StepMaster ver 2.5 Интерфейсная плата для станков с ЧПУ

Коммутационная интерфейсная плата для станков с ЧПУ — StepMaster вер. 2.5

Интерфейсная плата StepMaster для работы со станками под числовым программным управлением (ЧПУ) — неоспоримо лучший вариант отечественного продукта из ныне существующих мировых аналогов. Максимальные работоспособность и эффективность станка достигаются наличием инновационной технологии цифровой фильтрации и обработки сигналов управления, передаваемых непосредственно от модуля ЧПУ к станку. Функционал платы позволяет получить наивысшую возможную скорость и высокую стабильность работы станка, максимально исключая возможные сбои, срывы и потери координат.

Конструкция платы позволяет подключить силовую часть и электрооборудование ЧПУ станка (драйверы, шпиндель, концевые выключатели) к LPT-порту компьютера под управлением совместимых систем Mach3, LinuxCNC, TurboCNC и подобными. Дополнительно, StepMaster совместим с системой управления станком NCStudio 5.5.60.

Технические характеристики

  • 5 осей. 2 реле. Управление скоростью шпинделя.
  • 5 входов с собственным питанием и оптической развязкой для датчиков и кнопок.
  • Подключение к LPT или плате NCStudio (во втором случае возможно использовать только 3 оси).
  • Полная оптическая развязка кабеля NCStudio.
  • Высокоточный 12-битный преобразователь ШИМ -> напряжение 0-10 В для управления скоростью шпинделя.
  • Поддержка режима ChargePump.
  • Возможность умножения частоты 1X, 2X, 4X, 8X, 16X.
  • 4 режима фильтрации сигнала.
  • Выбор активного фронта входного сигнала Step.
  • Возможность ограничения частотного диапазона входного сигнала до 250 кГц или до 2 МГц.
  • Автоматическое включение реле №16 при наличии сигнала Enable / ChargePump.
  • Автоматическое включение реле №17 при наличии сигнала запуска шпинделя или ШИМ сигнала регулировки скорости шпинделя.
  • Возможность непосредственного управления реле по 16 и 17 линиям LPT при неиспользовании 5 оси.
  • Автоматическое применение настроек для работы с платой NCStudio при подключении кабеля к плате.
  • Возможность выбора входа управления LPT / NCStudio подключенным к плате микро переключателем.
  • Настройка платы микрокнопками с индикацией текущих настроек.
  • Сохранение настроек в энергонезависимую память и их автозагрузка при включении.
  • Кабель DB25 длиной 1,4 м с ферритовым фильтром.

Основные возможности

  • Высокая стабильность работы станка за счет коррекции исходного сигнала управления.
  • Мягкая и плавная работа оборудования без ущерба точности.
  • StepMaster позволяет добиться максимальной возможной скорости работы станка.
  • Цифровой фильтр позволяет повысить частоту сигналов управления (входная частота до 2,5 МГц; выходная до 20 МГц).
  • Блок входов гальванически отвязан от остальной схемы и имеет собственный источник питания, что позволяет напрямую подключить индуктивные датчики и датчик определения длины инструмента.
  • Возможность регулировки степени фильтрации сигнала.
  • Цифровой фильтр полностью устраняет проблемы с потерей импульсов / шагов и со смещением координат.
  • Фильтр устраняет проблемы со срывами станка в пропуск шагов при использовании шаговых приводов.

Цифровой фильтр

В основе устройства реализован цифровой фильтр сигналов управления, предназначенный для устранения недостатков исходного сигнала, способных приводить к сбоям в работе станка, пропуску шагов, потере или смещению координат и нестабильной работе на высоких скоростях.

Фильтр выполнен на микроконтроллерах ARM Cortex-M3 с тактовой частотой ядра и периферии 72 МГц для каналов X, Y, Z, A и 24 МГц для канала B.

Микроконтроллер корректирует частоту выходного сигнала каждые 100 мкс (10 000 раз в секунду), что позволяет добиться высокой точности и плавности в работе управляемого ЧПУ оборудования. Период изменения частоты выходного сигнала таких программ, как Mach3 и LinuxCNC значительно больше – 2 000 и 1 000 мкс соответственно. Таким образом, после обработки фильтром, частота выходного сигнала изменяется значительно более плавно, чем исходный сигнал.

На основе исходного сигнала и по законам кинематики, фильтр рассчитывает движение, стремящееся максимально точно повторить исходную траекторию. На основе полученной информации генерирует сигнал управления. Таким образом, сбои и неравномерность исходного сигнала не влияют на выходной сигнал, что позволяет добиться высокой плавности и стабильности в работе оборудования.

Ввиду того, что выходной сигнал управления генерируется заново — существует возможность установить значение микрошага, отличное от входного сигнала. Например, при установке дробления множителя 4X – выходная частота сигнала Step будет в 4 раза выше входной частоты. Соответственно, частотный диапазон выходного сигнала будет в 4 раза шире. Если программа управления генерирует сигнал на частотах до 25 – 35 кГц, то после 4-кратного умножения фильтром выходной частотный диапазон будет масштабирован до 100 – 140 кГц.  Это позволяет использовать более мелкий микрошаг для более плавной работы.

Подключение

Согласно стандарту IEEE 1284 (LPT), длина кабеля не должна превышать 3 метров. По этой причине, работоспособность LPT порта не гарантирована при использовании удлинителей и самодельных кабелей.

В типовой конфигурации к плате потребуется подключить:

  • Питание платы от отдельного источника с напряжением от 12 до 30 В.
  • Драйверы шаговых моторов или сервоприводов
  • Инвертор шпинделя
  • Датчики поиска баз
  • Датчик длины инструмента
  • Кнопку E-Stop
  • Подключить плату кабелем к LPT порту компьютера или к плате NCStudio.

Для питания платы требуется отдельный источник питания с напряжением от 12 до 30 В и мощностью не менее 3 Вт.

Категорически не рекомендуется подключать какие-либо электрические цепи кроме самой платы к данному источнику. Недопустимо использование для питания платы импульсных регуляторов напряжения без гальванической развязки. НЕ подключайте питание к двухконтактной клемме «Inputs 10-24 V» справа на торце платы! Клемма соединена с выходом внутреннего маломощного источника питания блока входов с напряжением 9 В, и в типовых схемах подключения не используется.

Подключение драйверов

Для подключения шаговых драйверов или сервоприводов используются 5 пятиконтактных клемм. Подключение большинства драйверов не требует использования дополнительных токоограничивающих резисторов. Уровень сигнала 5 В. К плате может быть подключено до 5 независимых осей. Сигнал Enable – общий для всех пяти осей.

Подключение драйверов двигателей к плате StepMaster

Некоторые драйверы возможно подключить только по схеме с общим плюсом. В таком случае, потребуется использовать контакт +5V на клеммах интерфейсной платы.

Подключение инвертора шпинделя

Для запуска шпинделя рекомендуется использовать реле 17. Данное реле может управляться непосредственно по линии 17 порта LPT, либо, будет включаться автоматически при наличии сигнала на 14 линии в случае использования 5 оси (пятая ось так же управляется по линиям 16, 17).

В случае управления от NCStudio для запуска шпинделя так же используется 17 реле.

Для задания скорости вращения используется аналоговый выход Spindle 0-10V out. На плате установлен высокоточный 12-битный ЦАП с полным диапазоном выхода от 0 до 10 В. Конвертер ШИМ -> напряжение управляется по линии 14 LPT или от платы NCStudio. Во втором случае, скорость задается ступенчато, т.к. плата NCStudio может задать только 8 вариантов скорости, включая нулевую.

Большинство инверторов могут управляться как сигналом напряжения, так и током. Для корректной работы с платой StepMaster потребуется переключить управляющий вход в режим считывания напряжения. В некоторых инверторах это устанавливается перемычкой. В других – задается настройками. В-третьих – для управления по току и по напряжению используются разные входы.

Неправильное подключение или настройка могут привести к неточной или нестабильной регулировке скорости.

Подключение инвертора шпинделя к плате StepMaster

Подключение датчиков и кнопок

Индуктивные датчики NPN типа могут быть подключены непосредственно к разъемам платы без дополнительных элементов. Для подключения датчиков PNP типа потребуются дополнительные резисторы номиналом 750 Ом. Механические датчики, кнопки и контактный датчик длины инструмента могут быть подключены так же без дополнительных элементов.

Подключение датчиков и кнопок к плате StepMaster

Блок входов гальванически отвязан от остальной электроники и имеет собственный источник питания с напряжением 9 В и мощностью 1 Вт. Суммарный ток потребления датчиков не должен превышать 100 мА (для большинства моделей датчиков этого достаточно), иначе потребуется использование дополнительного блока питания 12 - 24 В. Блок питания в этом случае подключается к любой из клемм «-» (например, на последнем двухконтактном разъеме) и коричневому проводу питания датчиков, при этом питание с платы не используется.

Не допускается объединение цепи питания платы и цепи питания входов! В противном случае возрастает вероятность негативного влияния внешних помех на работу платы.
Внимание, будьте осторожны! Не допускайте замыкания контактов «+» и «-». В этом случае преобразователь питания блока входов выйдет из строя!

   

Настройка платы

На плате расположены 19 светодиодов, отображающих текущие настройки и 5 кнопок.

Multiplier:
В первом столбце можно выбрать коэффициент умножения частоты сигнала Step. Данная функция позволяет увеличить частотный диапазон сигнала управления для использования более мелкого микрошага и более плавного и точного движения станка. При использовании LPT редко удается получить стабильный сигнал управления с частотой выше 35-45 кГц. Так же и при управлении от NCStudio максимальная частоты сигнала 47 кГц. Однако большинство современных драйверов способны воспринимать сигнал с частотами до 200 кГц и выше, что позволило бы использовать в настройках драйверов более мелкие значения микрошага.

Например, при использовании NCStudio и настройке множителя 4X на выходе платы StepMaster максимальная частота сигнала Step составит 188 кГц. Однако в этом случае стоит переключить настройки драйвера на режим микрошага в 4 раза более мелкий, чем было задано ранее. Т.е. если был установлен микрошаг 1/8 (1600 имп./об.), с множителем 4X потребуется настроить драйвер на микрошаг 1/32 (6400 имп./об.)

Smoothing:
Второй столбец показывает выбранную степень фильтрации нестабильности исходного сигнала.

Фильтрация сигнала позволяет устранить рывки в движении станка и сделать его работу более плавной и мягкой, а также существенно повысить стабильность работы, максимальные рабочие скорости и ускорения станка.

Максимальный режим «High» подходит для систем с низким качеством исходного сигнала управления.

Средний режим «Mid» является оптимальным для большинства задач.

Низкая степень фильтрации «Min» может использоваться при очень высоких требованиях к точности обработки, и ускорениях выше 1000 мм/сек², но в свою очередь создает высокую нагрузку на механику станка.

В режиме «Hard» StepMaster оказывает минимальное влияние на сигнал управления.

Active edge:
Настройка Falling / Rising edge Step позволяет выбрать активный фронт входящих сигналов Step. При работе от LPT или NCStudio данная настройка не будет влиять на работу станка. В прочих случаях рекомендуется установить режим нарастающего активного фронта Rise Step.

Maximum input frequency:
Позволяет настроить фильтрацию входного сигнала от высокочастотных помех. Импульсы на частотах выше допустимой будут игнорироваться. При использовании платы StepMaster с LPT или NCStudio необходимо установить настройку на 280 kHz.

Non-inverted / Inverted Enable Output:
Настройка позволяет инвертировать или не инвертировать выходной сигнал Enable.
Данная настройка может быть полезна при использовании режима ChargePump для согласования работы сигнала Enable с настройкой драйверов и способом их подключения.

Так же может потребоваться изменение настройки при использовании NCStudio. Т.к. NCStudio не поддерживает работу с данным сигналом, StepMaster меняет состояние сигнала Enable при наличии подключения к работающей плате NCStudio. Если же требуется, чтобы драйверы оставались включенными постоянно, даже при отключенном питании управляющего компьютера – потребуется отключить клеммы Enable от драйверов.

Pin#1 mode - Enable / Charge Pump:
В режиме Enable сигналом Enable можно управлять, меняя состояние на 1 линии LPT.

В режиме ChargePump для активации драйверов и реле на первой линии должен присутствовать сигнал частоты (не менее 50 Гц). При отсутствии (прекращении генерации) такого сигнала StepMaster отключает сигнал Enable, поступающий на драйверы, отключает оба реле (вне зависимости от состояния управляющих сигналов) и выдает нулевое напряжение на аналоговый выход задания скорости вращения шпинделя.

Данный режим позволяет предотвратить включение электроники станка во время загрузки компьютера и немедленно отключить станок в случае, если программа управления «зависла».

Pin#16, Pin#17 mode - AxisB / Relays 16,17:
Настройка позволяет выбрать непосредственное управления реле по линиям 16 и 17, либо управления пятой осью «B».

В режиме работы 5 оси реле переключаются в автоматический режим. В этом случае 16 реле активируется при наличии сигнала Enable или сигнала ChargePump, а 17 реле включается при наличии активного уровня на 14 линии, или наличии ШИМ сигнала с коэффициентом заполнения не менее 1%.

Джампер NCStudio Enable:
На плате присутствует джампер «NCStudio Enable». При установленном джампере и подключенном кабеле к работающей плате NCStudio StepMaster автоматически переключается на управление от NCStudio. При снятии джампера отключается управление от NCStudio (даже если кабель подключен), и переключается на управление от LPT. Вместо джампера может быть подключен микропереключатель.

Светодиоды рядом «LPT DB25» и «NCStudio» переключаются в зависимости от того, какой порт в данный момент активен.

Настройка программы управления

Pin 1 – Enable Pin 10 – Input 10 (X limit)
Pin 2 – Step X Pin 11 – Input 11 (Y limit)
Pin 3 – Direction X Pin 12 – Input 12 (Z, A, B limit)
Pin 4 – Step Y Pin 13 – Input 13 (датчик касания Z = 0)
Pin 5 – Direction Y Pin 14 – Преобразователь ШИМ -> 0-10 В
Pin 6 – Step Z Pin 15 – Input 15 (E-Stop)
Pin 7 – Direction Z Pin 16 – Relay 16 / Step B
Pin 8 – Step A Pin 17 – Relay 17 / Direction B
Pin 9 – Direction A Pin 18-25 – GND

 

Ориентировочные настройки Mach3

Ориентировочные настройки Mach3 для StepMaster

Ориентировочные настройки Mach3 для StepMaster

Ориентировочные настройки Mach3 для StepMaster

Ориентировочные настройки Mach3 для StepMaster

Ориентировочные настройки Mach3 для StepMaster

Ориентировочные настройки Mach3 для StepMaster

Ориентировочные настройки Mach3 для StepMaster

Похожие позиции

ЧПУ 3040

Станок ЧПУ 3040

31780 руб. Арт. 2591
Информация представленная на данном информационном ресурсе преследует исключительно рекламные цели и не является договором-офертой !
© Все права защищены 2019г https://compacttool.ru