Profi2M_Expert CNC Vezérlő
(Micro-Step CNC Axis Driver)

Módosítva: 2009. szeptember 01. kedd

Gyártása beszüntetve!

Motor áram beállítás változás!

A Profi2ME a Profi2M tudásában kiterjesztett változata. A Profi2ME nagyteljesítményű,  mikro-léptetéses, léptetőmotoros, CNC vezérlő elektronika, dinamikus konfigurálási képességekkel! Profi2 CNC Vezérlő családba tartozó tengelyvezérlő, mely sorolható kialakítása révén, az igényeknek megfelelően, 1-től 4-ig összeépíthető bázis kártyánként (Profi2B). Megfelelő CNC vezérlő szoftverekkel (pl. Mach3) a báziskártyák számát kettőre lehet emelni és így max. 6 tengelyes CNC gépek is építhetőek.
A Profi2ME néhány fejlesztésével és szolgáltatásával tovább növeli az elérhető motorfordulatszámot és mind ezt azzal ötvözi, hogy a motorokat hatékonyabban pihenteti álló helyzetben!

Képgaléria:
(nagyítás=klikk!)

Főbb jellemzők (DSP V1.2):

- 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),
- 3.3A - 9A-es, szabályzott, motor fázisáram meghajtás,
- DSP által vezérelt, sebesség fokozó, mixelt módú áramlecsengetés,
- Tartóági, programozható, áram leszabályzás,
- Aktív hőtermelés és zaj csökkentés,
- 50V-os maximális motor tápfeszültség,
- max. 25× Tuningtényező,
- 300 000 Step/sec jelfeldolgozási sebesség,
- Termikus túlterhelés védelem,
- Konstans nyomatékú (motorteljesítmény) szabályzás (PWM),
- Növelt hatékonyságú, modulált PWM-zaj csökkentés,
- Szinuszoid áramszabályzási görbe (motor rezonancia csökkentés),
- Easy Setup (Jumper-es, gyors üzembe helyezés),
- Nagyfokú zavarvédettség (ipari alkalmazásokhoz),
- Telepített, masszív hűtés,
- Kétoldalas, lyukgalvanizált, részben SMD szerelésű NYÁK,
- Profi2B kompatibilitás,
- stb.

Frissítés V1.0 -> V1.1:
- tovább növelt akusztikus zajcsökkentés!
- motor rezonancia csökkenés!
- hőtermelés csökkenés!

Profi2ME Gépkönyve V1.0 (pdf, 1.4MB)

Általános ismertetés:

(Profi2ME PCB)

A Profi2ME sorolható kivitelű, egytengelyes professzionális vezérlő. Alapértelmezésben minden motorhoz (tengelyhez) egy db. Profi2ME Vezérlő tartozik.

A Profi2ME 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), és az egész rendszer digitális tápegysége (+5V és +15V).

(Profi2B Báziskártya)

Ennek megfelelően egy Profi2B báziskártyára maximum 4 db. Profi2ME 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 Profi2ME Vezérlőt kiszolgálhasson.

4D-s rendszer kialakítása)

A Profi2ME 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 Pofi2ME 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). A segéd-processzor reptében konfigurálja a DSP-t, így tovább növelve a motor dinamikáját, csökkenti a zajt és a hőtermelést.

Jelzések:

 Status  LED:

- Folyamatosan világit: Léptetési fázis.
Ebben az állapotban a Vezérlő a Current Jumper-sor által meghatározott árammal gerjeszti a motort. Ez a mozgási fázis. A Vezérlő processor sebességre optimalizálva működik!

- Villog: Tartóági fázis.
A Vezérlő a Hold Jumper által meghatározott tartóági árammal gerjeszti a motort. Ez a motor pihentető és pozícióban tartó fázisa. A Vezérlő processora motor pihentető állapotra van optimalizálva (hülésre)!

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

További fejlesztések:

- A Profi2ME Vezérlő speciális áramszabályzást valósít meg a DSP processzor segítségével (fázishelyzet, idő, mozgási állapot, dinamika 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 DSP segédprocesszor folyamatosan vizsgálja a Step jeleket, és azok függvényében változtatja a fő processor beállításait, referencia feszültségét. Segítségével a változó mozgási állapotokra lehet optimalizálni a motor hajtását. Álló helyzetben egy dinamikus csillapítási idő letelte után, automatikusan visszább veszi a motor gerjesztését (tartóági állapot), ezzel elősegítve annak hűtését.

- A Vezérlő Easy Setup-pal rendelkezik. Ez azt jelenti, hogy az üzembe helyezés előtt csak Jumpereket kell beállítani és már dolgozhat is! A Jumpereken a motor névleges áramát és a tartóági pihentető áramot kell beállítani (csak 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.

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.

(Csatlakozások, Jumperek)

(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. Profi2ME motorvezérlő köthető.
A Profi2B kártya biztosítja a Profi2ME 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. Profi2ME 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 Profi2ME Signal csatlakozóját a Profi2B Signal csatlakozójával kell összekötni (elnevezés helyesen)!
A Profi2ME 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 Profi2ME Vezérlőn belül egyesítésre kerülnek)!

A motor tápfeszültség kiválasztása előtt, javaslom elolvasni a Profi2ME 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)!
- Be kell állítani a léptetési áramot és a tartóági áramot!
A Vezérlő egy megosztott Jumper sort tartalmaz. A Léptetési áram sora a Current Jumper mező (osztozik az ICP sorral). Ezen a soron kell a motor névleges áramához legközelebb eső értéket beállítani.
A Hold rész a tartóági gerjesztés erejét szabályozza 2 fokozatban. Érdemes a kisebb fokozatot választani a minél jobb motor hűtés érdekében! Ha ez az érték nem volna képes a motort fix pozícióban megtartani, akkor válasszuk a nagyobb értéket!
A Jumper-sor 1-es lába meg van írva.

(Áram jumperek)

Léptetési gerjesztés (motor névleges árama):

Current mező: [Rövidrezárt Jumperek pozíciója]	Gerjesztési csúcsáram:
---	teszt gerjesztés: 4.1A
1-2	3.3A
3-4	3.7A
1-2; 3-4	4.1A
5-6	4.5A
1-2; 5-6	4.92A
3-4; 5-6	5.33A
1-2; 3-4; 5-6	5.74A
7-8	6.15A
1-2; 7-8	6.55A
3-4; 7-8	6.96A
1-2; 3-4; 7-8	7.37A
5-6; 7-8	7.77A
1-2; 5-6; 7-8	8.18A
3-4; 5-6; 7-8	8.59A
1-2; 3-4; 5-6; 7-8	9.00A

(Léptetési gerjesztés táblázata)

Csúcsáram beállítás=Motor névleges árama × 1.4!!!

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

Tartóági gerjesztés (pozícióban tartási gerjesztés):

Hold mező: [Rövidrezárt Jumper pozíciója]	Gerjesztési áram: [motor pihentető árama]
---	3.3A
9-10	4.1A

(Pihentetési gerjesztési táblázata)

(Áram Jumperek)

- Léptetési rendszer (felbontás) beállítása:
A Micro-Step Jumper-soron lehet beállítani a motor léptetések finomságát.

(Jumperek, jelzések)

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

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

A Profi2ME 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-ok is letölthetőek!

(új profil megjelenése a Mach3-ban, a gyors Setup file telepítése után)

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

(Mach3 motor tuning felülete)

Ajánlott minimum impulzus adatok: Step Pulse=2, Dir Pulse=2!

Használat:

A Vezérlő normál működése közben (Online módban) a  Status  LED jelzi a normál állapotot. Folyamatos világítása a léptetési állapotot, villogása a pihentetést mutatja.
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 Profi2ME motortuning leírásában is!