Kaksisuuntaisen sähkömoottorin ohjainkortin suunnittelu ja valmistaminen

Abstract

Insinöörityössä suunniteltiin ja valmistettiin kaksisuuntaisen sähkömoottorin ohjauskortti. Sähkömoottorin tehtävänä oli toimia hydrauliikkapumpun voimanlähteenä. Pumppu oli liitetty kahteen hydrauliikkajouseen, joilla levitettiin mekaanisten jousien varassa olevaa testilaitetta. Moottorin kaksisuuntaisuutta käytettiin hydrauliikkajousien takaisinvetämiseen. Työn tarkoitus oli osoittaa automaation toimivuus osana hydrauliikkajärjestelmää, sekä tuottaa tietoa moottorin vaatimasta virtamäärästä. Tarkoituksena oli myös selvittää automatisointiin, hydrauliikkajärjestelmään ja testilaitteen kuormitukseen mahdollisesti liittyviä ongelmia.

Ohjainkortti koostui suunnanvaihtopiiristä ja mikro-ohjaimesta. Suunnanvaihtopiirissä transistoreihin kytketyt releet ohjasivat moottorin virtaa ja virranmittausta varten piiriin oli liitetty virta-anturi. Mikro-ohjaimen prosessori luki raja- ja pääkytkinten kautta kulkevia signaaleja ja ohjasi transistoreja saadun tiedon perusteella. Mikro-ohjaimena käytettiin Arduinoa, johon ohjelmoitiin suunnanvaihtopiirin logiikan lisäksi virranmittauksen mahdollistavat funktiot. Arduino oli kytketty kannettavaan tietokoneeseen ja mitatut virrat kirjattiin tekstitiedostoon Gobetwino-ohjelmaa hyödyntäen.

Suunnittelussa käytettiin useita simulointi ja suunnitteluohjelmia. Lopullinen ohjainkortti suunniteltiin PADS-ohjelmalla ja tilattiin piirikortteja valmistavalta yritykseltä. Laitteen valmistumisen jälkeen asiakasyritykselle tuotettiin ohjainkortin käyttöön ja kokoamiseen soveltuvat ohjeet, jotka mahdollistavat kortin itsenäisen käytön tulevaisuudessa.

Työn aikana selvitettiin useita ongelmia niin automatisoinnin kuin testilaitteen toiminnassa ja niitä hyödynnettiin seuraavan prototyyppilaitteen suunnittelussa. Työhön suunniteltua ohjainkorttia tullaan käyttämään jatkotestauksissa, kun ne ovat ajankohtaisia.

The aim of the thesis work was to design and produce a control circuit for bidirectional electric motor. Motor’s purpose was to run a hydraulic pump which was connected to two hydraulic springs. The hydraulic springs were used to expand a test device against mechanical springs. Motors bidirectionality allowed for suppressing the device. The goal of the project was to showcase automation as part of a hydraulic system and to provide information of the current usage of the motor. In addition, the goal was also to find out more about possible problems with the automation process, hydraulic systems and function under stress.

Control circuit included a circuit board for chancing the direction and a micro controller. The direction changing was implemented in the circuit by a pair of transistors connected to relays. The relays guided the currents way to the motor. The circuit also had an integrated current sensor chip included. The micro controller used signals run through border and main switches to control the transistors of the direction changing circuit. The micro controller used was an Arduino which was programmed with logic for the direction changing circuit and functions for current measurements. Arduino was connected to a laptop and the measured currents were saved to a text file using software called Gobetwino.

Several different simulation and design softwares were used during this thesis. The final control circuit was designed with the PADS program from which files were imported to a company able to manufacture the said circuit board. The components for the circuit board were acquired by both the company which requested this thesis work and the designer of the printed circuit board. After completing the control circuit, a set of instructionary guides were provided to the company on using and assembling the circuit which allows independent use of the device in the future.

Many problems about using automation and the test device were resolved during this project and information gained was used in the design of the next version of the device. The control circuit designed during this project will be used for further tests in the future.