Az új CNC vezérlő

A CNC előző cikkekben látott konstrukciójával több probléma felmerült, mely megkövetelte egy javított vezérlő megépítését. Eme cikk a kijavított hibákról, és az új vezérlőbe épített biztonsági megoldásokról szól.

Az előző konstrukciónál a fő tervezési szempont az volt, hogy minél hamarabb látványos sikereket érjünk el. Ezt úgy értük el, hogy a lehető legegyszerűbb megoldásokat alkalmaztuk, melyek természetesen hosszútávon nem a legjobbak voltak. Azonban az eszköz működött (mint azt korábban is olvastátok). Felmerül a kérdés miért cseréltük/bővítettük mégis le az elektronikát? Pár pontban összefoglalnám a tapasztalatokat, és az alkalmazott megoldást:

  • A gép bekapcsolásakor, (egészen a Mach3 indításáig), illetve a gép leállítása után a CNC határozatlan állapotba került.
    A probléma kiküszöböléséhez a Mach3 egyik feature-jét használjuk. Az LPT porton kiküld egy négyszögjelet, egy dedikált porton. Ez a négyszögjel egy Charge-Pumpot hajt, aminek a kimenete engedélyezi egy FET-en keresztül a motorok vezérlését. Amennyiben a számítógép nem vezérli a portot, annak kimenete nem változik, és “nem jár” a charge pump.
  • A CNC néha-néha lépést tévesztett, és pl videokártya zajra érzékeny volt. Például egy közismert kétpaneles fájlkezelőben görgőzve a GPU jele átcsatolódott az LPT portra, és felbúgott a CNC néhány léptetőmotorja.
    Ezt a hibát galvanikus leválasztással oldottuk meg. A CNC 5V-os tápja meghajt egy TRACO kockát, ami galvanikusan leválasztott 5V-ot állít elő. Ez táplálja a logikai buffert, ami meghajtja az optocsatolókat, amik a jelek galvanikus leválasztását végzik.
    A leválasztott jelek forrása (a galvanikus leválasztó kimenete) Thevevin forrásként elemezve kis belső ellenállású az LPT porthoz képest. Ez segíti a léptetőmotor-vezérlő bemenetének meghajtását.
  • Az NI jóvoltából a közeljövőben hozzájutunk 4 nagyobb teljesítményű léptetőmotorhoz, melyeknek beépített léptetőmotor-meghajtójuk van.
    Ehhez a jelenlegi konstrukció már előkészült. A központi dobozból STP kábelen keresztül visszük el a vezérlőjeleket a meghajtókhoz, melyeket most a motorok közvetlen közelébe rögzítettünk.
  • Az előző konstrukcióban nem szerepelt fordulatszámmérő, a jelenlegibe beépítettünk egy Hall szenzoros egységet.
  • Szintén a marómotor problémája volt, hogy egy külső táp (az egyik labortáp) volt szükséges a tápellátáshoz.
    A jelenlegi konstrukcióban helyet foglal egy kézzel újratekert transzformátor, és Gratz hidas egyenirányító. A tápegység sajátossága, hogy a kör újoncai tekercselték újra.
  • A marómotor sebességét, eddig a feszültség változtatásával tudtuk variálni. Most erre nincs lehetőség, de helyet kapott egy PWM szabályzó kör az áramkörben. A fordulatszám mérő visszacsatolható a marómotor bemenetére egy PID szabályzóval, ezt a funkciót a Mach3 képes ellátni. Ezen a módszeren azonban még lehet tökéletesíteni, ha a motort nem PWM-el, hanem áramgenerátorral vezéreljük.
  • A végállás-kapcsolók jobb térbeli helyre kerültek, ezáltal megnőtt pár centiméterrel a munkatér kerülete. A kapcsolókon nyugalomban megfelelő mennyiségű áramot folyatunk keresztül, ami hátráltatja a kontaktusok oxidációját.
  • A végállás-kapcsolók, illetve a vészgomb funkciói hardverben kerülnek lekezelésre. A Mach3 továbbra is kap értesítést, és lekapcsolja a motorokat, azonban egy relés öntartó áramkör is megszakad, ezzel megfosztva a motorokat a tápellátástól.
  • Az előző dobozban porolódott az elektronika, az új doboz porszűrős ventillátorral és portmentesen záródó illesztésekkel rendelkezik.

Sajnos az új vezérlő összeépítése közben is léptek fel problémák. A legtöbb probléma arra vezethető vissza, hogy a doboz fizikai méretei rövidek, emiatt egy két emeletes megoldásra kényszerültünk. A felső emelet lenyitható kiszerelés nélkül, az alsó szintet csak a teljes tartalom kiszerelése után tudjuk szerelni. A kábelezést gégecsövekben vezettük. A csövezés sajátossága, hogy a szükséges részeken követi a mozgó alkatrészeket. A PC-ből érkező LPT kábelre ferritgyűrőt helyeztünk a zavarszűrés miatt.

A projekt vezetője Sásdi Krisztián volt.
A projekt résztvevői: Sárközi Balázs, Pokornyi Balázs, Kiss Ádám, Kósa András, Hartung Júlia, Oláh Bálint, Holcsik Tamás, Sweidán Omár