Простенький ЧПУ контроллер

[MX_Master 0]

В продолжение темы про защиту открытого бинарника прошивки ...

Уже давно хочу сделать простенький вариант ЧПУ контроллера. Чтоб можно было и с готовыми ЧПУ системам (Mach3, LinuxCNC, ...) юзать. И, при желании, со своим вариантом ЧПУ связку сделать. Одна только проблема - в электронике не силён. Все варианты схем и разводки платы буду выкладывать прямо здесь. Опытных людей здесь много. Поэтому, если не трудно, посмотрите, что у меня получилось и обязательно дайте пинка где что исправить.

Проект рисовал в easyeda, чтоб было удобно расшарить и, в последствии, заказать изготовление плат (с монтажом или без).

Что требуется от контроллера:

• Быстрая коммуникация c ПК по сети (Ethernet 10/100)
• Достаточное кол-во цифровых входов/выходов (с переключаемыми уровнями 5..24V) для управления шаговыми (и серво) драйверами, лазерными модулями, энкодерами, концевиками, индуктивными датчиками и т.п.
• Как минимум один порт RS485 для управления частотниками (VFD)

https://oshwlab.com/MX_Master/MX32

Schematic_MX32_2021-08-18.pdf

Schematic_MX32_2021-08-18.svg

[haker_fox 0]

24 minutes ago, MX_Master said:

Проект рисовал в easyeda

Пока такие замечания:

1. Рисуйте линии от ножки до ножки. Очень непросто читать схему, где все пины висят фактически в воздухе, и приходится мысленно строить связи от метки до метки, а иногда и до нескольких меток.

2. Метки делайте одного цвета, например чёрные.

3. Между цифровым значением и обозначением единицы измерения ставьте пробел. Т.е. не 470К, а 470 K. А ещё лучше 470 кОм.

4. Рисуйте порты питания. Т.е. не просто GND или +3V3, а общепринятый символ общего провода и стрелочка вверх для питания.

5. Обозначения пишите рядом с компонентами, а то для резисторов пишите внутри, например.

6. Лучше подписывать назначение каждого разъёма, а не просто писать над ними сверху "Цифровые выходы". Потому что Вам понятно, а мне, например, приходится просматривать столбец этих выходов, и убеждаться, что это точно выход.

По функционалу:

1. Нет защит цифровых входов от перенапряжения, статики. Здесь можно посмотреть эту тему.

2. Нет защит цифровых выходов от элементарного КЗ или подачи на этот выход напряжения. Посмотреть можно верхнюю тему, и поискать по форуму.

3. Нет защиты RS-485 от статики, перегрузки по напряжению и т.п.

4. Нет ни одного предохранителя ни где. Схема выглядит какой-то ненадёжной без этого)

5. Не понятно, что будет вставляться в сокеты, обозначенные на скрине.

24 minutes ago, MX_Master said:

Уже давно хочу сделать простенький вариант ЧПУ контроллера.

Может быть проще купить что-то готовое на али, и переписать прошивку. Это в плане железа.

[Eddy_Em 0]

Странная какая-то схема: ноги наугад раскиданы что ли? Я вот делаю нечто подобное (трехкоординатная подвижка для небольшой CMOS-камеры). И мне для трех двигателей с трудом всех таймеров STM32F072CBT6 хватило: один таймер генерирует ШИМ для ноги STEP драйвера ШД, второй таймер забирает сигнал с инкрементного энкодера.

[Eddy_Em 0]

4 hours ago, haker_fox said:

Может быть проще купить что-то готовое на али, и переписать прошивку.

Не проще: там обычно трассировка через одно место сделана, а не как положено. Так что, только свое с нуля разрабатывать! Почему-то у китайцев не принято на двигатели вешать энкодеры, т.е. им вообще наплевать: застрял вал, не застрял. Тяп-ляп - и в продакшн! И STEP-импульсы они ногодрыгом генерируют, а не таймером.

В общем, идеальный показатель того, как делать нельзя.

[MX_Master 0]

Про косяки рисования понял. Про защиту понял. Вечером посижу над этим в редакторе, потом покажу результат. 

В непонятные сокеты втыкаются двухпиновые перемычки. Надо этот момент наглядно отразить в схеме. Если перемычки нет, то можно подключать на вход сигналы до 24V. Если перемычка есть, то только до 5V.

Готовые китайские платы я бы с удовольствием покупал. Но у китайцев никогда не получается развести входы/выходы так, чтоб хотя бы что-то нормально попало на аппаратные таймеры. Китайцы предпочитают выводить и считать сигналы программно. А это мне не подходит. 

[Vasily_ 0]

7 часов назад, MX_Master сказал:

Уже давно хочу сделать простенький вариант ЧПУ контроллера. Чтоб можно было и с готовыми ЧПУ системам (Mach3, LinuxCNC, ...) юзать.

Если только круче вот этой системы: https://purelogic.ru/catalog/elektronika/kontrollery_chpu/

Иначе что-то делать смыла никакого.

[Сергей Борщ 0]

7 часов назад, haker_fox сказал:

1. Рисуйте линии от ножки до ножки. Очень непросто читать схему, где все пины висят фактически в воздухе, и приходится мысленно строить связи от метки до метки, а иногда и до нескольких меток

Это не всегда удачное решение. Часто в паутине таких линий запутаться проще, чем мысленно строить связи. Когда линий много и они идут вместе гораздо более читаемо выглядят шины. Причем отдельные шины для каждой логически связанной группы сигналов, а не одна глобальная шина на весь лист (в этом случае от нее пользы тоже нет). Примерно так:

[mantech 0]

13 часов назад, Eddy_Em сказал:

один таймер генерирует ШИМ для ноги STEP драйвера ШД

Зачем генерировать шаги ШИМом??

13 часов назад, Eddy_Em сказал:

И STEP-импульсы они ногодрыгом генерируют, а не таймером.

В общем, идеальный показатель того, как делать нельзя.

А представляете, на старых ЧПУшках не было столько таймеров и там ногодрыгом все делалось, разве, что для энкодеров ставили спец. счетчики, и нормально было вполне)) Поэтому, когда сам разводил схему контроллера когда-то давно, предпочел использовать таймеры МК именно для работы с энкодерами, а не ШД..

Edited August 18, 2021 by mantech

[rloc 0]

19 часов назад, MX_Master сказал:

Уже давно хочу сделать простенький вариант ЧПУ контроллера. Чтоб можно было и с готовыми ЧПУ системам (Mach3, LinuxCNC, ...) юзать. И, при желании, со своим вариантом ЧПУ связку сделать.

Не из праздного любопытства, зачем изобретать велосипед? Вроде у MESA открыты исходники, повторяй, да расширяй систему. Оптимальность кода не вызывает никаких сомнений, видно, разрабатывали далеко не глупые люди. Сделать что-то свое, тем более на микроконтроллере, близкое по надежности и стабильности, очень сложно. По цене тоже не вижу выигрыша.

[Eddy_Em 0]

2 hours ago, mantech said:

Зачем генерировать шаги ШИМом??

Потому что других вариантов нет, чтобы надежно получить постоянную скорость!!!111

2 hours ago, mantech said:

ногодрыгом все делалось

Это называется "гланды через задницу удалять". Оно вроде работает, а на деле — нет!

Даже в убогих восьмибитках конструкция вида "for(int i=0; i<N;++i);" будет зависеть от того, сработало прерывание в этот момент, или нет! А в ARM'ах с их конвейером, вообще нельзя так делать.

Для фрезеров же крайне важно, чтобы движение бура было равномерным, иначе даже несчастной 50-микронной точности не добьешься!!!111

Edited August 18, 2021 by Eddy_Em

[haker_fox 0]

14 hours ago, Сергей Борщ said:

Это не всегда удачное решение. Часто в паутине таких линий запутаться проще, чем мысленно строить связи.

На схеме автора мне показалось загрузки линиями не будет. Естественно я подразумевал, что количество линий должно быть разумным, в т.ч. нужны и шины. На предприятии у меня именно так и рисуем)

4 hours ago, mantech said:

Зачем генерировать шаги ШИМом??

Кстати, косвенный плюс от "ногодрыга" в том, что если МК "зависнет", то движки, скорее всего встанут, что более безопано. В случае таймеров они могут продолжать работать, пока не упрутся в концевик, если он есть, конечно.

 

2 hours ago, rloc said:

тем более на микроконтроллере

А чем плох микроконтроллер? И на чём можно делать надёжные и стабильные системы?

[haker_fox 0]

4 hours ago, Eddy_Em said:

фрезеров

Пожалуйста... фрезерный станок! Не токарь... а токарный станок)

[rloc 0]

3 часа назад, haker_fox сказал:

А чем плох микроконтроллер? И на чём можно делать надёжные и стабильные системы?

У автора в качестве примера были указаны контроллеры, применяемые в LinuxCNC и Mach3. Это системы, где расчетом траектории занимается хост-машина, а на контроллер возлагаются логические задачи. Для меня, вполне очевидным видится применение FPGA из самых простых и доступных серий.

[MDD 0]

5 hours ago, Eddy_Em said:

Потому что других вариантов нет, чтобы надежно получить постоянную скорость!!!111

Это называется "гланды через задницу удалять". Оно вроде работает, а на деле — нет!

Даже в убогих восьмибитках конструкция вида "for(int i=0; i<N;++i);" будет зависеть от того, сработало прерывание в этот момент, или нет! А в ARM'ах с их конвейером, вообще нельзя так делать.

Для фрезеров же крайне важно, чтобы движение бура было равномерным, иначе даже несчастной 50-микронной точности не добьешься!!!111

 

Вы почему-то исходите из соображений, что шпиндель ЧПУ должен "летать" на пределах скоростных возможностей шаговых двигателей и остальной механики. На самом деле фрезеровка это достаточно медленный процесс. Скорость подачи определяется из технологических соображений (материал, глубина фрезеровки, диаметр фрезы, скорость вращения шпинделя и т.д.). Поэтому  ногодрыг может быть вполне допустим, если прерывания добавляют небольшой джиттер.  Я уже писал, что мой хоббийный ЧПУ нормально работает на древнем РС (Sempron 1.66ГГц) под Вин ХР через LPT порт. Точность 20мкм обеспечивает.

 

[haker_fox 0]

30 minutes ago, rloc said:

FPGA из самых простых и доступных серий.

Гм... и снова не понимаю. Чем микроконтроллер с ядром Cortex-M4(F) для расчёта траекторий и управления двигателями? У этой микроархитектуры есть расширения для ЦОС. Если программировать умеючи, то можно решить поставленную задачу, я думаю.