Контроллер ЧПУ

Контроллеры ЧПУ — отдельный класс электроники, используемый для автоматизации станков.

Они различаются по функциональности, области применения, поддерживаемым датчикам, программному обеспечению, степени автономности.

Любой механический станок, который использует числовое программное управление, должен иметь контроллер ЧПУ.

В качества контроллера (т.е. устройства, которое решает какие команды должны выполняться) может выступать обычный компьютер, при этом понадобится плата согласования.

Плата согласования LPT-DPTR 1.03 

Позволяет с помощью компьютера управлять драйверами шаговых двигателей станка с ЧПУ, подключается к ПК через LPT- порт.

Совместим с Mach3 Подключать можно драйверы с интерфейсом STEP/DIR/ENABLE, для которых сигналы управления формируются относительно +5В по схеме открытый коллектор. Устройство имеет гальваническую изоляцию LPT порта.

Возможности устройства.

Через LPT-порт с компьютером можно соединить до 5-ти драйверов шаговых двигателей (поддерживает подключение поворотной оси) для управления с помощью программы типа Mach3. Четыре двигателя могут управляться одновременно и независимо – линии управления драйверами, с 1-й по 4-ю, независимы между собой. 5-я линия управляется одновременно с 4-й, они соединены параллельно.

В устройстве предусмотрены 2 силовых реле с током коммутации до 10А для управления дополнительными устройствами станка с ЧПУ (например, шпиндель). Входы позволяют принимать информацию от 4-х концевых датчиков, обеспечивая их питание, и от клавиши аварийной остановки работы двигателей E-STOP. Датчики могут быть как контактные (кнопки), так и бесконтактные (индуктивные, емкостные). Также предусмотрена линия управления частотным инвертором, на которую подается ШИМ – сигнал, формируемый программой управления, Mach3.

Все входы для подключения датчиков и клавиши E-STOP, а также все выходы управления драйверами оптоизолированы от LPT-порта ПК. Питание датчиков также гальванически развязано с источником питания платы, т.е. с USB – портом.

Напряжение питания9…40В
Максимальная потребляемая мощность2.5Вт
Номинальный/максимальный ток управления внешним драйвером10/40 мА
Максимальная частота сигналов управления STEP, DIR, ШИМ1 МГц
Подключение к компьютеруинтерфейс LPT
Совместимость с Mach 3ДА
Управляемые драйверы4 независимых (X, Y1, Z, A) и 1 дублирующий (Y2), ШИМ (PWM)
Входы5 концевых датчиков (LimX, LimY, LimZ, LimA) + кнопка E-STOP (STOP)
Выходы2 силовых, реле 7А/250В
Напряжение изоляции LPT порта1 кВ
Габаритные размеры (Ш х Д)190 х 85 мм

Рассмотрим немного схемотехнику

Питание обеспечивается через микросхему (1) LM2594

DC-DC преобразователь, Step-Down, Uвх.=4.5…40В, Uвых=1.2.…37В, Iвых= 1.5А. Скорее всего имеет выход 12 Вольт.

Входной сигнал передаётся через LPT разъем на плату. Сигналы с разъема LPT, дублируются на штырьковый разъём (К1).

Сигнал через резистивные сборки (R1, код 101, 100 Ом) и (R2, код 425,) поступает на элементы 2, скореев всего это инверторы. Далее сигнал идёт на оптопары 6N137 (4) и (3).

Сигнал на драйверы, имеет развязанное питание 5 Вольт. Электропитание поддерживает Преобразователь DC/DC (5). Который подаёт питание 5 Вольт на клеммники подсоединения драйверов осей A, Z, Y2, Y1, X.

Также подаётся ШИМ сигнал на клеммник PWM с питанием 10 Вольт.

Далее принимаются сигналы от датчиков парковки LimX, LimY, LimZ, LimA.

Ну и последним принимается сигнал с кнопки аварийной остановки STOP.

На плате имеется два реле. Первое реле (Реле 1) управляется через LPT порт, второе реле (Реле 2) может управляться также через LPT порт или как независимое реле, через таймер. Выбор работы второго реле реализуется через изменение перемычки (Пер1). Для работы таймера используется микросхема NE555 (6). Регулировка периодов таймера производится при помощи резисторов R3, R4.

Подключение

Условно драйвер имеет несколько разъемов для подключения.

  1. Питание драйвера.
  2. Подключение шагового двигателя.
  3. Подключение сигналов управления к контроллеру..

Рассмотрим подключение драйвера к контроллеру.

Сигналы управления STEP/DIR (PUL/DIR):

  • Вход драйвера «STEP» (он же «PULSE») – предназначен для получения тактовых импульсов. За один импульс ротор двигателя поворачивается на один микрошаг. Вход может работать по фронту или спаду импульса. Чем выше частота импульсов, тем выше скорость вращения ротора.
  • Вход драйвера «DIR» – предназначен для выбора направления вращения двигателя («0» – в одну сторону, «1» – в другую сторону). Смена состояния вывода «DIR» должна осуществляться при отсутствии импульсов на выводе «STEP».
  • Вход драйвера «ENABLE» – разрешает работу двигателя. У большинства драйверов данный вход является инверсным, работа двигателя разрешена при отсутствии напряжения на входе. Некоторые драйверы позволяют вообще не подключать этот вход. Если работа двигателя запрещена, то его обмотки электрически отключаются и вал двигателя не удерживается.
  • Логический сигнал как правило 5 Вольт.
  • Двигатель отключён если на входе «ENABLE» есть напряжение.
    Сигналы на входах «STEP» и «DIR» игнорируются драйвером. Вал двигателя освобождён.
  • Вал поворачивается на один микрошаг с каждым импульсом на входе «STEP», при условии что на входе «ENABLE» нет напряжения.
    Направление поворота вала зависит от состояния на входе «DIR».
  • Вал двигателя удерживается в неподвижном состоянии если на входе «ENABLE» нет напряжения и на вход «STEP» не подаются импульсы.
  • t1: После снятия напряжения со входа «ENABLE» должно пройти не менее 5мкс до изменения уровня на входе «STEP» или «DIR».
  • t2: После изменения состояния на входе «DIR» должно пройти не менее 5мкс до подачи импульса на вход «STEP».
  • t3, t4: Длительность импульса или паузы на входе «STEP» не должна быть меньше 2,5мкс.
  • t5: Автоматическое снижение тока удержания происходит через 1-2 сек после подачи последнего импульса на вход «STEP». Время зависит от типа драйвера.

Выхода управления драйвера выглядят так:

Подключаем с общим плюсом. Объединяем все плюсы и присоединяем к пину +5V контроллера.

А остальные провода к соответствующим по названию пину контроллера.

Каждую ось подключаем на отдельный драйвер.

Плата синхронизации Sen sync V1.3

Системы ЧПУ, к которым возможно подключить Sen_Sync V1.3:

  • Mach3 LPT-DPTR 1.03
  • Mach3 RNRMotion USB
  • Mach3 RNRMotion Ethernet
  • Mach3 ZKMotion
  • Mach3 GEKO G540

Примечание: Для других систем управления, таких как NC-Studio, LinuxCNC, автономные контроллеры управления DSP и прочие рекомендуется использоваться версию данного контроллера Sen_Sync V1.3S.

При использовании двух двигателей и двух датчиков домашнего положения, возникает потребность управлять двигателями раздельно. Это позволит каждому двигателю реагировать на датчик, установленный в начале координат. Такой метод возврата в домашнее положение обеспечивает перпендикулярность осей. Некоторые системы ЧПУ имеет встроенные возможно по реализации такой схемы подключения (к примеру, Mach3), в других же системах такой программной возможности нет, поэтому используется контроллер Sen_Sync.

Технические характеристики

  • Напряжение питания контроллера 12-48 VDC.
  • Тип подключаемых датчиков NPN.NO, NPN.NC (тип NO или NC переключается перемычками на плате)
  • Прерывание сигнала Pull- (5V)

Алгоритм работы

В данном контроллере существуют два режима работы. Переход между режимами работы осуществляется автоматически.

Режим работы 1:

При включении питания, контроллер Sen_Sync непрерывно опрашивает датчики домашнего положения. Как только сработает один из датчиков, контроллер прерывает сигнал PULL- на драйвер, соответствующий датчику. Далее ожидается (не более 5 секунд) срабатывания второго датчика, после чего прерывается сигнал PULL- на второй драйвер. Таким образом обе стороны одной оси, но двух двигателей возвращаются в домашнее положение. На контроллер подается сигнал OUT, означающий срабатывание датчика по оси.

После выполнения данного цикла, его возможно повторить в течение 10 секунд (для ЧПУ систем, которые возвращаются второй раз с низкой скоростью), после чего контроллер переходит в режим работы 2.

Режим работы 2.

При срабатывании одного из датчиков домашнего положения прерывается оба сигнала PULL-. Ось полностью блокируется и подается сигнал OUT. Такое состояние сохраняется до перезагрузки питания. Данная функция является аварийной защитой и в случае ложного срабатывания или отказа одного из датчиков в процессе работы станка позволит избежать перекоса оси.

Аварийная блокировка

  • если второй датчик не сработает вовремя, то портал по оси Y полностью блокируется, в окне статуса датчиков системы управления станком с ЧПУ мигает статус датчика по оси Y, так же мигает светодиод выхода OUT на плате Sen_sync;
  • если один из датчиков при подаче питания активен, то портал по оси Y полностью блокируется, в окне статуса датчиков системы управления станком мигает статус датчика по оси Y, так же мигает светодиод выхода OUT на плате Sen_sync;
  • если оба датчика при подаче питания активны, то портал по оси Y будет заблокирован при повторном срабатывании одного из датчиков. 
plata_sen_sync._vyravnivanie_portalaСкачать

ИНТЕРФЕЙСНАЯ ПЛАТА RNR USB 2.0

Плата RNR USB 2.0 для управления системами ЧПУ через компьютер. Совместима с Mach3.

Поддерживаются 4 независимые оси перемещения. Выходная частота 100кГц, с минимальным алгоритмом интерполяции ошибок и высокой точностью обработки USB – интерфейс, позволяющий подключить контроллер к ПК или ноутбуку. Поддержка операционных систем Windows XP, 7 ,8 и 10 (версий х32 и х64). Входные сигналы все имеют оптическую развязку.

Управление шпинделем:
– установка частоты вращения – ШИМ
– установка частоты вращения – аналоговый выход*
– запуск/останов шпинделя – реле
– 4 цифровых опто-изолированных входа, которые могут использоваться для:
– Кнопка аварийного останова (E-Stop)
– Концевые выключатели (Limits)
– Датчики определения абсолютных координат станка (Home)
– Датчик определения высоты инструмента над заготовкой (Probe)
– 12 цифровых входов
– 4 цифровых опто-изолированных выхода
– Возможность подключить ротационный энкодер (Ручной Генератор Импульсов, MPG)

kontroller-rnr-usb-dlya-mach3-1Скачать

plata-optorazvyazki-5-osey-1-rele-1Скачать