Введення в експлуатацію системи ЧПУ на основі контролера KFLOP

Спочатку кілька понять і тез. - Контролер KFLOP або, як деякі його називають Кфлоп, це повноцінний зовнішній автономний контролер управління серво / кроковими двигунами. Він самостійно виконує розрахунки своїм процесором DSP. Формування імпульсів управління двигунами в нього як і відбувається апаратно, тобто. без участі комп'ютера. З комп'ютером контролер зв'язується через USB-інтерфейс.

З цього випливає важливий висновок: стабільність вихідного сигналу залежить від вашого комп'ютера, тобто. це може бути сучасний або не дуже стаціонарний комп'ютер, ноутбук, неттоп, нетбук і, можливо, планшет з Windows 8 (останній варіант не перевірявся).

- Кфлоп насправді, це спеціалізований комп'ютер, тобто. він знає, як виконувати, але ще не знає, що виконувати, доки ви йому це не напишіть. Звучить страшно, але насправді є багато прикладів, особливо на стандартні для ЧПУ дії.

Висновок: всі дії Кфлопа потрібно прописувати у файлах конфігурації, які повинні бути в нього завантажені. - Станок з Кфлопом може керуватися через програму Mach3, але є рідна програма KmotionCNC, яка більш стабільна. Її освоєння я б і рекомендував.

KFLOP може видавати керуючий сигнал по Step/Direction кроковими та сервоприводами, по +/-10В сервоприводами, а також ШИМ ТТЛ і безпосередньо силовими ключами з колекторними та безколекторними двигунами. Для 99% випадків нам цікаві лише перші два варіанти.

Технічне завдання: Варіант №1 (Step/Dir) - підключення та налаштування верстата з приводами керованими по Step/Direction (крокові або серво)двигуни); Варіант №2 (10В) - підключення та налаштування верстата з приводами керованими по +/-10В (серводвигуни);

Відмінності в налаштуваннях та підключенні несуттєві, тому весь опис буде в одній темі.

Введення в експлуатацію системи ЧПУ на основі контролера KFLOP

1. Комплектація

Для Step/Direction варіанта достатньо KFLOP. Але це не дуже зручно і безпечно, тому що на платі немає опторазв'язаних входів/виходів і зручних клем.

Плата має 32 входи та 16 виходів, зазвичай цієї кількості достатньо для звичайного верстата. Сюди приєднуються реле для увімкнення приводів, шпинделя насоса, пилососа і т.д. і т.п., заводяться датчики і кінцевики. Хто вміє і хоче заощадити можна не купувати, а самому паяти хустки з оптронами, реле і т.д. або купувати на іБей китайські терміналки та їх пристосовувати. Загалом варіантів багато.

Для варіанта +/-10В потрібно додатково до Кфлоп докупити плату: Kanalog Expansion Board for KFLOP

На платі розпаяно цифрові ЦАП, які видають сигнал управління +/-10В. Крім цього, в плату вбудовані оптоізольовані входи/виходи, виходи на реле, аналогові входи і диф. входи для енкодерів або оптичних лінійок. Хоча як датчики ОС можна використовувати і резольвери, якщо є у кого.

Введення в експлуатацію системи ЧПУ на основі контролера KFLOP

2. Підключення

Схеми підключень робитиму на прикладі всіма улюблених сервоприводів Yaskawa SGDA. Для пристроїв інших фірм виробників підключення буде аналогічним, хіба що назви контактів будуть відрізнятися. Для запуску KFLOP необхідна напруга живлення +5В. Можна взяти прямо від USB, але струм споживанняз підключеними приводами і датчиками буде вищою здатності навантаження порту комп'ютера. Такий варіант лише для «голого» підключення, щоб налагодити код.

Для повноцінної роботи рекомендується використовувати блок живлення від комп'ютера, тим більше, що на KFLOP розпаяно стандартний роз'єм MOLEX. Хоча можна використовувати й інші блоки живлення.

Мінімально необхідне підключення одного приводу для Step/Dir виглядає так:

У цьому випадку привід підключений до каналу №0 плати KFLOP. На входах приводу, як правило, стоять оптрони. Тому для живлення оптронів беремо 3,3 В (червоний дріт). Сигнал Step приєднуємо до 15-го контакту, а контакт Dir до 16-го. У приводі потрібно відключити (тимчасово) сигнал S-On (Enable і т.д.). У крокових приводах це зроблено за замовчуванням.

Для варіанта +/-10В схема трохи інша:

Тут приєднуємо до виходів каналу №0 +/-10В (не плутати з каналом №0 Step/Dir) і до входів канал №0 сигнали А+/А- та В+/В- енкодера.

На цьому відмінності у підключенні Step/Dir та +/-10В закінчуються.

Будуть невеликі відмінності у налаштуваннях.

Введення в експлуатацію системи ЧПУ на основі контролера KFLOP

3. Налаштування

Налаштування та використання контролера KFLOP описано у розділі допомоги на сайті виробника: On-Line Help

Насамперед потрібно завантажити пакет програм для KFLOP, це можна зробити на сайті виробника плати: KFLOP Software Я сам користуюся альфа версіями, в яких реалізовано більше функцій і в них швидше виправляються баги. Проблем зі стабільністю я не мав. Завантажити можна звідси.

Далі описуватиметься використання лише рідного ПЗ для управління верстатом. Для естетів бажаючих керувати KFLOP'ом з-під програми Mach3 є тема в розділідопомогу. Після того, як ви встановите програмне забезпечення та драйвер для KFLOP'а (встановлюється автоматично), можна підключати плату до комп'ютера.

На цьому етапі у вас приводи в комплекті з моторами повинні бути відбудовані і при включенні живлення ставати в режим утримання. А у сервоприводу не повинно бути брязкоту і зриву двигуна.

Нам потрібні дві програми: Kmotion для налаштування контролера і KmotionCNC для керування верстатом.

Як було зазначено раніше, у комплекті з програмою є шаблони/приклади готових файлів конфігурації до виконання різних завдань. Для початкових налаштувань контролера нам потрібен файл конфігурації InitStepDir3Axis.c для варіанта Step/Dir і файл Init3Analog.c відповідно для варіанта +/-10В. Ці файли потрібно вибрати у вікні C programs через стандартний діалог відкриття файлу у верхній частині вікна 2 . Раджу відразу перезберегти цей файл з додаванням назви вашого верстата в окремий каталог, щоб не псувати стандартний шаблон і не плутатися.

Після вибору шаблону налаштувань осей потрібно змінити їх для ваших умов.

Для варіанта Step/Dir: 3 - вибір осі, яка налаштовується: 0 - це вісь Х, 1 - вісь Y і т.д.;

Тут слід зробити застереження: в залежності від номера порту, задається його режим роботи. Задаючи номер порту 0-7, вихід буде працювати, як відкритий колектор (див. схему підключення), який можна використовувати для підключення до оптових розрахованих на 5 В. Якщо до номера виходу додати 8 - він буде працювати, як LVTTL 3,3 В (звичайний вихід на 3,3 В). Наприклад, ввівши в поле "output chanel" число "11" ви налаштуєте вихід сигналу Step/Dir з генератора номер 3 в режимі LVTTL 3,3 В. Якщо ж додати 16- генератор буде працювати не в режимі Step/Dir, а в квадратурному режимі. Режим відкритий колектор гарантовано працюватиме з оптовоходами розрахованими на 5В. частоти.

4 - прочитати з файлу-шаблону налаштування для вибраної осі; 5 - вид датчика зворотного зв'язку, вибрати No Input. Хоча ніхто нам не забороняє поставити енкодер чи оптичну лінійку і буде ОС із кроковиками. Але це я трохи вперед забігаю; 6 — вид вихідного сигналу управління моторами. Нам потрібний Step/Dir; 7 - залишити без змін, т.к. датчика ОС немає; 8 — Виберіть номер каналу вихідних сигналів, до якого підключено привід. У нашому випадку це канал №0. Друге віконце - це посилення сигналу, залишаєте рівним 1. Якщо двигун крутиться не в той бік, який потрібно, змінюєте знак і пишете -1. Оффсет не чіпаєте. 9 — зроблені зміни записуєте/експортируйте у ваш файл настройки.

Для варіанта +/-10В виконуються самі кроки, лише такі параметри відрізняються: 5 — вибрати Encoder ; 6 - вибрати DAC Servo; 7 — потрібно вибрати номер каналу вхідних сигналів для датчика ОС, у разі це канал №0. Параметр Gain відповідає за посилення вхідного сигналу - залиште 1. Якщо переплутані фази енкодера при підключенні до плати, і серва при включенні набирає обертів, а не утримується, то поміняйте у цього параметра знак на протилежний.

Після експорту налаштувань у файл, не забудьте його зберегти, натиснувши кнопку у верхній частині вікна.

Примітка: Усі зроблені в програмі Kmotion налаштування не застосовуються автоматично і повинні бути збережені та знову ініціалізовані до контролера. Запам'ятайте це – заощадите багато часу та нервів.

Далі знову йдемо у вікно C programs , де відкритий файл налаштувань.

Невеликі пояснення щодо налаштувань:

Тут потрібно поправити кілька параметрів: - потрібно порахувати максимальне значення параметра ch0->Vel. ->Vel = 3000 об/хв * 1024 імп/об * 4 = 12288000 імп/хв = 204800 імп/сек ch0->Vel = 204800 Якщо це кроковик з максимальними оборотами 1200 200 крок/об і розподіл кроку виставлено в 1/8, то значення параметра буде: ch0->Vel = 1200 об/хв * 200 крок/об * 8 = 192000 крок/хв = 3200 крок/сек. - значення ch0->Accel і ch0->Jerk для початку можна поставити рівними максимальної швидкості двигуна, тобто. ch0->Vel. Швидше за все з таким значенням двигун набиратиме і скидатиме швидкість дуже плавно. Але тут вже кожен повинен підбирати значення під свої приводи та механіку. Ці три параметри діють тільки для режиму Jog, тобто. швидких переміщень або по G0. І є верхньою обмежувальною планкою для переміщень по G1. - параметр пропорційної складової коеф. ПІД ch0->P для варіанта Step/Dir необхідно виставити рівним 1, тобто. ch0-P = 1, а для варіанта +/-10В - для початку ch0-P = 0,01. Причому якщо серво-двигун тремтітиме при включенні, його потрібно зменшувати. Після покажу, як точніше підібрати коефіцієнт ПІД.

Тепер можна запускати програму KmotionCNC. У головному вікні потрібно натиснути кнопку Tool Setup , щоб її налаштувати.

Вибираємо вкладку User Buttons, і в якості події на натискання кнопки INIT пишемо виконання раніше відредагованого файлу налаштування осей InitStepDir3Axis.c для варіанту Step/Dir і файл Init3Analog.c відповідно для варіанта +/-10В.Параметри Thread=1 та VAR=0.

Далі на вкладці Trajectory Planner прописуємо параметри руху осей верстата: - кількість імпульсів на дюйм Cnts / Inch. Нехай двигун з'єднаний безпосередньо через муфту до гвинта з кроком 5 мм. Тоді значення параметра для обраної осі дорівнюватиме 25,4 мм/дюйм * 1024 імп/об * 4/5мм = 20807,68 імп/дюйм. Це для серводвигуна. Або для кроковика: 25,4 мм/дюйм * 200 крок/об * 8 / 5мм = 8128 імп/дюйм. - максимальна швидкість переміщення осі в режимі G1 це параметр Vel in/sec . Наприклад, ми хочемо, щоб максимальна робоча подача була в 2 рази нижчою, ніж швидкість холостих переміщень, тоді цей параметр дорівнюватиме: 204800 імп/сек/(20807,68 імп/дюйм*2) = 4,92 дюйм/сек. Або для кроковика: 3200 крок/сек / (8128 імп/дюйм *2) = 0,19 дюйм/сек. - прискорення осі Accel in/sec2 поставте для початку рівним швидкості, якщо буде мало - завжди зможете збільшити. - швидкість холостих переміщень по G0 те ж саме, що й у файлі ініціалізації осей, тільки тут в дймах в секунду. Для нашого випадку: 204800 імп/сек/20807,68 імп/дюйм = 9,84 дюйм/сек. Можна встановити менше, якщо механіка не витримує.