Projekte - Plasmabrenntisch - Teil 2
Die Idee für viele meiner Projekte entsteht beim "Garagenbier" mit meinen Freunden und Bekannten. Irgendwann kam das Thema auf den computergesteuerten Zuschnitt von Stahlblechen mittels mittlerweile im Handel "bezahlbarer" Plasmabrenner - und mir eine Idee..... Diese Dokumentation behandelt ein komplexes Thema und ist daher umfangreich.....hier der Teil zur elektronischen Hardware....
Übersicht
Einleitungtechnische AnforderungenAnsteuerung der MotorenSpannungsversorgung TouchscreenRelaissteuerung und EndlagenschalterDesweiteren...
Worum geht's....
Einleitung
Für unseren Plasmabrenntisch benötigen wir natürlich erst mal einen Plasmabrenner, diese Geräte gibt es mit/ohne internem Druckluftkompressor bereits für 200-500€ im Web, gelegentlich auch beim Discounter bzw. im Baumarkt...
Sofern Euer Plasmabrenner keinen eigenen Kompressor hat (was die Regel sein dürfte - ich kenne nur einen Discount-Anbieter mit 4 Grossbuchstaben der einen internen Kompressor anbietet) braucht Ihr dann natürlich noch so ein Gerät - es muss ausreichend Luftvolumen zur Verfügung stellen, um das "flüssige" Metall von der Brennstelle "wegzublasen".
WICHTIG....
Der Plasmabrenner muss eine sogenannte "Pilotzündung" besitzen, dies bedeutet das es den Lichtbogen über eine Hochfrequenz zündet und der Brennkopf dazu keine körperlichen Kontakt zum Metall haben muss. Bei einfacheren Geräten mit "Kontaktzündung" muss der Brennkopf immer kurz auf das Metall "getippt" werden.
Desweiteren benötigen wir eine sogenannte "gerade Fackel" bzw. "Maschinen-Lanze" anstelle des handelsüblichen gekröpften Schlauchpaketes - hier geht es los bei ca. 45 € im Web.
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technische Anforderungen
Für den Betrieb müssen wir folgende Hardware ansteuern....
- einen Schrittmotor auf der "Brücke" für die erste Koordinatenachse...
- zwei Schrittmotoren, welche die "Brücke" auf der zweiten Achse bewegen
- ein Relais, welches den Plasmabrenner ein-/ausschaltet
und desweiteren abfragen...
- einen Endlagenschalter auf der "Brücke"
- zwei Endlagenschalter für die "Brücke" auf dem Rahmen.
In meinem Fall habe ich noch einen externen Touch-Sreen - dafür habe ich einen "5 Zoll HDMI-Monitor" mit HDMI und USB-Anschluss an den RasPi verbaut - in 2020 für knapp 40 €...
Und wir benötigen ein ausreichend "stabiles" Netzteil 220V => 12V (als grundlegende Systemspannung) sowie diverse Spannungswandler 12V => 5V (als Versorgungsspannung des RasPi sowie der Schrittmotortreiber-Module).
Somit ergibt sich.....
Chaotisch ?... dann mal erläutert...
Ich habe alle Bauteile/Baugruppen auf jeweils seperate kleine Platinen aufgeteilt, da ich diese dann bei Defekten bzw. auftretenden Problemen in der Testphase separiert austauschen kann. Dadurch kommt es aber gelegentlich zu einer Dopplung von Baugruppen - z.B. die Spannungswandler 12V => 5V...
ACHTUNG....
Bei sind weisse Kabel und Markierungen i.d. Regel ein Hinweis auf GND, dies hat sich mit der Zeit so ergeben - da die gekauften Kabelpakete überwiegend so gefärbt waren und Schwarz somit Mangelware...
Nachfolgend aber nun einige Angaben den einzelnen Bauteilen / Baugruppen....
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Motor-Treiber TB6600 und zugehörigen Platine...
Für den Antrieb unserer Schritt-Motoren benötigen wir 3 Schaltungskreise mit je einem Motor-Treiber-Modul TB6600, dieses steuert die Motoren mit 9-42V (hier bei uns hier 12V) an und wird selbst mit 5V Steuerspannung beschaltet.
Daher benötigen wir eine Schaltung, um die 3.5V des Rechners (hier RasPi) auf die benötigten 5V umzusetzen.
Genauere Informationen und ein Schaltbild hierzu habe ich im Hardware-Beitrag zum TB6600 bereits dokumentiert...
Da der TB6600 den Last-Stromkreis (Motoren) und den Steuer-Stromkreis (Rechner) bereits galvanisch entkoppelt - siehe Opto-Koppler im Glossar - müssen wir hier keine weiteren Massnahmen treffen.
Und natürlich ist auch hier eine GND-Kopplung vorhanden....
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Platine Spannungsversorgung für Touch-Screen
Da wir unseren Touch-Screen auch mit Strom versorgen müssen, habe ich hier noch einen Spannungswandler L7805CV - 12V (rot / weiss=GND) => 5V und zwei Kondensatoren 100müF (ein) / 220müF (aus) eingesetzt.
Die ganze Sache wird sicherheitshalber noch mit einer "flinken" Sicherung 1A abgesichert ( auf dem Haupt-Sicherungs-Board war kein Platz mehr) ....
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Platine Relaissteuerung und Endlagenschalter
Für den Betrieb benötigen wir eine Ein-/Aus-Ansteuerung unseres Plasmabrenners, dazu habe ich den mitgelieferten Geräteschalter abgetrennt und das Kabel auf ein Relais umgesetzt.
Desweiteren müssen wir eine Möglichkeit für die Ermittlung der "Startpunkte" für unsere Software auf "Brücke" und Brennertisch schaffen....
Der Schaltkreis-Teil für die Betätigung des Relais ist relativ einfach, das Relais schaltet den Brenner ein und ersetzt den ursprünglich mitgelieferten Kabel-Schalter an der "Brenner-Lanze"...
Die Diode zwischen den beiden Spulen-Enden am Relais verhindert eine "Rück-Kopplung" infolge der Induktivität der Spule beim Wegfall der Steuerspannung - sucht im Web mal nach "Freilauf-Diode"...
Die ganze Sache wird sicherheitshalber noch mit einer "flinken" Sicherung 1A abgesichert ( auf dem Haupt-Sicherungs-Board war kein Platz mehr) ...
Und natürlich ist auch hier eine GND-Kopplung vorhanden....
Der Schaltkreis- Teil für die Endlagen-Schalter ist ebenso einfach....
Da sich die Endlagen-Schalter direkt am Brenntisch befinden und ihr Signal vom Rechner als Eingangs-Signal genutzt wird, entkoppeln wir die beiden Teil-Schaltbereiche mit einem Opto-Koppler, um sie galvanisch zu trennen und Störsignale zu vermeiden.
Mit dem 1kOhm-Widerstand begrenzen wir den Strom, wird der Schalter am Brenntisch betätigt so schaltet der Opto-Koppler den zweiten Schaltkreisbereich ....
Der zweite Schaltkreisbereich wird desweiteren nur aktiviert und abgefragt, wenn wir per Software nach den Endlagen für die Bewegungen auf der "Brücke" bzw. die Bewegung der "Brücke" auf dem Brenntisch suchen.
Am RasPi schalten wir daher den OUTPUT-Pin nur auf Status AN , wenn wir die Information auch benötigen, ebenso wird der INPUT-Pin nur dann auf Modus INPUT geschaltet - ansonsten ist er ebenfalls auf Modus OUTPUT und Status AUS geschaltet und "horcht" somit nicht die ganze Zeit. Auf diese Weise ist er unempfindlicher gegen Störsignale...
Und nur dann fliesst der Strom - begrenzt durch den 10kOhm-Widerstand - zum INPUT-PIN und setzt diesen auf Status HIGH. Wenn wir jetzt den Endlagenschalter betätigen, schaltet der Opto-Koppler ja durch und der Strom im zweiten Schaltkreisbereich fliesst direkt auf GND - unser INPUT-Pin bekommt somit den Status LOW.
Da wir dann ja die gesuchte Endlage gefunden haben, wird die ganze Schaltung softwäremässig seitens des RasPi wieder deaktiviert.
Und natürlich ist auch hier eine GND-Kopplung vorhanden....
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Desweiteren
Ich habe zusätzlich eine USB-Kabelverbindung von der Aussenseite des Koffers zum RasPi verlegt, um Daten übertragen zu können.
Unser Touchscreen benötigt neben Spannungsversorgung (s.o.) auch ein HDMI-Kabel sowie eine USB-Verbindung zum RasPi ( für die Übertragung unserer Eingaben auf dem Bildschirm).
Da meine üblichen Spannungswandler-Schaltungen mit dem L7805CV-Chip einerseits in der nutzbaren Stromstärke begrenzt sind und der Chip zusätzlich Störsignale erzeugen kann (auch mit den Kondensatoren) - habe ich für die Versorgung des RasPi's einen seperaten stabilisierten Spannungswandler aus dem KfZ-Bereich verwendet.