Profi2M CNC Vezérlő
(Micro-Step CNC Axis Driver)

Módosítva: 2009. szeptember 01. kedd

Gyártása beszüntetve!

Áram beállítás változása!

Korszerű, olcsó, nagyteljesítményű,  mikro-lépéptetéses, léptetőmotoros CNC vezérlő elektronika. Profi2 CNC Vezérlő családba tartozó tengelyvezérlő, mely sorolható kialakítása révén, az igényeknek megfelelően sorolható 1-től 4 tengelyig bázis kártyánként (Profi2B). Megfelelő CNC vezérlő szoftverekkel (pl. Mach3) a báziskártyák számát kettőre lehet emelni és így max. 6 tengelyes CNC gépek is építhetőek.

Demó Videó:

Profi2M.wmv (5.1MB)

Képgaléria:
(Nagyítás=klikk!)

Főbb jellemzők (Config: 110):

- Step/Dir rendszerű, léptetőmotoros CNC Vezérlő,
- Kártyánként egy tengelyes, moduláris,  sorolható kialakítás,
- 1 ; 1/2 ; 1/4 ; 1/16 állítható, mikro-lépések,
- 2 fázisú, Bipoláris erőátviteli híd (uniform FET-ekkel),
- 2 fázisú, 2.3A - 9A-es, szabályzott, motor fázisáram meghajtás,
- Aktív hőtermelés csökkentés,
- Mixelt módú áramlecsengetés (rezonancia mentes futás),
- 50V-os maximális motor tápfeszültség,
- max. 25× Tuningtényező,
- 300 000 Step/sec jelfeldolgozási sebesség,
- Termikus túlterhelés védelem,
- Konstans nyomatékú (motorteljesítmény) szabályzás (PWM),
- Csökkentett PWM zaj,
- Szinuszoid áramszabályzási görbe (motor rezonancia csökkentés),
- Easy Setup (Jumper + trimeres, gyors üzembe helyezés),
- Mach2 & Mach3-ra optimalizált,
- Nagyfokú zavarvédettség (ipari alkalmazásokhoz),
- Telepített, masszív hűtés,
- Kétoldalas, lyukgalvanizált, részben SMD szerelésű NYÁK,
- Profi2B kompatibilitás,
- stb.

Profi2M Micro-Step Vezérlő Gépkönyve (pdf, 1.38MB)

Általános ismertetés:

(Profi2M CNC Vezérlő)

A Profi2M sorolható kivitelű, egytengelyes professzionális vezérlő. Alapértelmezésben minden motorhoz (tengelyhez) egy db. Profi2M Vezérlő tartozik.

A Profi2M 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 +15V).

(Profi2B Báziskártya)

Ennek megfelelően egy Profi2B báziskártyára maximum 4 db. Profi2M 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. Charge-Pump védelem, 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 Profi2M Vezérlőt kiszolgálhasson.

(4D-s rendszer kialakítása)

A Profi2M 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:

(Léptetőmotor)

- 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 Pofi2M Vezérlő tuningtényezője*, az alkalmazott motor induktivitásától függően, 10-25× -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-ot meghaladni tilos! Ügyeljünk a terheletlen tápegységek esetleges feszültség megszaladására!

 A Vezérlőre kapcsolható maximális motor tápfeszültség 50V! Az erőátviteli FET híd által kezelhető folyamatos terhelés: 9A/fázis! A maximális terhelés környékén intenzív, ventillátoros légmozgatásról kell gondoskodni.
A Vezérlő által generált, változó kitöltési tényezőjű PWM jel, 20kHz-es, így az emberi fülnek szinte halhatatlan hangot generál a motorokban (enyhe, zizegő hang halható).

Jelzések:

Power OK LED: A tápfeszültségek meglétét jelzi.

Overload LED: Túlterhelés jelzés. Folyamatosa méri az erőátviteli híd hűtőbordájának hőmérsékletét és kb. 70°C felett letiltja a Vezérlő működését.

További fejlesztések:

- A Profi2M Vezérlő speciális áramszabályzást valósít meg a DSP processzor segítségével (fázishelyzet és az idő függvényében változót).
A szinuszoid hajtásmód a mikro-léptetéses rendszerben nagyon sima léptetést valósít meg, ezért a motor rezonanciák nagymértékben csökkennek. Segítségével kb. 30%-al növelhető a motor gyorsítása. 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 + 4 Jumpert 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 processzor (DSP) megengedi a rendkívül rövid Dir előválasztást is.

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

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

Telepítés, üzembe helyezés
(részletes ismertetés)

Mechanikai kialakítás, elhelyezés:

PCB:

- Kétoldalas, lyukgalvanizált nyáklemez, részben SMD szereléssel,
- Méretei: 169× 90 mm, magasság igény min. 50mm (légmozgatással),
- 4 db 3.5mm-es rögzítő csavarlyuk, 159×179.mm 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 szellőztetése)

(Profi2 Compact kialakítása)

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

4A/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 csatlakozás)

(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. Profi2M motorvezérlő köthető.
A Profi2B kártya biztosítja a Profi2M Vezérlők digitális tápfeszültségét (+5V és +15V), 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. Profi2M 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 Profi2M Signal csatlakozóját a Profi2B Signal csatlakozójával kell összekötni (elnevezés helyesen)!
A Profi2M 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 Profi2M Vezérlőn belül egyesítésre kerülnek)!

A motor tápfeszültség kiválasztása előtt, javaslom elolvasni a Profi2M Tuning leírását, mely támpontot ad a helyes méretezéshez!

A motor tápfeszültséget nem kell stabilizálni, viszont kondenzátoros szűrésénél min. 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×-os tuning feszültség javasolt.
A Vezérlőre maximum 50V kapcsolható! Ezt túllépni tilos! Ügyeljünk a terheletlen motor tápfeszültség megemelkedésére!

Motorok bekötése:

(motor fázisok és motortáp csatlakozások)

- A Vezérlő 2 fázisú, bipoláris (4 kivezetéses) motorokhoz lett tervezve.
Bipoláris motoroknál az összetartozó fázisvégeket kell az SK3 (L1) és az SK2-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 (vagy az adatlapján megadott érték)!

- 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:

(2db 8 kivezetéses 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 (Current trimer):

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 Current A és Current B Jumperekkel ki kell választani az áramtartományt, amiben a motorunk névleges árama könnyen beállítható!

(Current Jumperek)

Jumper pozíciók:	Beállítható áramtartomány:
1-2	3.2A - 9.0A
3-4	2.3A - 6.4A

(Current trimer áram tartományai)

- Fontos, hogy mindkét áramtartomány Jumper-ek (Current A és Current B) azonos pozíciókba legyenek!
- A Current (R25) 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 a legkisebb áramértékre szabályozna.
Majd forgassuk a trimert ellentétes irányba és szintén figyeljük meg ezt a véghelyzetet is. Ezen a ponton a szabályzó maximum áramértékre szabályozna.
Majd képzeletben osszuk fel a bejárt mozgási szöget és megsaccolva a mi motorunk áramának 1.4-szeresének helyét, állítsuk oda a trimer nyíl alakú mutatóját!

Jumper: 1-2	Jumper: 3-4

(Motor névleges áramának 1.4×-esének beállítása: Current trimer)

Figyelem! A motorra írt áram 1.4×-esét kell beállítani (40%-al többet a névlegestől)!!!

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

- Léptetési rendszer (felbontás) beállítása:
A DSP Config Jumper-soron lehet beállítani a motor léptetések finomságát (micro-step).

(Micro-Step Jumperek)

Jumper pozíciók:	Léptetési rendszer:	Léptetés/fordulat:*
1-2; 3-4	Egész	200
3-4	Negyed	400
1-2	Fél	800
-	Tizenhatod	3200

(DSP Config Jumper-sor. Micro-Step táblázata)
*1.8°-os motorra vonatkoztatva.

A többi Jumper belső setup funkciókat lát el, melyet a gyártó fixen állít be. Javasolt, a negyed léptetés használata.

A Profi2M 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)

A Vezérlő NEM invertáló Step jeleket igényel (felfutó élre léptet)!

(Mach3 motor tuning felülete)

Ajánlott impulzus adatok: Step Pulse=2, Dir Pulse=2.

Használat:

A Vezérlő normál működése közben (Online módban) a Power OK LED jelzi a normál állapotot.
Az Overdrive LED a Vezérlő túlmelegedését jelzi (kb. 70°C felett) és lehűléséig letiltja annak további működését!
Ez túlterhelésre vagy elégtelen szellőzésre utaló jelenség.

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 Profi2M motortuning leírásában is!