Idee für Schaltung - Endschalter, Schrittmotorendstufe

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Autor
Idee für Schaltung - Endschalter, Schrittmotorendstufe
Suche nach: schaltung (31615) endschalter (871)

    







BID = 1017033

Raphael

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Beiträge: 445
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Hallo zusammen!

Ich bastel gerade an einer Schrittmotorbetriebenen Linierführung herum. Das ganze ist für eine CNC-Maschine bestimmt. Für den Schrittmotor habe ich eine Schrittmotorendstufe ND556 ... diese hat drei Eingänge: Richtung(DIR), Freigabe(ENABLE) und Schritt(PULS).

Meine Achse verfügt über zwei Endschalter(Schlieser).

Die Schrittmotorendstufe wird mit einem Miktorcontrollerboard betrieben ...STM32 ... ist aber nicht weiter wichtig.

Ich wollte mir nun kurzerhand eine Schaltung bauen, welche meine Hardware davor schützt, dass im Falle eines Softwarefehlers, die Achse gegen Block fährt. Deshalb möchte ich den Aufbau hardwaremäsig absichern gegen Blockfahrt.

Sprich, wenn DIR=0 ist, die Achse nach links fährt udn gegen den linken Endschalter(S1) dann sollen die Taktsignale vom STM32 nicht mehr durchgeschalten werden an die Endstufe.

Und umgekehrt, wenn DIR=1 ist, die Achse nach rechts fährt und S2 auslöst, sollen die Taktsignale auch nicht durchgeschalten werden an die Endstufe.

Ich hab mir jetzt eine Schaltung mit ein paar Logikgattern überlegt welche sicherlich funktionieren würde... sie erscheint mir aber recht aufwendig.

Eine Frage habe ich hier vorab: Kann ich über 74HC Gatter taktraten von etwa 20kHz ohne Probleme übertragen?

Ich lade morgen mal nen Schaltplan hoch ...

BID = 1017044

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

 

  


Zitat :
Eine Frage habe ich hier vorab: Kann ich über 74HC Gatter taktraten von etwa 20kHz ohne Probleme übertragen?
Ja, auch tausend Mal schneller.
In der hohen Arbeitsgeschwindigkeit lauern aber auch Probleme, weil dadurch die Schaltungen sowohl für Fremdstörungen wie auch für Eigenstörungen empfindlich werden.
Das betrifft insbesondere Flipflops und Bausteine, die solche enthalten, weil ein kurzer Störimpuls deren Zustand dauerhaft ändern kann.

Vieleicht verwendest du deshalb besser Schaltungen aus der 74C oder der CD4000 Serie, die deutlich langsamer aber immer noch schnell genug sind.
Als weiteren Vorteil können sie mit Spannungen bis zu 15V betrieben werden, wodurch die Störfestigkeit nochmals gesteigert wird.
Ob dein Schrittmotortreiber mit den entsprechend hohen Ausgangspegeln dieser ICs zurecht kommt, musst du selbst mal nachsehen.
Diese ICs laufen aber auch mit geringeren Betriebsspannungen bis herab zu 3V.

BID = 1017052

rasender roland

Schreibmaschine



Beiträge: 1712
Wohnort: Liessow b SN

Endschalter sind doch fast immer Wechsler.
Warum nicht einfach die Öffnerkontakter der Endschalter in Reihe und damit den Freigabeeingang unterbrechen.


_________________
mfg
Rasender Roland

BID = 1017053

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12690
Wohnort: Cottbus

Daran dachte ich auch erst.
Dann ist der Antrieb aber komplett blockiert, und er kann auch nicht mehr in die "richtige" Richtung zurück fahren.




_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 1017097

Raphael

Stammposter



Beiträge: 445
Wohnort: Schwabenland
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Hallo zusammen,

vielen Dank für die Antworten.

@rasender Roland: Ich sehe es auch so wie GTI - wenn man dann auf dem Endschalter sitzt kann man garnichts mehr machen

Ich habe mir mal eine Schaltung überlegt...siehe Bild unten. Habe nun auf euren Rat hin 4000 CMOS ICs verwendet ... gibts ja auch bei Reichelt Der Ausgang vom ODER Gatter ganz rechts geht dann in den PULS-Eingang der Endstufe ...

Eine wichtige Frage habe ich noch: Was für einen Ausgangsstrom können diese ICs liefern? Meine Endstufe braucht laut Datenblatt 7mA - 16mA (Da sind Optokoppler drin). Können die das so ausgeben?

Wenn nicht ... gibts da ein geschicktes TreiberIC? Wenn nicht muss ich halt drei Transistoren noch hinbasteln...

Konnte leider keine Angaben zu den Ausgangsströmen von CMOS ICs im Inet finden...

Achja und ist das OK CMOS ICs mit 5V zu versorgen?

Der Spannungsteiler in der Schaltung erklärt sich dadurch, dass die ind. Schalter mit 12V betrieben werden und ich den 5V Pegel auch noch für den Microcontroller brauche ...

By the way ... wenn ich nur Gatter verwende und keine FlipFlops, Zähler etc. - ist die Störproblematik dann auch ein Thema hier? Oder sollte ich hier auch ohne Bedenken 74HC oder so einsetzen können?

Viele Grüße
Raphael






[ Diese Nachricht wurde geändert von: Raphael am  5 Apr 2017 19:32 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Raphael am  5 Apr 2017 19:33 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Raphael am  5 Apr 2017 19:34 ]

BID = 1017100

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12690
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Konnte leider keine Angaben zu den Ausgangsströmen von CMOS ICs im Inet finden...
Och bitte...Reichelt hat die Datenblätter doch sogar verlinkt.
http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/MOS4071_STM.pdf
Aber selbst 7mA sind i.d.R schon zuviel für CMOS, gerade bei 5V.


Zitat :
Achja und ist das OK CMOS ICs mit 5V zu versorgen?
Ist es, steht auch im Datenblatt


Zitat :
Wenn nicht muss ich halt drei Transistoren noch hinbasteln.
Weshalb drei? Du willst doch nur einen Eingang der Endstufe mit der Logik-Verriegelung versehen?
Du kannst Logik-Gatter auch parallel Schalten, um einen höheren Ausgangsstrom zu erhalten. Du verwendest ja nur ein ODER-Gatter des ICs.


Zitat :
Der Spannungsteiler
An den Werten solltest du noch etwas arbeiten, da es keine Normwerte sind.
Genau genommen brauchst du keinen Spannungsteiler, ein Vorwiderstand genügt schon. Die Eingangsstufe hat je eine Diode gegen GND und Vcc. Mit einem 10k Widerstand gegen 12V und einer Betriebsspannung des Logik-Gatters von 5V fallen also etwa 7V über dem Widerstand ab, was einem Strom von 700µA entspricht. Maximal sind 10mA zulässig, also alles im grünen Bereich.




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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Offroad GTI am  5 Apr 2017 20:14 ]

BID = 1017103

der mit den kurzen Armen

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Beiträge: 17433

Dein Schrittmotortreiber hat nicht umsonst Optokoppler im Eingang . Diesem Optokoppler ist es völlig wurscht ob du diesen mit 5 V oder mit 12 Volt versorgst. Dir und Enable sind statische Eingänge! Wenn der Freigabeeingang gesperrt ist bleiben die Tacktimpulse wirkungslos. Also Freigabe Sperren wenn Endschalter erreicht, danach wird Drehrichtung umgeschaltet und Freigabe gesetzt und schon läuft das Ding andersrum. Und wenn du schon zur Ansteuerung einen µC verwendest warum nicht über diesen die Endschalter abfragen und die Eingänge mit dem µC ansteuern???? Und im Notfall wird einfach ein Sicherheitsendschalter zusätzlich montiert , der den Freigabeeingang Zwangsweise sperrt. Dann ist eh der Benutzer gefragt, der per Hand in die andere Richtung fährt bis der Freigabeeingang wieder frei ist.
Edit eine Pegelwandlung von 12 V nach 5 V lässt sich zB auch mit einem Spannungsteiler erreichen! Es soll aber auch spezielle Treiber dafür geben zb ULN2804 Wenn du den mit 5 V versorgst hast du deine 5 V pegel und genügend Strom um die LED im Schrittmotortreiber zu versorgen!

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Arbeiten an Verteilern gehören in fachkundige Hände!
Sei Dir immer bewusst, dass von Deiner Arbeit das Leben und die Gesundheit anderer abhängen!

[ Diese Nachricht wurde geändert von: der mit den kurzen Armen am  5 Apr 2017 20:53 ]

BID = 1017104

Raphael

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Beiträge: 445
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Hallo zusammen!

Ups ja vergessen: Drei Transistoren für drei Endstufen... also alles mal drei

Ja klaro - natürlich kann man die Endschalter mit dem Mikrocontroller abfragen und auswerten. Das ist auch der Plan. Allerdings sollen wir im Rahmen einer Projektarbeit ein granatenmäsig umfangreiches Entwicklerboard für die Steuerung verwenden (STM32F746-DISCO)...so umfangreich, dass es mir lieber ist, die Endstufen nochmal elektrisch/hardwaremäsig zu "sichern" (also ich meine jetzt für den Fall eines Programmierfehlers...welcher wahrscheinlich eintreten wird )

Den Spannungsteiler von 12V auf 5 V verwende ich, weil ich den 0V/5V - Pegel...also TTL - Pegel zusätzlich noch als Input an den IO-Pins des STM32 benötige ...da kann ich eh nix mit den 12V anfangen. Klaro irgendein Pegelwandler würde ja auch gehn. Die Info, dass ich auf dem Endschalter sitze soll ja auch im programm ankommen

Die Idee mit dem ULN2804 ist ja nicht schlecht. Problem ist nur, dass ich ja gemischte Signalpegel habe (also DIR und PULS sind TTL, da von STM32 ... und die Endschalter kommen mit 12V an)

Oder kann ich z.B. an einem dreifach UND eingang mit 5V und 12V Pegeln gemischt arbeiten?

Welchen Strom können denn die normalen 74er ICs so ausgeben ..z.B. 74LS etc? Hat da jemand ne info dazu?


[ Diese Nachricht wurde geändert von: Raphael am  5 Apr 2017 21:10 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Raphael am  5 Apr 2017 21:15 ]

BID = 1017106

der mit den kurzen Armen

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Beiträge: 17433

So in den Treibern sind Darlingtontransistoren! der 2803 wäre für dich da auch geeignet. Und wenn du da vor den Eingang eine 5 V Zdiode legst kannst du den ULN auch mit 12 V Pegel ansteuern! Bei den 5 V Eingängen fallen die da weg!
Edit: wenn der Enableeingang bei dem Schrittmotortreiber gesperrt wird bleibt der Motor auch mit anliegenden Tackt Stehen!
Den 2803 kannst du auch als invertierenden Pegelwandler mit einem Pullup nach Us einsetzen!
Ohne Ansteuerung am Eingang des Treibers hast du dann am Out ein H und mit Ansteuerung ein L, den der Transistor im Treiber steuert dann nach GND durch!

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: der mit den kurzen Armen am  5 Apr 2017 21:22 ]

BID = 1017107

Raphael

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Beiträge: 445
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Mhm ...

Das mit dem Enable Eingang ist mir schon klar. Nur genau diesen Effekt möchte ich ja vermeiden. Wenn ich den enable eingang auf low setze sobald ich auf dem endschalter bin, kann ich ja auch nicht mehr runter fahren in die andere richtung ...

BID = 1017109

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17433

Doch ! denke mal nach wie sich das Realisieren lässt, das der Enableeingang nach Umschaltung von Dir wieder Freigegeben wird ! Und das du Dir umschalten musst ist zwingend. !

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BID = 1017111

perl

Ehrenmitglied



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Zitat :
Ich hab mir jetzt eine Schaltung mit ein paar Logikgattern überlegt welche sicherlich funktionieren würde... sie erscheint mir aber recht aufwendig.
Kompliziert finde ich das nicht.
Mit einem einzigen IC lässt sich das erschlagen.

Wenn die Endschalter im aktivierten Zustand nach GND schalten, sieht das z.B. so aus:


PDF anzeigen




Alternativ könntest du auch mit solch einem Multiplexer die SELECT Leitung abschalten.
Auch mit den Transmission Gates der CD4000er Serie lassen sich derartige Logiken hervorragend aufbauen, sogar für analoge Signale.


Auf jeden Fall musst du mit einem Schrittverlust rechnen, wenn die Fräse in die Endschalter läuft.
Weil danach eine Neukalibrierung notwendig ist, ist es besser in der Software dafür zu sorgen, dass das gar nicht erst passiert.


P.S.:
Zitat :
Meine Endstufe braucht laut Datenblatt 7mA - 16mA (Da sind Optokoppler drin). Können die das so ausgeben?
Was ist das denn für eine seltsame Endstufe, die so viel Treiberstrom braucht?
CD4000 und 74C kann/darf das nicht, 74HC würde gehen.
Die bipolaren 74-Standard und 74LS schaffen das auch.



[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  5 Apr 2017 21:51 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  5 Apr 2017 21:53 ]

BID = 1017133

Raphael

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Hallo zusammen!

Danke für eure Anregungen!

Jetzt habe ich ja gleich ne ganze Ladung von Lösungsmöglichkeiten.

Da ich nun schon nen Schaltplan gezeichnet habe für alle drei Endstufen und mit der Gatter-Variante im gesammten mit 5 ICS auskomme werde ich erstmal diese Lösung ausprobiern.

Werde es mal mit den 74LS ICs probiern und schauen ob es problemlos läuft.

Das mit den Schrittverlusten ist eigtl. nicht so schlimm. In dem Projekt wird ein BALLUFF Weglängenmessystem eingesetzt(magnetcodiert)... welches die Positionswerte inkremental ausgibt.

Das ganze ist eine projektarbeit für die Hochschule ... ich selbst würde mir solche teuren Teile nicht gönnen

Und falls ihr euch fragt, warum wir closed loop über ein messsystem mit schrittmotoren fahren ... ja das frage ich mich auch...

Achja, die Idee mit den Transmission Gates oder Multiplexer find ich auch gut. Gut zu wissen dass es solche ICs gibt.

Viele Grüße
Raphael

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Raphael am  6 Apr 2017 10:09 ]

BID = 1019709

Raphael

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Problem hat sich folgendermaßen gelöst:

Professor meinte, dass wir "keine hardwaremäsige Absicherung der Maschine bauchen ... geht doch alles über den Mikrocontroller "

Eure und meine Überlegungen waren also alle umsonst Trotzdem vielen Dank für alle Ideen

BID = 1019719

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Eure und meine Überlegungen waren also alle umsonst
Sagen wir lieber "vergebens".
Ob es umsonst war oder was es kostet, wenn's kracht, wirst du ja vielleicht bald wissen.


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