L. Křivský, Hvězdárna v Úpici, Úpice, ladislav.krivsky @atlas.cz
 
 

Abstrakt
V práci je popsán nový typ řídící jednotky pohonů astronomických přístrojů. Tato jednotka umožňuje řízení krokových i synchronních motorů a je použitelná pro velký rozsah výkonů i otáček.
 

1. Úvod

     Při přípravě na zatmění Slunce jsem byl postaven před nutnost použít siderostat pro dalekohled o F 1785 mm. Pokud jsme pozorovali zatmění Slunce nedaleko od rovníku, dal se dalekohled sklonit tak, aby byl rovnoběžný s osou země. To však v našich šířkách je dosti obtížné. Při zatmění Slunce na Čukotce v Markovu jsme tento dalekohled umístili vodorovně, ručně jsme vypínali pohon siderostatu a tím jsme dosáhli přibližného pointování na Slunce. Vzhledem k délce ohniska a při delších expozicích docházelo již k znehodnocení snímků. Konzultovali jsme to s ing. Lubo Klockem, který nám sdělil, že při použití nižších frekvencí lze siderostatem napájet dalekohled, jež není rovnoběžný s osou Země. Poté jsme usoudili, že by se mohlo navrhnout nějaké univerzální zařízení, které by bylo využitelné pro různé účely.

2.  Požadavky na zařízení

     Toto zařízení by mělo splňovat následující podmínky. Pohánět krokové motory čtyřtaktní i osmitaktní, synchronní motory na nízká napětí i 220 V, aby bylo možné toto zařízení napájet z autobaterie nebo akumulátoru. Dále musí být možnost nastavit libovolnou základní frekvenci s možností uložení do několika pamětí. Dále široký rozsah nastavení kmitočtu od 15 Hz až 3500 Hz, možnost zpětného chodu, dostatečná stabilita nastavené frekvence, možnost nastavit velikost kroku při přelaďování, několik stupňů změny frekvence. Nezanedbatelná je i velikost zařízení, které je možno držet v ruce jako tastr, nevelký odběr proudu a LCD displej s informacemi o kmitočtu.

3.  Realizace

     S těmito požadavky jsem se obrátil na Miloše Zajíce, který mi v krátké době dodal prototyp k ověření. Po odstranění drobných nedostatků a různých připomínek kolegů na zlepšení funkčnosti vznikl tento univerzální přístroj použitelný v astronomii a snad i jinde.
     K tomuto zařízení se dají připojit různé výkonové konce, a proto toto zařízení může obsluhovat více přístrojů, pokud tyto nemusejí být zapnuty současně.

4.  Popis jednotky a návod k obsluze

Popis:

     Přístroj slouží k řízení krokových nebo synchronních motorků pro hvězdářské přístroje. Umožňuje pohyb přesně definovanou rychlostí s možností její změny v širokém rozsahu a ruční řízení pro zrychlené vyhledání výchozí polohy.

Výstupy přístroje umožňují provoz ve třech režimech:

a) krokové motory – 4 taktní řízení (obr.1)
b) krokové motory – 8 taktní řízení (obr. 2)
c) budič 50 Hz (obr. 3)

Návod k obsluze

     K ovládání slouží tři tlačítka s označením +, - ,MODE. Na displeji se trvale zobrazuje název režimu a frekvence výstupních impulsů. Tlačítkem MODE se přepínají režimy. Po zapnutí přístroj zobrazí na displeji verzi programového vybavení a režim výstupu. Následně se nastaví režim volby paměti. Pomocí tlačítek +,- vybereme jednu z předvoleb ( pamětí ) 1 – 4 a stiskem MODE potvrdíme.

Režim NORMAL

     Základní režim, ve kterém se trvale pohybuje normálovou frekvencí. Tlačítky + a – se frekvence zrychluje nebo zpomaluje. Pro rychlejší změnu lze při stisknutém tl. + nebo – ještě přimáčknout tl. Mode, přičemž dojde asi ke 20 násobnému zrychlení. Základní krok je 1 a lze jej zvětšit v nastavovacím režimu – viz dále.
     Pakliže máme vyhledánu vhodnou rychlost posuvu, zapíšeme jí do paměti dlouhým stiskem tl. Mode – dokud se na displeji neobjeví nápis : “Zapsáno O. K.”. K hodnotě zapsané v paměti se můžeme kdykoliv vrátit současným stiskem + a -.
     V režimu výstupu 50 Hz je vzhledem k charakteru výstupních impulsů skutečná frekvence 4 x nižší !

Režim RUČNĚ

     Slouží k rychlému nastavení výchozí polohy. Po přepnutí do tohoto režimu se výstup nemění ( pohon stojí ) a tlačítky + a – je možný pohyb oběma směry maximální rychlostí. Tato rychlost se nastavuje v režimu nastavení.

Režim NASTAVENÍ

     Tento režim je určen pro nastavení základních parametrů pohonu. Při běžném provozu se jejich změna již nepředpokládá. Do režimu nastavení se dostaneme tak, že při vypnutém přístroji stiskneme tl. MODE a zapneme. Displej nás informuje o tomto režimu. Parametry se přepínají pomocí MODE a jejich hodnota se mění pomocí + a -. Nyní je možno nastavit:

a)  max. rychlost posuvu pro ruční režim.
b)  Krok změny pro normální režim. Normálně je nastaven krok 1, který umožňuje nejjemnější nastavení výstupního
      kmitočtu. Zvětšením této hodnoty ( zejména pro nízké kmitočty ) můžeme dosáhnout rychlejšího seřizování ( ale s menší
      přesností ).

     Po nastavení parametrů je nutno ještě zapsat do paměti dlouhým stiskem MODE, až se objeví “Zapsáno O.K.“. Nakonec přístroj vypneme a znovu zapneme.

Pokyny pro montáž:

     Jako první je nutno zvolit režim výstupů. Volba se provádí takto:

a)  krokový motor 4 takt - piny 5,6 procesoru nezapojeny
b)  krokový motor 8 takt – pin 5 procesoru uzemněn
c)  výstup 50 Hz – pin 6 uzemněn, pin 5 nezapojen

     Režim 8 taktního řízení dává o něco lepší výsledky než 4 taktní. Je nutno vyzkoušet nejvhodnější režim pro daný motor a jeho výkonový budič. Správné nastavení si ověříme při zapnutí, kdy se zobrazuje informace o navoleném režimu. Nyní zkontrolujeme pohyb motoru oběma směry a nastavíme též maximální rychlost, při které ještě motor běží plynule i při zátěži. Přehozením fází motoru nastavíme též správný směr pohybu v základním režimu.
     Pokud potřebujeme nižší frekvence jak 15 Hz, je možno spojením pinu 7 procesoru se zemí, frekvenci výstupu 10 x snížit. Neovlivňuje ruční nastavování.

Základní technické parametry – řídící část:

Krok min. změny : 1us šířky impulsu
Stabilita: min. 10 ^-5
Napájení : 9 – 12 V DC, max. 50 mA
Výstup: 4 x TTL ( max. 10 mA )

Výkonová jednotka:

     Výkonová jednotka není součástí popisované řídící jednotky. Její realizace závisí na typu a výkonu použitých motorů. Náměty k výkonovým částem pro synchronní motory na 220V a běžné krokové motory s menšími výkony jsou ukázány na obr. 4 a 5.
     Pro propojení řídící a výkonové jednotky je použit sériový prodlužovací kabel používaný v počítačích s 9-ti pinovým konektorem CANON.
     Zapojení jednotlivých pinů konektoru CANON pro krokové motory:

    1 - fáze F1
    2 - fáze F2
    3 - fáze F3
    4 - fáze F4
    5 - gnd
    6 - +9 až 12V dc

     Zapojení jednotlivých pinů konektoru CANON pro synchronní motory:

    1 - fáze F1
    2 - fáze F2
    3 - výstup F3 frekvence zobrazené na displeji jednotky
    4 - výstup F4 poloviční frekvence zobrazené na displeji jednotky
    5 - gnd
    6 - +9 až 12V dc

5.  Příklady praktického využití

     Toto zařízení bylo použito k pohonu tří dalekohledů na expedicích za zatměním Slunce. Dva experimenty byly totožné. Jeden byl použit ve Francii a druhý v Rumunsku. Poháněli jsme siderostaty pro dva podobné dalekohledy F 1785 mm. Tyto siderostaty jsou poháněny synchronním motorem na 220 V 50 Hz. Tam byla nejistota, jak se budou synchronní motory chovat při polovičních kmitočtech. Ukázalo se, že to není takový problém, a že je lze regulovat v širokém rozsahu otáček.
     Třetí experiment byl dalekohled o F 6 m. Byl zde použit princip univerzálního heliostatu podle Ivana Šolce. Na pohon tohoto dalekohledu jsme užili krokový motor a dvě převodovky. První převod byl šnekový převod, který pohyboval přímo zrcadlem, druhá převodovka obsahovala dva šnekové převody. Po namontování obou převodovek se zjistila potřebná frekvence pro pohon krokového motoru experimentálně. Vyvstal problém s tím, že krokový motor chvěl s celou lehkou konstrukcí dalekohledu, a proto bylo nutno motor přes pružný člen úplně oddělit od dalekohledu. Pak už fungovalo vše bez problémů. Ostatní menší montáže byly poháněny synchronními motory ze sítě.

6.  Poděkování

     Chtěli bychom poděkovat Miloši Zajícovi (Hálkova 739, 28911 Pečky, tel. 0324 945510, mzajic@kuryr.cz) za realizaci prototypu řídící jednotky.

7.  Závěr

     Do budoucna by bylo nejlépe, aby všechny pohony byly napájeny tímto zdrojem. Bylo by to výhodné zvláště tam, kde jsou jiné frekvence sítě nebo při použití akumulátoru v místech, kdy není dostupná elektrická síť. Domnívám se, že toto zařízení může pracovat i na sadu monočlánků, což by mohlo v nouzi stačit na celé zatmění.
 
 

Obr. 1. Grafické schema průběh signálů na jednotlivých výstupech řídící jednotky pro čtyřtaktní řízení krokových motorů

Obr. 2. Grafické schema průběh signálů na jednotlivých výstupech řídící jednotky pro osmitaktní řízení krokových motorů

Obr. 3. Grafické schema průběh signálů na jednotlivých výstupech řídící jednotky pro řízení synchronních motorů
 

Obr.5. Schema zapojení výkonové části jednotky určené pro řízení krokových motorů čtyřtaktních a osmitaktních