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Problem mit Eigenbaufräse. Arduino die Lösung?
09.12.2013, 14:34 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 09.12.2013 14:38 von Dominik92.)
Beitrag #1
Problem mit Eigenbaufräse. Arduino die Lösung?
Hallo

Mein Name ist Dominik, ich bin 21 Jahre alt und neu hier im Forum. Finde alles rund um den Arduino sehr interessant und wundere mich, dass ich nicht schon vorher darauf gestoßen bin.
Seit ca. einem Jahr bin ich dabei eine kleine Fräse auf CNC umzubauen.
Bis jetzt funktoniert auch alles sehr gut. Ich habe nur ein riesen Problem welches ich nun hoffentlich mit einem Arduino bzw entsprechender Programmierung in den Griff bekomme.
Ich bin vor einiger zeit Hardwaretechnisch von der herkömmlichen Parallelport Geschichte auf USB umgestiegen. Ich nutze nun ein China-Interface mit 16 Eingängen und 8 Ausgängen um meine Fräse mittels Mach3 zu steuern. Bin mit der Interface Karte eigentlich sehr zufrieden.

Der (problematische) Aufbau:

Die Interfacekarte gibt ein PWM Signal (0-5V) zur Drehzahlsteuerung aus (z.B. via Frequenzumrichter). Hierbei entspricht 0V = Drehzahl 0 und 5V = Drehzahl 6000 (in meinem Fall).
Nun nutze ich aber keinen Frequenzumrichter sondern einen 500W 24V DC Motor aus einem E-Scooter und einen entsprehenden Regler. Der Regler wird mit einem Signal von 1-3,5V angesteuert. Das konnte ich anhand diverser Messungen feststellen. Normalerweise unterstützen diese Parallelport Karten auch einen PID Regelkreis. Das heißt über einen Hallgeber ermittelt das Interface die ist-Drehzahl und gibt diese an Mach3 aus. Mach3 regelt dann das PWM Signal entsprechen um Ist an Soll anzupassen. Dies hat auch den Vorteil, dass der Motor auch bei niedrigen Drehzahlen durch die Nachregelung enorme Kraft hat. Diese Funktion ist für die Fräse bzw. meinen Aufbau unbedingt erforderlich.

Das Problem:

1) Leider Funktioniert dieser Regelkreis mit dem neuen USB Interface nicht. Natürlich habe ich das erst im Nachhinein feststellen dürfen.
2) Gehe ich mit dem 0-5V Signal des Interfaces auf den Eingang des Motorreglers, so ist dieses ja mit dem 1-3.5V Signal absolut garnicht deckungsgleich. Die Folge: Bei Solldrehzahl 2000 macht der Motor nur 200 U/min.
3) Die 0-5V am Ausgang des Interfaces sind nicht linear bzw proportional zur Drehzahl. Das heißt in meinem Fall beträgt die Spannung bei 3000U/min nicht die zu erwartenden 2,5V, sondern um die 3,5V. Ich müsste als für jede Drehzahl eine manuell gemessene Spannung hinterlegen können. Der zeitliche Aufwand wäre es mir aber wert.

Die Aufgabe:

1) Kann ich mit dem Arduino das PWM Signal des Interfaces auslesen und ein entsprechendes Programm schreiben, sodass ich dem 0-5V Signal feste Drehzahlen zuordnen kann?
2) Kann ich bezüglich auf Punkt 1 ein neues PWM Signal (1-3,5V) zur Motorsteuerung ausgeben welches also entsprechend proportional zum PWM des CNC Interfaces läuft?
3) Kann ich gleichzeitig einen PID Regler integrieren, der die Ist-Drehzahl misst und selbstständig nachregelt?

Das ganze nochmals praktisch bezogen:

-Ich tippe in mein Mach3 Software eine Drehzahl von 6000 U/min ein
-PWM Ausgang am interface: 5V ->Eingang Arduino 5V
-Arduino weiß "Aha, Eingangssignal 5V, also ist mein Ziel 6000U/min.
-Arduino gibt ca 3,5V aus
-Motor läuft an
-Arduino misst die Ist Drezahl, vergleicht diese mit Soll und regelt permanent nach.

Anhand der 0-5V am Eingang soll Arduino also wirklich nur erkennen welche Drehzahl ich in meinem Fräsproramm vorgebe.

Ich habe noch keine praktische Erfahrung mit Arduino. Ich möchte mich nun aber etwas damit befassen. Deshalb meine Frage an euch:
Ist Arduino überhaupt in der Lage das zu machen was ich vorhabe?
Wenn ja, wie gehe ich am besten alles an und welchen Arduino benötige ich?

Ich danke euch recht herzlich

Gruß Dominik
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10.12.2013, 04:32 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 10.12.2013 04:40 von JoeDorm.)
Beitrag #2
RE: Problem mit Eigenbaufräse. Arduino die Lösung?
Hmm,

also anstelle eine Arduinos, würde ich mir überlegen, lediglich einen Spannungsteiler einzusetzen, z.B. einen passenden Poti, sodaß bei 5V eben nur noch 3,5V herauskommen.
Der Poti verbrät dann eben nur einen Teil der Leistung, und die Spannung wäre dann 3,5V. Die Regelung sollte dadurch kaum beeinflußt werden.
Den Poti könnte man später, wenn der passende Widerstand ermittelt wurde, gegen einen Festwiderstand austauschen, was aber nicht unbedingt nötig sein würde.
Dann wäre das Problem doch gelöst, oder?

Hab nochmal drüber gelesen, und da stellt sich mir die Frage, ob das Leistungsteil analog oder digital angesteuert wird.
Bei Analog könnte man eine Lösung mit dem Widerstand versuchen.
Wie das bei Digital aussieht weiß ich nicht.

Gruß Joe

Meine Vision Rolleyes http://global-science-circle.org
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10.12.2013, 15:09
Beitrag #3
RE: Problem mit Eigenbaufräse. Arduino die Lösung?
Hallo

Vielen Dank für deine Antwort.

Also der Motorregler wird analog angesteuert. Das mit dem Spannungsteiler habe ich natürlich schon versucht. Aus mir unerklärlichen Gründen bricht mit die Spannung eh zusammen, wenn ich den 0-5V PWM ausgang gleich an den Eingang des Motorreglers hänge. Komme dann bei maximaler Drehzahl, also soll 5V, nur auf ca 3,2. So erreiche ich die Maximale Drehzahl leider nicht.
Zudem spricht der Motorregler erst ab 1V aufwärts an. Das heißt der Motor beginnt sich erst bei einer Drehzahlvorwahl von 200 U/min an langsam zu drehen. Bei 2000 U/min gibt der PWM Ausgang der CNC-Steuerung ca 1V aus. Deshalb war meine Idee jeder Drehzahl eine fixe Spannung zuzuordnen. Hier dachte ich an den Arduino. Denn selbst wenn ich ein PWM Signal mittels Spannungsteiler oder Operationsverstärker (auch schon versucht) zu meinen Gunsten umgewandelt bekäme so wäre die Abstimmung zwischen Software und Hardware nahezu unmöglich. Ich möchte doch so nahe wie möglich an die Drehzahlen herankommen, die ich über die Steuerungssoftware vorgebe. Das PWM Signal ist ja leider nicht wirklich linear. Wäre das der Fall hätte ich eventuell eine Chance mit dem Spannungsteiler.

Gruß Dominik
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