Profi2A CNC Vezérlő
(Profi2A CNC Axis Driver)

(Profi2A Tengely Vezérlő)

Gyártása beszüntetve!

Módosítva: 2009. szeptember 01. kedd

A H1 CNC Vezérlő elektronika alapján tovább fejlesztet, fél professzionális kialakítású, nagy teljesítményű CNC vezérlőelektronika. Moduláris kialakítása révén az igényeknek megfelelően skálázható, báziskártyánként (Profi2B), 1-4 tengelyes vezérlések alakíthatóak ki. Megfelelő CNC vezérlő szoftverekkel (pl. Mach3) a báziskártyák számát kettőre lehet emelni és így max. 6 tengelyes CNC gépek is építhetőek.

(nagyítás=klikk!)

Demó videó: Fordulatszám teszt (4230 f/min).wmv (5Mb)!
Dokumentáció: Profi2A Telepítése (pdf, 300 kB)!

Műszaki paraméterek (DSP V1.1):

- Step/Dir rendszerű, léptetőmotoros CNC Vezérlő,
- Kártyánként egy tengelyes, moduláris,  sorolható kialakítás,
- Fél léptetési rendszer,
- 2 fázisú, Bipoláris erőátviteli híd (uniform FET-ekkel),
- 2 fázisú, 0.2A - 8A szabályzott, motor fázisáram meghajtás,
- Mixelt módú áramlecsengetés (rezonancia mentesebb futás),
- Kettős, fázisonkénti PWM-es teljesítményszabályzás,
- 90V-os maximális motor tápfeszültség,
- max. 25× Tuningtényező,
- 32000 Step/sec jelfeldolgozási sebesség,
- Termikus túlterhelés védelem,
- Konstans nyomatékú (motorteljesítmény) szabályzás,
- "Némítható" PWM zaj,
- Tartóági motor pihentetés (3 fokozatban DIP kapcsolóval állítható).
- Dinamikus motor léptetési stabilizálás.
- Szinuszoid áramszabályzási görbe (motor rezonancia csökkentés),
- Easy Setup (DIP kapcsoló+trimeres, gyors üzembe helyezés),
- Mach2 & Mach3-ra optimalizált DSP (impulzus memória),
- Nagyfokú zavarvédettség (ipari alkalmazásokhoz),
- Telepített, masszív hűtés,
- Összetett jelzések és diagnosztikák,
- Frissíthető, belső DSP szoftver (ICP-n keresztül, servízben),
- Kétoldalas, lyukgalvanizált, részben SMD szerelésű NYÁK,
- Profi2B kompatibilitás,
- stb.

Általános ismertetés:

(tengelyenkénti, sorolható kialakítás)

- A Profi2A sorolható kivitelű, egytengelyes fél professzionális vezérlő. Alapértelmezésben minden motorhoz (tengelyhez) egy db. Profi2A Vezérlő tartozik. Megengedett viszont a terhelhetőségi határokon belül, teljesen egyforma motorok alkalmazása mellett, 2 motor soros kapcsolása is (szinkron módú hajtás). Ez az alkalmazási mód elsősorban a habvágógépeknél alkalmazott módszer. Ilyenkor a motorok teljesen egyszerre, szinkronban forognak.

- A Profi2A Vezérlő és a PC között egy Profi2B nevű báziskártya található. A báziskártya feladata a PC nyomtató portjának (LPT) illesztése (jel erősítés és szétosztás). A Profi2B báziskártyán található még alapvető I/O portok (5 bemenet és 4 relés kimenet), valamint 4 tengelyhez való Step/Dir meghajtott, TTL kimenetek, és az egész rendszer digitális tápegysége (+5V és +11V).

(Profi2B Báziskártya)

Ennek megfelelően egy Profi2B báziskártyára maximum 4 db. Profi2A Vezérlő köthető. Az így kialakítható - és egy PC-s LPT portot felhasználó rendszer - egy 4D-s (4 tengelyes) CNC gép lehet, mely tartalmaz még 5 bemenetet (pl. végállásokhoz, digitalizáló csúcshoz, referencia pont felvételéhez, stb.), és 4 relés kimenetet (pl. megmunkáló motor, hűtés, kenés, stb. vezérlésekhez). Ha ettől több tengely, vagy I/O port szükséges, akkor a PC-t több LPT porttal + Profi2B kártyával bővítve, növelhető (csak a CNC vezérlő program tudása szabhat határt)!
A Profi2B báziskártya úgy lett méretezve, hogy max. 4 db Profi2A Vezérlőt kiszolgálhasson.

(4D-s rendszer kialakítása)

- A Profi2A Vezérlő szabványos, pozitív logikájú, TTL jelszintű, Step/Dir jelekkel dolgozik, így más gyártók által készített mozgásvezérlők (pl. Maxstepper, USB-Step/Dir generátor, RS232, stb) is használhatóak.

- Az alkalmazható 2 fázisú, léptetőmotorok típusa:

- Bipoláris motorok,
- Unipoláris motorok (bipoláris kötésben),
-8 kivezetéses, univerzális motorok (bipoláris, párhuzamos kötésben).

Két ugyanolyan villamos paraméterű bipoláris-unipoláris motor között, kb. 40% nyomaték különbség mérhető, a bipoláris javára. A bipoláris motorok használata javasolt!
A Pofi2A Vezérlő tuningtényezője*, az alkalmazott motor induktivitásától függően, 6-25× -ös értékű! Ez a Vezérlő igényli a minimum 6×-os tuning feszültséget!
Minél kisebb egy motor induktivitása, annál nagyobb az alkalmazható tuningtényező is. A javasolt motor tápfeszültség (maximum) meghatározásában segít az alábbi táblázat:

Figyelem! 50V felet, fokozott figyelmet igényel! Az érintésvédelmi előírások betartása kötelező (életveszélyes feszültség)!

- A Vezérlőre kapcsolható maximális motor tápfeszültség 90V! Az erőátviteli FET híd által kezelhető folyamatos terhelés: 8A/fázis! A maximális terhelés környékén intenzív, ventillátoros légmozgatásról kell gondoskodni.
A Vezérlő által generált, változó kitöltési tényezőjű PWM jel, léptetéskor 20kHz-es, így az emberi fülnek szinte teljesen halhatatlan hangot generál a motorokban ("néma PWM"). A PWM frekvencia pihentetéskor (álló helyzetben) lejjebb megy, ezért álló motorokban halk hang keletkezhet (állítható 3 fokozatban).

A pihentető gerjesztést (pozícióban tartó erőt) DIP kapcsolón lehet kiválasztani. Minden átállításkor újra kell indítani a Vezérlőt!

Az ICP csatlakozón keresztül lehet elvégezni az esetleges DSP (szoftver) frissítéseket (csak szervizben).

Status LED jelzései:

Normál jelzések:
Az egyes tartóági gerjesztési beállítások a Status LED villogásán is leellenőrizhetők. A sötét és világos LED fényarányok tükrözik a pihentető gerjesztés erejét (a gerjesztés emelésével a világítások időtartama is emelkedik).
Ha a Vezérlőt letiltatjuk (kikapcsoltatjuk) a LED nem világít.

Hibajelzések:
- A Vezérlő minden egyes bekapcsoláskor végig ellenőrzi az erőátviteli híd minden FET-jét.  Hiba esetén letiltja a további működést és a Status LED nagyon gyors villogásával ezt jelzi is! E jelzés esetén a Vezérlőt minél hamarabb feszültség mentesíteni kell (elsősorban a motortápot kell kikapcsolni)! Ez után a Vezérlőt szervizelésre kell elküldeni!
A diagnosztika működésének nem kötelező feltétele a motorok bekötésének megléte (nélkülük is működik).

- A Vezérlő erőátviteli hídja, termikus védelemmel van ellátva (túlterhelés védelem). Melyet a központi processzor egy szenzor segítségével folyamatosan monitoroz. Ha a hűtőborda kb. 75°C-ra felmelegedne, kikapcsolja a motorokat és a Status LED-en keresztül jelzést ad a felhasználónak. Ezzel a híd épségét megvédi. A védelem nem alkalmas rövidzárlatok kivédésére! Ezen állapotot a Status LED gyors villogása jelzi!
Ilyenkor a Vezérlőt ki kell kapcsolni és meg kell várni a lehűlését, majd ismét használható!

A két jelzés között lényeges sebesség eltérés van, valamint az üzem közben keletkezett gyors villogás mindig csak termikus védelmet jelent, míg a hideg Vezérlő bekapcsolásánál egyből fellépő nagyon gyors villogás mindig FET zárlatra utal!

További fejlesztések:

- A Profi2A Vezérlő speciális áramszabályzást valósít meg a DSP* segítségével (fázishelyzet és az idő függvényében változót).
A szinuszoid hajtásmód a fél léptetéses rendszerben simább léptetést valósít meg mint a hagyományos (négyszög áramgenerátoros módú) szabályzás, ezért a motor rezonanciák nagymértékben csökkennek.. Segítségével kb. 10%-al növelhető a motor nyomatéka alacsonyabb sebességeken. A mixelt módú lecsengetési áramszabályzás révén a futási minősége kiemelkedően jó (tovább javítva a rezonancia csökkentés hatásfokát)!

- A Vezérlő Easy Setup-pal rendelkezik. Ez azt jelenti, hogy az üzembe helyezés előtt csak egy trimert kell beállítani és már dolgozhat is! A trimeren a motor névleges áramát kell beállítani és azt is elég csak szemre, kb. Az elektronika nem érzékeny a pontos beállításra (lineáris és toleráns), így annak műszeres ellenőrzése nem szükséges!

- A Vezérlő a Mach2 & Mach3 CNC vezérlőszoftverekhez lett optimalizálva. A processzorban futó DSP alkalmazás és egy speciális impulzus memória megengedi a rendkívül rövid Dir előválasztást.

- A Vezérlő ipari (professzionális) jellege miatt, erős zavarvédelmet kapott, melyet helyes telepítéssel (szereléssel) lehet maximálisra növelni! A dobozolt változat mindezekkel rendelkezik.

(Profi2A logikai sémája)

*Tuningtényező: meghatározza az egyes motorokhoz alkalmazható maximális motor tápfeszültség értékét, a motor alapfeszültségének függvényében (U_táp=U_motor× Tuningtényező).

*DSP: Digital Signal Processing (digitális jelfeldolgozási algoritmus).

Telepítés, üzembe helyezés
(részletes ismertetés)

Mechanikai kialakítás, elhelyezés:

PCB:

- Kétoldalas, lyukgalvanizált nyáklemez, részben SMD szereléssel,
- Méretei: 170mm×90mm, magasság igény min. 50mm (légmozgatással),
- 4 db 3.5mm-es rögzítő csavarlyuk, 159×79mm osztásban.

(PCB)

A Vezérlő, élére állítva (egymás tetejére) szerelhetőségre lett optimalizálva (legkisebb helyigény). A szabad és akadálymentes légmozgást figyelembe véve kell kialakítani a tömböt. A Vezérlő optimális helyzete a rövidebb élére állított, egymás tetejére (hűtőbordák felé, távtartókkal) szerelt , tömbösített kivitel. Rögzítéséhez fém távtartókat használjunk.

(ajánlott tömbösítés és szellőzése)

(Profi2 Compact kialakítása)

Zavarforrásoktól (villamos), minél távolabb helyezzük el! Pórtól, mechanikai hatásoktól dobozolással védeni kell (a szabad légmozgás megtartása mellett)! Rázkódásnak ne tegyük ki!

5A/fázis felett kényszerhűtés szükséges (ventillátor)!

Villamos csatlakozások, kötések:

Minden vezetéket árnyékoltan kell szerelni!
A nagyáramú vezetékek (motortáp és motor fázis csatlakozások) csavaros sorkapcsokra lettek kihozva. Alkalmazható vezeték keresztmetszet max. 1.5mm². Minden nagyáramú vezeték érpáronként sodrott, és árnyékolt kivitelben ajánlott. Kiválóan alkalmas erre a 4 eres, érpáronként sodrott, árnyékolt, u.n. ipari 4-20mA-es jelkábel, 0.5mm²-es keresztmetszettel (villamos szaküzletben kapható).

(2×2 sodrot érpár, 0.5mm²-es keresztmetszettel)

(egy összesodrott érpár = 1 motortekercs két vége, az árnyékolások közös GND sínre mennek)

Az üzlet szerint a kábel megnevezése: GJY STY és többféle keresztmetszettel létezik (0.5mm²-es megfelelő). Ára 80~100 Ft/m +ÁFA

A polaritás helyes bekötésre (motortáp) fokozottan ügyelni kell! Fordított bekötés esetén a Vezérlő tönkremegy!
A nagyáramú vezetékezést a lehető legtávolabb vigyük a Vezérlőtől.

A digitális táp (Power) és a jel (Signal) csatlakozások tüskesorok. A tüskesori csatlakozások a szabványos PC-s, belső (CD-ROM - Alaplapi) audió (árnyékolt) kábelre lett tervezve. E kábelek (árnyékolt) használata erősen ajánlott (mindkét végén széles, fekete csatlakozó hüvellyel)! A csatlakozások pozícionáltak, fordított bekötésük nem lehetséges.

(Signal és Power csatlakozások)

(árnyékolt jelkábel)

Ügyelni kell a Signal és Power vezetékek fel nem cserélésére! Felcserélődése esetén a Vezérlő azonnal tönkre mehet!

A vezetékek árnyékolása nem szolgálhat aktív vezetőként (áram nem folyhat rajtuk)! Minden árnyékolást a rendszer digitális mínuszával (GND vagy M-) össze kell hozni (a Signál és a Power csatlakozáson ezek automatikusan megtörténnek)! Ügyeljünk az u.n. földhurkok kialakulásának elkerülésére! A nagyáramú vezetékeket a jelvezetékektől a lehető legjobban elszeparálva vigyük!

A vezetékek ne érintkezzenek a hűtőbordával (megolvadás veszély)!

Egy Profi2B (báziskártyára) maximum 4 db. Profi2A motorvezérlő köthető.
A Profi2B kártya biztosítja a Profi2A Vezérlők digitális tápfeszültségét (+5V és +11V), valamint erősített Step/Dir jeleket szolgáltat. Ezenkívül 5 db bemenettel és 4 db. relés kimenettel rendelkezik (szabadon felhasználhatóan).
Az I/O vezetékezést árnyékoltan kell (javasolt) szerelni! A nagyáramú vezetékeket ezenkívül sodrott érpárral (motorok, motor tápok)! A kisjelű vezetékekre (Signal, Power) a PC-s, árnyékolt, belső audió kábelt javasoljuk (erre lett tervezve)!

(Profi2B Báziskártya)

A 4 db. Profi2A Vezérlőt el kell nevezni A-tól D-ig. Érdemes alkoholos filctollal ráírni a betűjelzését! Később e jelzések alapján lehet a bitkiosztási táblázat-vezérlő összerendelést elvégezni!
A Profi2A Signal csatlakozóját a Profi2B Signal csatlakozójával kell összekötni (elnevezés helyesen)!
A Profi2A Power csatlakozóját a Profi2B Power csatlakozójával kell összekötni! A tápfeszültség csatlakozóknál nincs jelentősége a betűjelzéseknek (egyformák).

A motorok tápfeszültségének kialakításánál lehet egyesített motor tápfeszültséget alkalmazni (minden motor ugyan azt a tápfeszültséget kapja), vagy megosztott (akár tengelyenként is) tápfeszültségeket (ilyenkor a motor mínuszokat kell csak közösíteni).
Tilos a digitális GND (Profi2B) és a motortáp mínuszát a Vezérlőn kívül egyesíteni (a Profi2A Vezérlőn belül egyesítésre kerülnek)!

A motor tápfeszültség kiválasztása előtt, javaslom elolvasni a Profi2A Tuning leírását, mely támpontot ad a helyes méretezéshez!

A motor tápfeszültséget nem kell stabilizálni, viszont kondenzátoros szűrésénél 1000uF/A összefüggést alkalmazni szükséges (a kapacitás túlméretezése nem káros, sőt...)! A terhelő áramnál a motor fázisáramát kell figyelembe venni (közös tápnál tengelyenkénti összértéket)!
Minimum 6×-ös tuning feszültség javasolt.

Motorok bekötése:

(motor fázisok és motortáp csatlakozások)

- A Vezérlő 2 fázisú, bipoláris (4 kivezetéses) motorokhoz lett tervezve.
Bipoláris motoroknál az össze tartozó fázisvégeket kell az SK2 (L1) és az SK3-ba (L2) kötni. A motor tápfeszültségét az SK1-be (polaritás helyesen) kell bekötni! A konkrét fázissorrend nem érdekes, a CNC szoftvereken belül a forgásirány megváltoztatható!

(Bipoláris motor bekötése)

- Univerzális (8 kivezetéses) motorok esetén a tekercseket párosával érdemes párhuzamosan kötni (az ugyan azon fázishoz tartozó tekercseket párhuzamosítani). Így nagyobb nyomatékot és jobb tuningolhatóságot érhetünk el!

(8 kivezetéses motorok bekötése)

A beállítandó motoráram ilyenkor a tekercsáram 2-szerese!

- Lehetőség van unipoláris motorok bekötésére is! Ebben az esetben kétféle módon lehet eljárni:

A	B
(Unipoláris motorok bekötési lehetőségei)

A két bekötési mód között lényeges különbségek vannak!

A mód: alacsony sebességeknél kb. 20%-al nagyobb nyomaték érhető el (2× annyi menet van gerjesztve), viszont az elérhető maximális sebesség jóval kisebb (a 2×-es induktivitás miatt, azonos tápfeszültség mellett). A motor induktivitása és az alapfeszültsége 2×-ese a gyári adatnak. A beállítandó áramerőség a tekercs névleges áramerősége.

B mód: minden paramétere megegyezik a gyár által megadottakkal (nagyobb sebességek, névleges nyomatékok). A beállítandó áramerőség megegyezik a ráírtakkal. Azt, hogy egy tekercsen belül melyik oldalát kössük a közepével a Vezérlőbe be, nem érdekes (csak a forgásirányt befolyásolja). Ez a kötésmód javasolt!

- Megvalósítható egy tengelyre két motor sorba kötése és szinkronhajtása is:

(2 motor egy tengelyen)

Csak teljesen egyforma motorok, soros kötése megengedett! Ilyenkor a motorok eredője, megegyezik egy 2×-es feszültségű (és induktivitású), alapmotoréval. Tuningolhatósága elmarad az egy motoros megoldásokétól.

Mach3 szoftver alkalmazása esetén megoldható a tengelyek logikai összefogása (Slave módok) és teljes szinkronhajtása is, így a vezérlőkön egy motorral is lehet két motoros tengelyenkénti hajtásokat felépíteni!

(logikai tengely összekötések)

A motorok tuningjáról és a jó motor tápfeszültség méretezésről bővebben, a Tuning leírásban olvashatnak!

A motorok tápját megfelelő méretű biztosítékkal védeni kell (M+ -al sorba kötve)!
A digitális tápegység (Profi2B-n) rövidzár védett.

Motor áramának beállítása (Step trimmer):

A Vezérlő első feszültség alá helyezése előtt, a következő lépéseket kell megtenni:

- Ellenőrizni kell a kötések helyességét (helyük és polaritásuk) és a motorkör zárlat mentességét (a Vezérlő nem rövidzár védett)!
- A STEP (R23) trimer potenciométeren be kell állítani a motor névleges áramát. A trimert egy kisméretű csavarhúzó segítségével finomam forgassuk az óramutató járásával megegyező irányba és figyeljük meg annak véghelyzetét! Ebben a helyzetben a szabályzó kb. 0.2A-re szabályozna.
Majd forgassuk a trimert ellentétes irányba és szintén figyeljük meg ezt a véghelyzetet is. Ezen a ponton a szabályzó 8A-re szabályozna.
Majd képzeletben osszuk fel a bejárt mozgási szöget és megsaccolva a mi motorunk áramának helyét, állítsuk oda a trimer nyíl alakú mutatóját!

(Config DIP kapcsolók és a Step trimmer)

(Léptetési gerjesztés beállítása a Step trimmeren)

A pontos beállításra a Vezérlő nem érzékeny. Menet közben a trimer állása bármikor módosítható (a motor hangját, melegedését figyelgetve).

A Vezérlő az álló motorokat csökkentett gerjesztéssel tartja pozícióban (pihentetés). Ezt a pozícióban tartó erőt (gerjesztést) 3 fokozatban lehet állítani. Ezek a csökkentési értékek előre fixen programozott értékek, amikből DIP kapcsoló segítségével lehet választani egyet.

Az a gerjesztési érték a megfelelő, ami a legkevesebb gerjesztéssel még biztonságosan pozícióban tartja a motort (fél léptetésben is)! A pozícióban tartó erő kézzel ellenőrizhető, ha álló (de bekapcsolt) motornál megfogjuk a tengely végét és megpróbáljuk kimozdítani. A motornak nem túl nagy, de határozott tartó erőt kell kifejtenie.
A minél hatásosabb motorpihentetés érdekében, a gerjesztő áram frekvenciája is csökkentve van (a vasveszteségek csökkentése érdekében). Ez szoftveres PWM módosítással történik, ami halható hangot eredményez a motorokban. Ez a hangkeltés teljesen normális, cserébe a motorok jobban hűlnek.

A pihentető gerjesztést (pozícióban tartó erőt) DIP kapcsolón lehet kiválasztani. Minden átállításkor (átkapcsoláskor) újra kell indítani a Vezérlőt!

A DIP kapcsolón (Config) a következő kombinációk lehetségesek:

Pihentető gerjesztés ereje:	F1:	F2:
Kicsi (alapbeállítás, ajánlott)	Ki	Ki
Közepes	Be	Ki
Teljes gerjesztés (néma üzemmód)*	Ki	Be
Tartalék	Be	Be

(a Config DIP kapcsoló pozíciói)

*A Teljes gerjesztési állásban nincs tartóági PWM zaj (néma üzemmód). Ilyenkor a motor teljes (STEP) gerjesztéssel áll! Használata erős motormelegedéssel járhat (fokozott figyelmet igényel)!

A Profi2A Vezérlő így készen áll a CNC üzemre!

A Vezérlők PC felöli konfigurációs beállításait, mindig a használt Báziskártya dokumentációinál találja (ha a Profi2B interfész kártyát használja, akkor ennek leírása ezen a weblapon megtalálható)! A telepítés megkönnyítésére gyors setup File is letölthető!

(új profil megjelenése és használata a gyors Setup file telepítése után)

Használat:

Az egyes állapotokat a Vezérlő eltérő (Status) LED jelzésekkel tudatja. A Status LED villogásai tükrözik a beállított tartóági gerjesztés erejét (nagyobb erő, tovább világító LED).

Bekapcsoláskor öndiagnózist végez, és csak hibátlan FET-ekkel lép át Online módba! Ha a bekapcsolást követően a Status LED nagyon gyors villogásba kezd, akkor a FET-ek közül néhány zárlatos lett! Ilyenkor ki kell kapcsolni a Vezérlőt és szervízelése szükséges!

A Vezérlő normál működése közben (Online módban) rövid idejű LED felvillanásokkal jelzi "Ok" állapotát.
Ha a LED felvillanás átvált sűrű, egyenletes villogássá az a FET híd túlmelegedését és a védelem működését jelzi! Ilyenkor a Vezérlő letiltja a további motorgerjesztést (kikapcsol). Ez az állapot egészen addig tart mígnem kikapcsoljuk és meg nem várjuk a híd (hűtőborda) lehűlését.
Ez túlterhelésre vagy elégtelen szellőzésre utaló jelenség. A jelzést csak újraindítással lehet törölni!

A motorok gerjesztése menet közben is állíthatóak. A motorok hangját figyelve (viszonylag lassú fordulaton, pl. 500..1000 step/sec) hangolhatjuk a gerjesztés erejét (tipikusan a legsimább/csendesebb akkor, amikor a legmegfelelőbb értéken hajtatjuk).

A motorok sebességeit, forgásirányait és gyorsulásait (és még számos paramétereit) az alkalmazott CNC vezérlő programon belül kell beállítani (lásd pl. Mach3 leírásait)!

További kiegészítő információt talál még a Profi2A motortuning leírásában!