gracias a http://intereza-.blogspot.com/
Interfaz lpt de 3 ejes 2 salidas 5 entradas
Esta interfaz de 3 ejes es compatible con:
- mach3
- driver bipolar de 2Amp
Esta interfaz fue construida especialmente para
manejar los driver's que se encuentran publicados en nuestra web, aunque
veremos mas adelante, puede comandar cualquier driver que se encuentra el
mercado, ya que ésta, proporcionana las señales principales para manejar
drivers.
Nuestra finalidad es manejar una Maquina
CNC con la PC, por lo que deberemos ser capaces de controlar motores paso
a paso y saber en que lugar esta posicionada la herramienta de corte.
Entonces por un lado tendremos una PC y por el otro
motores paso a paso, finales de carrera, un pulsador para la parada de
emergencia, un husillo con herramienta de corte y una aspiradora / ventilador /
iluminacion, etc.
Para comandar todo esto, necesitamos una interfaz
que conectada a la pc:
a. Separe en grupos y ordene las señales del puerto
paralelo a utilizar de forma que resulte facil su utilizacion.
b. Acondicionar las señales de entrada y salida.
En el caso de ordenar las señales, todo se realiza
en la interfaz y mediante borneras para conectar sensores, borneras para el
manejo de cargas electricas de 220VCA y conectores estandard o borneras para conexión de drivers de nuestra web u otras controladoras.
Ademas debe dividir en dos grupos los pines del puerto LPT, en entradas y
salidas.
Y llamaremos acondicionar las señales, a trarlas
segun sean entradas o salidas y a su vez segun sean para manejar drivers,
reles, verificar el estado de pulsadores, etc.
Empezaremos por las señales mas simples.
Salidas a Rele:
Dijimos que tenemos dos salidas a rele, estas son
salidas del puerto paralelo que se deben acondicionar en 3 etapas para manejar
el rele que conmutara la carga de 220VCA
• Aislar electricamente la salida del puerto por
seguridad en caso de alguna falla.
• Estabilizar la señal contra estatica y/o ruido,
evitando falsos disparos.
• Adaptar su nivel de tensión para manejar la
bobina del rele que manejara la carga, ya que no podremos manejar potencia con
esta señal del puerto.
Entradas de sensores:
Luego tenemos 5 señales de entrada, son entradas
del puerto paralelo que deberemos:
• Aislar eléctrica mente por seguridad, en caso de alguna falla o un
valor de tension alto no admitido.
• Estabilizar la señal contra estatica y/o ruido,
evitando falsos disparos.
Salidas para drivers:
Para el caso de los drivers, juntaremos las tres
señales del puerto necesarias para el driver, previamente aisladas y
estabilizadas contra ruido o interferencia, le agregaremos dos señales de alimentación y una para el manejo de medios paso.
Por ultimo se los coloca a un conector para facil conexion del driver, el cual
no es mas ni menos que la etapa de potencia y control para los motores de
pasos.
Para manejar los motores en casi todas las
controladoras/drivers se utilizan 3 señales provinientes de la PC y comúnmente requieren de alimentacion (+5v).
Las señales que enviaremos por el conector son las
siguientes:
• Enable.
• Dir o Dirección.
• Clock o Pasos.
• Half / Full.
• Alimentacion: +5v y tierra.
El conector que normalemente se utiliza y lleva la
interfaz es un IDC10 de cable plano.
(1-2) Alimentación de 5Volts
(9-10) GND
o 0Volts
(3) Clock, serán estos los pulsos que
determinen los pasos del motor,
si trabajaremos en paso entero, un pulso sera un paso,
pero si trabajamos en medio paso, un pulso sera, medio paso en el motor.
(4) Señalado como DIR, dirección o llamado
comúnmente CCW/CW,
determina si el driver creara la secuencia para hacer girar al motor en un
sentido u otro.
(5) Enable, sera el que activa la alimentacion
en la etapa de potencia, energizando las bobinas del motor.
Comunmente se utiliza para desconectar la
alimentacion de los motores cuando no se usa la maquina, evitando asi la alta
temperatura en los motores, sin necesidad de apagar todo el equipo.
(6) Half/Full. Este pin nos comandara si el
driver trabajara en medio paso o en paso completo en los casos que posea
esa opcion.
Configuracion de Pines:
Configuracion de Entradas Digitales
PIN
|
Uso en
MACH3
|
10
|
X++ / X--
|
11
|
Y++ / Y--
|
12
|
Z++ / Z--
|
13
|
HOME X / Y / Z
|
15
|
Parada de emergencia
|
Configuracion de Salida a RELE
Pin
|
Uso en
MACH3
|
16
|
RELE 2
|
17
|
RELE 1
|
Configuracion de Ejes interfaz 3 ejes
Eje
|
X
|
Y
|
Z
|
Paso
|
2
|
8
|
5
|
Dir
|
4
|
9
|
3
|
Enable
|
6
|
7
|
14
|
Como mencionamos, este driver puede manejar
cualquier otro driver que este basado en el integrado L297, y muchos otros que
utilizen estas 3 señales.
Todas estas son pines del puerto paralelo que se
pueden configurar independientemente en el Software de control CNC, MACH3
de ArtSoft, el cual es el mas utilizado para estas aplicaciones. Con
la información que aquí se proporciona, podran configurarlo.
Reles:
Para los reles se utiliza una salida del puerto
para cada uno. mediante un pulso se comanda la bobina de un rele a travez
de un transistor, llamados Q1 y Q2. Este pulso es quien pone en saturación el
transistor que alimenta la bobina del rele y enciende el led indicador
Sal1 o Sal2. A fin de alargar la vida útil de los contactos internos de
los reles, dado que comúnmente conectaremos cargas inductivas a los mismos
y sera frecuente su gran uso de conmutación, lo cual provocara chispazos sobre
los mismos, se ha colocado entre el PM (Punto medio) y NA-NC una resistencia y
un capacitor para eliminar las corrientes inducidas en los contactos, asi
evitando los chispazos que dañan los mismos y un diodo rapido (
1n4148 ) cortocircuitando la bobina del rele para evitar daños al
transistor por la fem producida en la conmutacion.
Entre el Punto medio (PM) y Normal abierto/cerrado
(NA-NC) podremos colocar cargas de hasta 220 vca, 10Amp (¡DEPENDE EL RELE
UTILIZADO!)
Sensores:
Para las entradas de sensores, se utilizan 5 pines
de entrada al puerto paralelo, 1 por cada entrada, estos 5 son puestos a
masa por el array de resistencias para evitar falsos disparos y aislados
por una compuerta configurada como buffer.
Conexion de finales de carrera:
vamos a conectar entre Común ( + 5vcc ) y cada pin
un sensor NA o NC ( Finales de carrera, Pulsadores, Parada de emergencia
golpe de puño, etc. )
Con el fin de detectar los limites maximos y
minimos de movimiento de la herramienta y poder trabajar con coordenadas
relativas.
Alimentación:
A la entrada de alimentación de la interfaz se
encuentra un diodo rectificador (1n4007) que soporta 1 Amp. lo que para el
consumo de la interfaz y driver's y el cooler opcional alcanza. Este diodo hace
que en caso de invertir la polaridad de alimentación accidentalmente se dañe el
diodo y no todo el circuito o pudiendo también dañarse el puerto paralelo.
Dentro del circuito de la interfaz se encuentran
dos reguladores de tension: un regulador de +12 Volts para las bobinas de los
rele y la salida de cooler's y otro de + 5 volts para la lógica de los
driver's y la propia interfaz. este regulador de 5volts le provee
alimentación a la interfaz y a la lógica de los driver a través del cable plano
que conecta los drivers con la interfaz.
Información general:
Al utilizar compuertas configuradas como bufer, se
aísla eléctricamente el puerto paralelo del circuito con tensión excesiva
para el puerto, pero esto no garantiza la mayor seguridad dado que
electrónicamente hay conducción de potencial, no es imposible que se dañe la
compuerta y nos dañe el puerto pero es casi imposible y nunca he escuchado un
caso real. Lo ideal seria utilizar Optoacopladores, pero estos son demasiado
costosos debido a que se necesitan de una alta frecuencia de trabajo y en gran
cantidad.
NOTA:
En caso de fallar el funcionamiento de los driver
se debera corroborar que presente voltaje el regulador de 5 volts, ya que
es comun que en el conexionado general no tomemos la precaucion de realizarlo
con todo desconectado y podemos causar un corto en terminales de alimentacion
que provoque dañar el regulador, en caso de que no haya tension se debera
cambiar el mismo.
Otras versiones:
Existen otras versiones (ICL425/435) donde se han
incorporado leds testigo, salida charge pump, una fuente integrada o
alimentacion por puerto USB, manejo de 4 y 5 ejes y salidas de hasta 4 reles,
como tambien algunas mejoras mas.
Estas versiones son comerciales y al interesado
puede contactarse via e-mail.
La interfaz aqui publicada lleva tiempo
probandose y tenemos mas de 3 docenas vendidas y hasta hoy no hemos recibido
ningun caso de falla ni desperfecto, salvo problemas ajenos como cortocircuitos
y conexionados incorrectos o dudas en su utilizacion.
lista de componentes y el circuito impreso
esquemático echo en eagle
alimentación de la interfaz
La fuente en un sistema cnc es muy importante. una mala fuente puede hacernos perder pasos en nuestra maquina y arruinar un trabajo o bajar el torque de los motores sin que nos demos cuenta de ello.
No debe ser directamente lo mas poderosa y abundante. pero si hay que tener varias cosas en cuenta y no siempre
"Cuanto mas es mejor ".
Esta fuente nos proporciona lo elemental para nuestro sistema.. sin embargo. los valores de sus componentes van a variar dependiendo de las especificaciones de nuestros Motores / Drivers.
La tensión de alimentación de los drivers suele ser para la mayoria entre 12 Vcd y 80 Vdc.
Más allá de eso, la elección de la tensión depende de la aplicación y el motor a utilizar.
La tensión de alimentación debe ser entre 3 a 25 veces el voltaje nominal del motor.
Debe ser estabilizada y regulada. o variara el desempeño del motor, luego,
un gran capacitor debe ser utilziado a la salida normalmente de 2.000 a 20.000 uF.
Si la elección es hacer nuestra propia fuente de alimentación, debemos tener en cuenta la corriente que podra entregar el transformador y lo que podra rectificar y establizar la fuente.
En una fuente tres componentes son vitales:
Un transformador, un puente rectificador y un capacitor para filtro.
El transformador debe poder entregar una corriente suficiente para alimentar al motor.
Los transformadores normalmente se venden con la especificacion de:
• V: este es el valor en corriente alterna VCA. al rectificarlo el valor sera multiplicado por la raiz de dos.
• VA: es la potencia en Watts, VA = Volt x Amper.
Ley de ohm: V x I = W
Factor de transformacion:
Esto debemos tenerlo en cuenta siempre, ya sea en un convertidor CC-CA o un transformador como en este caso.
Siempre a la entrada o salida tendremos la misma potencia, por lo que puede elevarse o disminuir el voltaje o corriente pero siempre tendremos la misma potencia. esta relacion se rige por la raiz de dos.
Entonces el voltaje de entrada en la fuente se multiplicara por 1,4 veces.
Por ej.: 24 vca x 1.4142 = 33.94vcc
para que se mantenga esta relacion y siempre la misma potencia en la entrada / salida, la corriente se reducira.
La corriente de entrada del rectificador debemos dividirla por 1.4 veces, se reducira la corriente, ya que aumento la tension.
Por ej.: Un transformador entrega en alterna 6 Ampers, para saber cuanta corriente podra entregar en continua
6 amp. / 1.4142 = 4.24 Amp.
ahora tenemos nuestra alterna rectificada.
Luego debemos calcular el capacitor de filtro:
Se recomienda utilizar la siguiente ecuación para hacer esto:
C= I / ( 2 x F x Vr )
.I es la intensidad que consume la carga,
F es la frecuencia de la señal que sale del puente de diodos, siempre sera el doble de la frecuencia de la red
Vr es la calidad de onda, es decir la oscilacion que tendra el voltage. Hay que tener en cuenta que con un filtro C no se puede obtener una oscilacion inferior al 5%.
Si para 24Vca 6A se pretende un ripple cercano a 5%
Vr = ( 5 x 24 ) / 100 = 1.2V y la rectificacion es onda completa osea F=100Hz
Nos quedara: C = 6 / ( 2 * 100 * 1.2 ) = 0.012F = 25.000 uF
Algo elevado si ya hemos experimentado en la practica este paso de filtrado.
Aunque hay muchas formas. de la cual esta ultima rapida pero no por eso precisa.
Para realizar un calculo apropiado del Capacitor de filtro deberiamos averiguar la resistencia de entrada del driver, la resistencia interna del bobinado de nuestro transformador y otros parametros.
Dado que no es malicioso colocar valores de capacidad grandes en nuestro caso podemos calcularlo de la anterior forma:
Para nuestro caso utilizaresmos un trafo de 24 Vca 6 Amp.y nos dara 25.000uF.
Poniendo 4 capacitores en paraelo de 4700uF obtendremos 18.000uF algo bastante generoso.
Aqui se puede apreciar como funciona el filtrado de la senoidal.
Aqui vemos el esquema electrico de una fuente, lo cual es bastante simple:
lista de componentes y el circuito impreso
http://www.mediafire.com/?u3gbjqbauz9qqvn
Driver Bipolar de Hasta 2A. - 40V.
Con Control de Corriente y Micropasos.
Animacion echa en Eagle 3D del primer driver Bipolar 2 amp
Se trata de un driver para motores paso a paso en Configuracion Bipolar Serie/Paralelo, de hasta 2 Ampers y 40 volts de corriente continua. Esta diseñado con el par L297 - L298
El primero, es un controlador para motores paso a paso, posee toda la logica de control para la etapa de potencia, y es el integrado que brinda las principales caracteristicas de este driver, como por ejemplo:
Control de corriente:
Se denomina asi la tecnica de trabajar sobre el motor con una tension mucho mayor (<40 VDC ) a la tension nominal de dicho motor, los cuales normalmente son entre 1VDC y 24VDC.
Esta tecnica alimenta al motor con una tension PWM (Modulada en Ancho de pulso) que no es mas que una tension Continua Pulsada, a una frecuencia ~40 KHz y regulando la corriente sobre las bobinas del motor mediante el ancho de los pulsos, esta regulacion de corriente se realiza sensando la corriente constantemente mediante resistencias shunt de 5Watts.
Los beneficios de esta tecnica concretamente son mejorar el torque en un rango mas amplio de RPM, conseguir asi mayor cantidad de RPM finales, que utilizando una alimentacion segun la tension nominal del motor, resultarian imposible conseguir.
Este fenomeno de perder torque a altas RPM, resulta de que debido a que los periodos de conmutacion, son menores a medida que aumentan las RPM, por ende la tension eficaz sobre las bobinas es mucho menor, debido a esto estaremos alimentando con una tension menor a medida que aumenten las RPM, y lo que lograremos es estar perdiendo torque.
Puede observarse con un driver sin control de corriente que por encma de las 400RPM el motor no lograra girar debido a la perdida de torque, cuando con esta tecnica este fenomeno puede observarse, segun la tension de alimentacion y la correcta regulacion de corriente, recien pasadas las 3000/4000RPM.
Seteo de la corriente.
Deberemos setear mediante el resistor ajustable R2 la corriente a regular sobre el motor, no tiene nada que ver con la capacidad del driver de manejar dos amperes, y es MUY IMPORTANTE setear la CORRIENTE NOMINAL de cada motor, ya que una SOBRE CORRIENTE ocasionara SOBRE TEMPERATURA y SOBRE EXIGIRA las bobinas del motor DESTRUYENDOLAS y dejandolo inutilizable a este, ya que los motores paso a paso muy dificilmente hay quienes lo rebobinen/reparen.
Esta corriente debe ser la indicada en el motor como la Corriente Nominal, la cual encontraremos en el Datasheet del motor que deseemos manejar, en caso de no tener las especificaciones debemos regular la minima corriente y buscar un valor que funcione correctamente, pero es muy peligroso.
Explicación del fabricante
El fabricante del Circuito integrado (L297)
El L297 posee un doble oscilador para la señal de Chopeeo (PWM). Este Suministra los pulsos de chopeeo que se establecen en los dos flip-flops FF1 y FF2.
Cuando la corriente en cierto momento alcanza el valor máximo programado por Vref. (mediante R2) Es decir la tensión sobre las resistencias de sensado, conectadas a una de las entradas SENS1 o SENS2, es igual a Vref el comparador reinicia sus flip flop, interrumpiendo asi la alimentación hasta el próximo pulso de oscilador. La corriente máxima para ambos bobinados está programado por un divisor de tensión en el terminal Vref. (R1 y R2)
Por medio de (R10 a R11) se sensa la corriente y por medio de R2 se regula la tensión de referencia (tensión entre Vref y GND).
Esta tensión debe ser calculada por la siguiente formula:
Vref. = 0.5 x Corriente nominal del motor
Ej.: Vref= 0.5 x 1.5 Amperes = 0.750 Volts = 750 mv entre Vref. y GND.
Tecnicas de Micro-Paso:
Este integrado, ademas de trabajar en Pasos Completos (Full-Step) le brinda la posibilidad de utilizar la tecnica de Medio Paso (Half-Step), el cual en este driver podremos setear el modo de funcionamiento mediante un jumper en la interfaz.
La tecnica de "micropasos" logra, en este caso de medios pasos, convertir un motor de 200 pasos, por ejemplo en uno de 400 pasos, lo cual sera muy bien aprovechado a la hora de construir la transmicion logrando mejor resolucion en los movimientos.
Para lograr esta tecnica de medio paso, la logica de control (L297) realiza una secuencia de alimentacion combinada de las bobinas, donde las alimentara de a pares para conseguir esos medios pasos.
Esto lo podemos apreciar en las siguientes animaciones, A la derecha se encuentra la representacion de una configuracion de paso completo y a la izquierda la mencionada de medio paso.
Leer Tecnicas de Micropasos.
El otro integrado importante es la etapa de potencia, un doble puente H (L298), El cual esta destinado a trabajar con el L297, por lo que se encuentran conectados entre si tal como indican sus datasheets.
Datasheet L297
Datasheet L298
Este driver es ideal para manejar motores paso a paso en configuracion Bipolares serie/paralelo de 0.5 hasta 2Ampers y a una frecuencia de conmutación es de 25khz (Recomendada) y 40khz (Máxima). Hay que recordar que a plena carga el L298 tiende a calentar demasiado, por lo que se debe agragar un disipador apropiado segun la corriente seteada.
Conexiones:
En la placa poseemos 3 puertos, dos de entrada, y uno de salida
El unico puerto de salida sera para el motor:
Una bornera de 4 contactos, para las dos bobinas del motor.
Un puerto de entrada de alimentacion para el motor:
Una bornera de dos contactos para la entrada de alimentación exclusiva del motor. El cual debemos alimentarlo con una tensión máxima de 40Vdc, aunque en la especificacion del fabricante dice que admite hasta 46 Volts, que no recomendamos porque el driver como tambien el motor, elevan mucho su temperatura y estaremos trabajando al limite de capacidad del L298.
Vemos aquí la conexion de la fuente y la conexion del motor.
una bobina: ( A+, A- ) y otra ( B+, B- ) No Confundir Las Bobinas dado que se dañaria el puente H.
Y por ultimo un IDC10 destinado a datos y alimentacion de la logica el cual conectaremos mediante el cable plano a la interfaz de melca. en la siguiente imagen vemos el Pinout del driver.
(1-2) Alimentación de 5Volts (9-10) GND o 0Volts para la logica de control.
(3) Clock
serán estos los pulsos que determinen los pasos del motor, su frecuencia sera la velocidad, dando lugar a aceleraciones y des-aceleraciones.
Si trabajamos en paso entero, un pulso sera un paso, pero si trabajamos en medio paso, un pulso sera medio paso en el motor.
(4) Señalado como DIR, llamado comúnmente como CCW/CW en ingles, determina si el L297 creara la secuencia de pasos en sentido Horario/Anti-Horario.
(5) Enable
Es el pin de encendido, sera el que conecte o desconecte la alimentacion al puente H.
Estando en alto, las bobinas del motor estaran recibiendo alimentación y estara apto para operar. Este pin comunmente se maneja para evitar el calentamiento mientras no se utiliza el motor, aquí lo comandaremos por software presionando reset sobre Mach3.
(6) Half / Full:
Este pin es el modo de trabajo para el metodo de pasos completo (Full) y medios pasos (Half).
Como se ha explicado anteriormente estando en Half, un motor de 200 pasos se converitra en uno de 400 pasos, consiguiendo un motor/transmicion de mejor resolucion en los movimientos.
los otros dos pines se dejaron conectados a la ficha para manejar exteriormente el control de corriente y el sincronismo, pero esos dos no se usaran por ahora ya que por medio de R2 ajustamos la tensión de referencia y el sincronismo se utiliza en casos especiales.
IMPORTANTE!!
No Invertir la polaridad de alimentación del motor.
La tensión de +5V. Debe ser Regulada y Estabilizada, proviniente de la interfaz
Utilizar disipador en el L298 si se manejara mas de un amper.
Montar el L297 sobre un zocalo, dado que al soldarlo podriamos dañarlo.
DriverTerminado
Eso es todo.. este driver a sido expuesto a muchas pruebas y ha respondido excelentemente.
cualquier consulta sera respondida en breve.
lista de componentes y el circuito impreso
http://www.mediafire.com/?oy1zx8h5nc6z4n5
mas información en
http://www.melca.com.ar/
