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L'Autore
SMCS
In Corso di Sviluppo
Integrated I2C Hibrid Stepper Motor Control System
PRECMA SMCS (Integrated I2C Hibrid Stepper Motor Control System) e' un sistema di movimentazione motori stepper ad intelligenza distribuita, mirata per macchine di dimensione medio/piccola.
Il sistema SMCS permette di:
Cablare TUTTI i motori e i sensori utilizzando solo 2 fili + alimentazione (totale 4 fili)
Sullo stesso bus possono essere connesse ulteriori Periferiche Sensore Intelligenti (ISP) che interagiscono in modo autonomo (e quindi senza carico di calcolo per la CPU centrale) con le periferiche stepper.
La comunicazione tra CPU centrale e le periferiche (Stepper e Sensori) e' tesa esclusivamente alla configurazione di tali periferiche e alla ricezione degli eventi dalle stesse (es. evento "fine movimento", evento "arresto per sensore finecorsa", ecc.).
Sono sufficienti pochi messaggi di protocollo tesi a stabilire l'interazione tra le periferiche, che poi gestiscono il piu' autonomamente possibile le proprie azioni.
Esempio: Movimentazione di un asse con sensore di autozero e finecorsa; con una sola derivazione del bus I2C dalla CPU centrale verso la periferica IIP e due periferiche sensore ISP diramate dalla IIP stessa si ottengono le funzioni di autozero e controllo dei finecorsa automatici (non dipendenti dal controllo continuo della CPU centrale).
Possibilita' ulteriori di sviluppo: le periferiche stepper possono essere dotate di sensore on-board dedicato al controllo attivo e automatico di perdita di passi.
Applicazioni Target
Gli stepper motor sono molto utilizzati nelle seguenti categorie di applicazioni:
Esempi di sistemi embedded destinati alla produzione in serie:
Volume di produzione di centinaia/migliaia di pezzi all'anno. Questi sistemi sono di solito controllati da una CPU (microcontroller) embedded.
Esempi di sistemi custom di automazione
Volume di produzione di singoli pezzi o poche unita'. Questi sistemi sono di solito controllati da un PC o da un PLC.
In entrambi i casi un target particolarmente diffuso e' quello dei sistemi di dimensione fisica compresa in pochi metri.
Problematiche del Controllo Motori Stepper
Il controllo degli stepper motor presenta numerose problematiche:
Cablaggio: per ogni motore e' necessario cablare numerose
connessioni e portare questi cavi (solitamente soggetti a movimento)
per tutta la macchina Disturbi EMC indotti: sono presenti alte frequenze di switching
sui cavi che portano le correnti di azionamento dei motori Pesante richiesta di utilizzo CPU per generazione di forme
d'onda, clock, rampe di accelerazione e frenatura, soprattutto nel caso
di controllo di numerosi motori Necessita' del difficoltoso utilizzo in microstep (µStep)
del motore per ridurre vibrazioni e aumentare la precisioneL'utilizzo di normali e diffusi driver per stepping motor risolve solo in parte questi problemi:
Cablaggio: i normali driver possono risolvere parzialmente il
problema solo in casi specifici, aggiungendone pero' altri (chip
select, ...) Disturbi EMC indotti: i normali driver possono risolvere
parzialmente il problema solo in casi specifici, che pero' in parte
rimane in quanto va diffuso il clock di generazione µStep Pesante richiesta di utilizzo CPU: i normali driver attenuano il
problema togliendo alla CPU il compito di generare forme d'onda, ma
lasciano il gravoso compito di generare il clock e le rampe Necessita' di µStep: i normali driver si occupano di
generare i µStep, ma lasciano alla CPU il compito di gestirne la
velocita' e la quantita'Il cablaggio di queste macchine e' normalmente CPU-centrico, cioe' tutti i cavi provenienti dai motori fanno capo alla scheda di controllo centrale. Il cablaggio che ne risulta e' conseguentemente complesso. Inoltre i normali driver per stepping motor non prevedono alcuna funzione per:
Il sistema SMCS risolve tutti questi problemi.
Interfaccia con la CPU di Controllo
La CPU centrale di controllo in un sistema embedded puo' interfacciarsi con il sistema SMCS nei seguenti modi:
Le ultime due possibilita' sono previste utilzzando un apposito convertitore I2C -UART.
E' possibile pianificare altri tipi di interfaccia attualmente non previsti (SPI, CAN, ...)
Interfaccia con il PC di Controllo
Il PC di controllo in un sistema industriale puo' interfacciarsi con il sistema SMCS nei seguenti modi:
Entrambe le possibilita' sono previste utilizzando un apposito convertitore I2C -RS232 oppure
I2C -USB. Possibilita' ulteriori: altre porte RS (RS485, ecc.)
Fornitura software
Possibilita' ulteriori: sviluppo di software custom mirato al controllo industriale
Fornitura hardware
Limiti
Il sistema SMCS e' mirato per le piccole/medie dimensioni: il bus I2C standard permette 5m max di lunghezza; (ma puo' essere pero' facilmente esteso a 100m) e i motori stepper previsti hanno una potenza massima di 1.5A.
Attualmente la gestione del movimento dei motori e' entro circa 20 giri, adeguato per il target di controllo a cui e' destinato il sistema. Da considerare eventuali estensioni. I motori si muovono a 16 µStep.
Disponibilita'
Attualmente PRECMA ha progettato e prodotto un sistema SMCS, dedicato ad una macchina specifica.
Stiamo procedendo allo sviluppo di un sistema generico.
Se siete interessati al sistema SMCS e volete approfondirne le caratteristiche o richiedere ulteriori informazioni (prezzi, disponibilita' o altro) contattateci.
SMCS
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