copiar código

Aquí está una explicación paso a paso de lo que el código hace:

1. Definición de Pines y Variables:

Se definen los pines para la dirección (dirPin) y el pulso (pulPin) que están conectados al controlador del motor paso a paso. Además, se define la 'velocidad' para el tiempo de retardo entre los pasos y 'Pulse_rev' para el número de pulsos por revolución.

2. Configuración Inicial:

En el setup(), se configuran los pines pulPin y dirPin como salidas.

3. Bucle Principal de Control del Motor:

En el loop(), el código hace girar el motor paso a paso en una dirección y luego en la otra.

• Primero, se establece la dirección del motor en sentido horario (LOW).

• Luego, se entra en un bucle for que envía Pulse_rev pulsos al motor. Cada pulso consta de hacer HIGH el pulPin, esperar durante el tiempo de 'velocidad', hacer LOW el pulPin, y luego esperar nuevamente durante el tiempo de 'velocidad'.

• Después de cada revolución completa, hay un retardo correspondiente al tiempo de 'velocidad'.

• Luego, se cambia la dirección del motor a contrarreloj (HIGH) y se repite el proceso de envío de pulsos y retardo.

En resumen, este código hará que el motor paso a paso gire una revolución completa en una dirección y luego una revolución completa en la otra dirección, y este proceso se repetirá indefinidamente, puedes usar este código de ejemplo y mandar los pulsos que quieras con la dirección y velocidad que tu configures.

Conclusión

¡Y eso es todo! Ahora tienes un potente sistema de control de movimiento preparado para usar en tu próximo proyecto. Como siempre, asegúrate de revisar y seguir todas las pautas de seguridad al trabajar con motores y electricidad. ¡Feliz construcción!