Kuormitusmittari karalle ja servoille - analoginen vai digitaalinen?

[Kremmen]

Olen tässä sähköistyksen komponentteja odotellessa vähän iltapuhteina piirrellyt marsun operaattoripaneelin konseptikuvia. Päädyin haluamaan kuormitusmittarit kaikille servoakseleille ja erityisesti karalle jollainen alkuperäisessäkin paneelissa oli.
Kun täällä on useitakin ammattilaisia ja sellaisiksi luettavia, niin mitä mieltä olette kumpi on selkeämpilukuinen - analoginen osoitinmittari vai ledipylväsnäyttö? Molemmilla lienee etunsa, tällä hetkellä olen itse taipuvainen semmoiseen  ledipylvääseen jossa värit on 0-80% vihreä, 80-90% keltainen ja 90-100% punainen. Kun ei mitään erityistä tarkkuusinstrumenttia olla rakentamassa, niin kustannusten kurissapitoa silmälläpitäen ehkä parikymmentä segmenttiä riittäisi, Sillä saa 5% askeleet ja esim Kingbrightin suorakaide-elementit kustantaa vain parikymmentä senttiä 25 kpl erissä.
Toisaalta kun teen tuon kuitenkin jollain pienellä AVR-prosessorilla niin samallahan siihen signaalinkäsittelykortiin laittaa molemmat lähdöt, sekä ledipalkille että analogimittarille.
Olisiko tuossa jotain muuta erityistä mikä pitäisi huomioida, mutta ei ole itsestään selvää? Onko joku ehkä toteuttanut tällaisia joskus ja mitä silloin tuli eteen?
Niin ja jos joku tällaisille tuntee tarvetta niin varmaan tilaan taas piirilevyt kiinalaisilta ja sieltä tulee niitä yli oman tarpeen. Ylimääräiset saa omakustannushintaan mikä on aika lähellä nollaa... Nyt olisi mahdollisuus vaikuttaa siihen, millaisia sieltä tulee

[pave]

Kyllä siihen Primeroon olis kiva saada sellainen mittari, siinähän se kara hyytyy pienemmillä kierroksilla aika helposti. No sehän on kylläkin työnantajan kone meinaan vaan että lipsuu vähän "harrastuksesta" .
Mutta kyllä se hyvä olis. Ja ledipylvään kannalla olen.

Pave

[jarkko.j]

Moi,

Mulla olis tuo jyrsin projekti 2011, tulossa siihen vaiheeseen että kohta saadaan 240mm x 1000mm x 40mm materiaalista jyrsittävä pyötälevy valmiiksi ja sitten odottaa tuo sähköistys.  Mulle tulee 160Vdc syöttö granitedevicen VSD-XE servokorteille, jolla ajetaan panasonic AC servoja joiden ac käyttöjännite on 109Vac. eli kun tuo VSD-XE tekee tuosta 160Vdc:stä kolmivaiheisen, haluaisin johonkin väliin sitten mittarit, jolla näkisi moottoreille menevän virran. moottorin kyljessä siis 3.5A ja datalehdestä max peak 18A. Soveltuisko ajattelemasi piiri tähän? sitten mulla on tuollainen Omronin ajuri R88D-UP20V jonka perässä 750W jarrullinen servo. Saisiko tähänkin sellaisen tehtyä?
Karaa ajaa Yaskava V1000 tamu, jonka perässä 1.1KW bevi moottori, sopisiko tuo myös tähän? tällöin saisin kaikille mittarin, josta olisi kätevä noita virtoja seurailla.

Mitenkäs ajatus että jos virrat nousee yli säädetyn maksimin, saisi joku bitti muuttua AVR:ssä 0->1,(liitin piirilevylle) josta vaikka syöttö esim Breakout boardiin, jolloin se löisi Mach3 Vaikka feed holdiin?

-Jarkko 

[Kremmen]

Okei, palautettahan lähti tulemaan äkkiä. Tällä hetkellä olen miettinyt tämmöistä, katsotaan miten se sopii teidän tarpeisiin (ja mitään ei ole vielä hitsattu lukkoon joten kaikkea voi säätää):
- mittarin "aivoksi" tulee Atmelin pieni 8-bittinen kontrolleri, joko Mega168 tai 328 vähän ohjelman koosta riippuen. Tai jos nälkä kasvaa syödessä niin sitten joku isompi, se nyt ei kustannukseen juuri vaikuta. Oletus on, että digitaalista signaalinkäsittelyä ei jouduta tekemään, noilla se kun ei onnistu kovin hyvin. Jos sellaista tarvitaan niin siihen löytyy sitten muut vermeet kyllä.
- Mittauskortti hoitaa vähintään 4-5 mittauskanavaa tai niin monta kuin valitulla kontrollerilla on A/D-muunnoskanavia. Megoilla taitaa olla se 8 kpl.
- Mittasignaalien kalibrointi ja mahdollinen linearisointi hoidetaan PC:n avulla USB-väylää käyttäen. Tätä varten mittauskortille tulee mini-USB-liitin ja kontrolleri
- Ledipylväitä kytketään mukaan tarvittava määrä 1- n kpl sen mukaan, montako mitattavaa kanavaa on käytössä. Nämä siis voisivat olla erillisen piuhanpätkän päässä ja datan sinne voisi siirtää sarjamuotoisesti. Tätä pitää vielä miettiä niin että saadaan kustannus ja johtojen määrä minimoitua.
- Mittarisysteemille tulee yksi 9-30 VDC syöttö josta tuotetaan kaikki tarvittavat jännitteet.

- Alustavasti olin ajatellut että saapuva mittasignali olisi nimellisarvoltaan 0-10V jännitesignaali. Mittakanavan konfiguroinnilla voidaan asettaa haluttu näyttöalue. Marsuun on tulossa Yaskawan servot ja tamu joista saa hetkellisen kuorman ulos analogisignaalina ja itse aion käyttää niitä.

pavelle: se Primero oli se sinun työkalusi? Siinähän oli karalla joku keskikokoinen kohtuu-uusi Yaskawa, joten siitä saisi suoraan tarvittavan signaalin ulos. Silloin se menisi samalla tavalla kuin mitä olen ajatellut itselle tehdä.

jarkko.j:lle: Sama juttu; se Yaskawan V1000 on helppo nakki. Siinä on juurikin samanlainen kuorman/virran analogilähtö kuin minullakin eli siitä saa suoraan 0-10 V kuormasignaalin ulos.
Minulla on itsellä Omronin 2,5 kW R88D-UT servopakki Z-akselilla ja jos sinun -UP on samanlainen niin sen naamataulussa on power ja alarm-ledien vieressä 4-piikkinen liitin CN4. Siitä saa kuormatiedon ulos analogisignaalina pinnistä 2. Samoin se löytyy liittimen CN1 pinnistä 16. Tämä signaali on polaarinen, +- 2V nimellisväännöllä. Tämän(kin) takia pitää olla kalibrointimahdollisuus siellä mittauskortilla.
Jos Graniten servo-ohjain tms ei tuota tällaista seurantasignaalia niin sitten se on tuotettava itse. Pahin haaste DC-puolelta mittaamisessa on galvaanisen erotuksen aikaansaaminen. Aito isolaatiovahvistin olisi toivottoman kallis ratkaisu joten jollain konstilla pitäisi keksiä joku shunttivastus-jännitehäviömittaus. Tuohon voisi ehkä miettiä jotain lineaarioptokytkentää, ne ei olisi kovin arvokkaita joskin taas apujännitteen syöttö yläjännitteen puolelle nostaa ratkaisun hintaa.
Yksi mitä tietty voisi myös miettiä on, jos kyhäisi servon syöttökaapeleihin virtamuuntajat. Mulla on vielä muutama itselle varattu häiriösuotimen Vitroperm-sydän joista voisi saada aika räväkän virtamuuntajasydämen. Siihen perään tasasuuntaus, jännitteeksi muutto ja ehkä pieni analogisuodatus, kun tuo kasibittinen tuskin jaksaa vääntää DSP-alipäästöä. Se ei olisi hinnalla pilattu ratkaisu. Voisin tuota vähän koettaa labrata 3-vaihetamulla johon saa virtaa menemään joltisestikin.

muok: Niin ja siis tuo ajatus siitä, että olisi jonkinlainen hälytyslähtö kun kuorma alkaa mennä överiksi on erinomainen, miksiköhän ei tullut itselle heti mieleen. Se otetaan ilman muuta mukaan speksiin. Jos tehdään transistorilähtönä niin ei juuri vaikuta kustannukseen; potentiaalivapaa kontaktilähtö vaatii releen ja vähän korttipintaa sen trankun lisäksi.

[jarkko.j]

Moi,

Unohdetaan tuo VSD-XE:n valvontapiiri. En tuota sen enempää miettinyt yöllä mutta aamulla ajatus juoksi kirkkaammin. VSD-XE:hän valvoo omalla softalla tuota virtaa ja lyö homman seis jos ylitetään ajurille määritetyt rajat (ovat siis ohjelmoitavissa). Eli siis tarviin vaan karalle V1000 tamu ja R88D:lle tuon valvontapiirin R88D:ssä ainakin datalehden mukaan tuo CN4 liitin löytyy. (ajuri siis hallilla, joten ei pääse nyt tarkastamaan)

-Jarkko 

[Kremmen]

Ledipylväsnäyttöä olisi nyt sitten syntymässä.
Pikkasen isonsin tuota konseptia siten, että tässä on nyt erillinen mittauskortti ja sarjakanavan päässä max 8 osoitettavaa näyttöyksikköä. Näin on mahdollisuus toteuttaa erilaisia näyttöyksiköitä sen mukaan mitä tarvitaan.
Perusdesigni on 24 suorakaideledin pylväs jossa siis värit vihreä-keltainen-punainen kuormituksen mukaan. Sille menevä data on yksinkertaista bittitietoa jossa 24 bittiä indikoi suoraan mitkä ledit halutaan palavan. Tämä antaa mahdollisuuden tehdä yksinkertaisia palkkeja tai vaikka VU-mittarin tyyppisen jossa esim sekunnin huippukuormaa osoittava ledi "irtoaa" hetkellistä kuormaa osoittavasta palkista. Tai mitä nyt vaan mieleen juolahtaa.
Sarjadatan formaatti ja pituus on täysin vapaa, joten kaikenlaisia muitakin näyttöyksiköitä voi tehdä, vaikka tekstimuotoisen LCD-tekstinäytön tai VGA-grafiikkaohjaimen tai ihan mitä huvittaa. Todennäköisin kai olisi joku selvästi isompi pylväsnäyttö jonka näkee kauempaakin selkeästi.

Tässä nyt kuitenkin alustavia kuvia kommentoitavaksi. Kaikenlaisia ehdotuksia otetaan edelleen vastaan.

Tässä varsinainen mittausyksikkö jossa on nyt seuraavat toiminnot:
- Raakajännitteen liitäntä 12 - 24 VDC, suojattu väärää napaisuutta vastaan. Perusversiossa tämä jännite syöttää kaiken elektroniikan, myös ledipylväsyksiköt.
- +5 VDC hakkupoweri joka syöttää mittauskortin prosessorin sekä perusnäyttöyksiköiden logiikan.
- +/- 15V hakkupoweri joka syöttää analogisen mittauselektroniikan.
- 6 analogimittauskanavaa. Mittajännitealue on max +/- 10V. Koska tämä mittari näyttää absoluuttista kuormitusta, ei signaalin napaisuudella ole väliä. Jotkin servopakit antavat kuormatiedon etumerkillisenä, mistä syystä mittakanavien tulopiirissä on tarkkuustasasuuntaajakytkentä. Analogisignaalien mitta-alue kalibroidaan ohjelmallisesti PC:n avulla, eli mitään trimmereitä kortille ei tule.
- Sarjadata ja apujännitteet siirretään 10-napaisella lattakaapelilla yksinkertaisena logiikkasignaalina. Jos tarvitaan parempaa suojaa tai pitkiä matkoja niin sitten kyhätään erillinen RS422-transceiveripalikka väliin. Se jääköön myöhemmin mietittäväksi tarpeen mukaan. Kaikille näyttöyksiköille ketjutetaan sama kaapeli puristamalla lattakaapeliliitin aina sopivaan väliin (vrt PC:n IDE-levyasemakaapeli).
- Mittausyksikön ohjelmisto on päivitettävissä standardi JTAG-liittimen avulla. Päivitys onnistuu yksinkertaisella ja halvalla liitäntäpalikalla periatteessa keneltä vaan ja lähdekoodi sekä ladattavat binääritiedostot laitetaan tietenkin vapaasti jakoon.
- Konfigurointi tapahtuu USB-yhteyden avulla ja sitä varten kortilla on FTDI:n konvertteripiiri ja mini-USB-liitin.
- Vaikka ledipylväsnäyttö ei ole mikään tarkkuusinstrumentti, on A/D-muuntimen referenssijännite mittauskortilla kuitenkin stabiloitu käyttäen TL431-säätözeneriä. Tämä mahdollistaa mittaukset sillä tarkkuudella mihin prosessorin A/D-muuntimet pystyvät.
Työlistalla on vielä järkätä ne jarkko.j:n ehdottamat kuormahälytykset. En haluaisi ruuhkauttaa mittauskorttia kasalla releitä tms, joten taidan miettiä josko käyttäisi osoitetta 07 spesiaalina ja ohjaisi hälytykset sinne. Siihen voisi toteuttaa sitten ihan millaisia hälytysliitäntöjä tarvitaan.



Tässä sitten perusnäyttöyksikkö jossa ei ole mitään järin ihmeellistä. Tiedonsiirtokanavan 3 osoitelinjaa mahdollistavat 8 yksikköä ja valinta tapahtuu asettamalla dekooderilla oikosulkupala halutun osoitteen kohdalle. Sarjadata muunnetaan rinnakkaiseksi kolmessa 595-kiikussa jotka ohjaavat ledejä suoraan. Väliin on kuitenkin laitettu ULN-transistoriarrayt vahvistamaan virrankestoa jotta ledit saadaan palamaan kirkkaasti polttamatta logiikka ylikuormalla.
Tässä versiossa on vielä työlistalla raakajännitteen vakiointi ledejä varten. 12-14 voltin käyttöjännitealue on vähän turhan iso jättää oman onnensa nojaan. Alapäässä ledit ovat kovin himmeitä jos halutaan etteivät ne kärähdä yläpään jännitteillä.

[jyrki.j.koivisto]

Hienosti edennyt tuo homma. Näyttöpuolen saisi yksinkertaistettua vaikkapa näillä Maximin piireillä MAX7219/MAX7221 http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/1339

[Kremmen]

Kiitos kommenteista.
Integraatioasteen nostaminen on toki iloinen asia ja tuo Maximin piiri on yksi hyvä kandidaatti. Signaloinnin puolesta se sopii erinomaisesti koska siinä käytetään juurikin samaa systeemiä mikä tähän mittariin on jo tulossa. Kortin layoutia silmälläpitäen voi tulla jotain kysymyksiä kun tuossa kaikki ledit ohjataan samasta piiristä, sitä on vähän haastavampi jakaa riviin ledien viereen (koetan saada näyttöyksikön mahdollisimman kapeaksi rimpulaksi joitta se on helppo asentaa). Toinen vakiokysymys on hinta ja saatavus, joskaan ei tuo nyt ehkä niin hinnan kiroissa ole. Pidetään mielessä kun lopullisia valintoja tehdään.

[jyrki.j.koivisto]

Nämä ledit voi kytkeä kaikki katodeistaan yhteen riveittäin (8 vetoa) ja anodit yhteen per pylväs ja syöttää segmenttipinneistä, enempää en tuota ruuttausta ole kuitenkaan miettinyt ja suunnittelijahan suunnittelee sellaisen kuin itse katsoo sopivaksi.  Innolla odotan projektisi valmistumista, näitä on niin mukava aina seurailla.

Edit: Nuo katodipinnit (DIG0-DIG7) on sopivasti kaikki toisella piirin sivulla ja koska tämä ei ole 7-segmentti näyttöinen niin ei tarvi välittää minkä pinnin vetää millekin ledille, ottaa vain koodissa huomioon.

[saumik]

Pistämpä minäkin lusikkani soppaan

Tässä muutama ajatus mikä on käytössä tuolla "louhintapuolella" eli lähinnä murskissa (esim Metso)
-digitaalinen näyttö,reaalikuormitus näytössä
-hetkellinen ylikuormitus,säädetyn ajan->tallentuu muistiin (jos aikaleima niin helpottaa analysointia)
esin, onko ojelmassa liikaa nopeutta/syvyyttä jossain kohtaa .
-hälytykset-> ylikuorma hetkellinen, esim 2-10s
-hälytykset->ylikorma jatkuva,esim yli 30s->stand by modeen

Ja jos lediä haluaa käyttää niin, kolmella pärjää...vihreä kaikki ok, keltainen hetkellinen ylikuorma,ja punainen
ylikuorma kone stand by tilassa->vilkkuu

ps: tiedän että puhutaan pikkusen eri virroista,mutta periaate sama
-Mika-

[jarkko.j]

Moi,

Tarkoititko Kremmen tuolla 07 osoitteella seuraavaa? En tunne atmega328:ksaa enkä kovin syvällisesti piirien koodausta, mutta esim noiden attiny2313 olen hieman leikkinyt. Eli olen toteuttanut homman niin, että koodissa jos joku arvo menee yli rajan(luetaan esim portD:stä) laitetaan joku Bitti PortB:ssä tilaan Hi joka taas kiinni TIP122 darlington trankun base jalassa ja emitteriltä lähtee johto CNC:n BOB kortille. Collector jalassa VDD +5v.

Esim punaisen ledin jälkeen seuraava aste toisi TIP122 base jalkaan +5v. toki attiny2313 pystyy ajamaan n. 20mA virralla lediä, mutta jotta kuorma ei kävisi Attinylle liian isoksi olen käyttänyt tuota TIP122:sta. ja attinyn ja TIP122 välissä 180ohm vastusta.

Eli loppujen lopuksi kun ajatelit jättää releen yms pois niin veisit vain vedon megan jalasta kortin reunaan, johon jonkunlainen liitin? sekavaa kirjoitusta mutta sitähän sä kysyit! 

-Jarkko

[Kremmen]

@ jarkko.j: Sillä 07-osoitteella tarkoitin itse asiassa sellaista ajatusta, että kun mittausyksikkö pystyy osoittamaan 8 eri näyttöä (osoitteet 00-07) niin varataan se osoite 07 erityiselle hälytys"näytölle". Siinä yksikössä ei siis tarvitse olla mitään varsinaista näyttöä, mutta kun joku muu kanava menee ylikuormalle, niin mittausyksikkö voi lähettää tähän osoitteseen vastaavan koodin joka vedättää asianmukaisen releen tai tekee muun hälytystempun. Itse asiassa noita spesiaali"näyttöjä" voisi olla kaksikin erilaista kun tuossa 168/328:ssa on vain 6 analogituloa tuotu komponentista ulos asti.

@ jyrki.j.koivisto: ilman muuta ledinäyttö on toteutettavissa tuolla Maximin piirillä, se voi olla jopa parempi kuin 595:lla tehty. Se kun mitä ilmeisimmin muksaa noita ledejä niin selvitään pienemmällä virankulutuksellakin. Tämä saattaa olla ratkaiseva tekijä, en nimittäin ole vielä laskenut tuota virtaa sen tarkemmin. Siitä voi kehittyä pieni haaste jos näyttöjä laitetaan useampia.

@ saumik: kerro lisää - millainen digitaalinen näyttö? Siis ihan numeroinako, 00 - 100% tms? Aikaleima on fiksu ajatus mutta vaatii reaaliaikakellon. Se on toteutettavissa eikä ole erityinen ongelma, mutta luulenpa että sen voisi ottaa mukaan sitten kun sitä joku oikeasti haluaa. Ominaisuus nimittäin tarvitsee lisää hardwarea; reaaliaikakellolle 32 kHz kello-oskillaattorin, mutta erityisesti myös varakäyntiakun tai patterin. Tämä nostaa kustannusta hieman eikä "perus"harrastajalla ehkä ole sille juuri käyttöä. Mutta voidaan siis kyllä toteuttaa.
Lähdin tekemään tästä lievästi modulaarista juuri jotta esim. nuo mainitsemasi näyttötavat, kuormanvalvonnat ja hälytykset voidaan toteuttaa mahdollisimman pienin lisäkustannuksin. Mittarin käyttäytyminenhän on ohjelmoitavissa halutuksi ja se voidaan konfiguraatiolla asettaa kanavakohtaisesti, siis sekä peruslogiikka että raja-arvot ja viiveet.

[Kremmen]

Ensimmäinen piirilevyversio mittausyksiköstä. 3D-malli on vähän vajaa kun ei ole tuosta Coiltronicsin muuntajasta 3D-mallia, enkä tähän hätään löytänyt noita liittimiäkään. Mutta varmaan tuosta vähän näkee mitä on tulossa. Pikkasen jännä paikka on tuolla takanurkassa pieni hakkuohjain. Sen jalkavälit alittaa niukasti kiinalaisen protopajan suositusminimivälit, joten saas nähdä onnistuuko pojilta. Muutenkin olisi melkein suosiolla pitänyt latoa 0805-kokoisilla peruskompoilla, kun meni kiskotuksen tila vähän ahtaaksi näin. No, tulipa tehtyä ja kyllä tuo useimpien toimittajien rulesit läpäisee. Onpa sitten helpompi kasata jos joku muukin haluaa koettaa. Kortin koko on 49 x 100mm jolloin niitä saa paneloimalla 100 x 100 aihiosta aina 2 kpl kerralla.

[jyrki.j.koivisto]

Nätti kuin sika pienenä!

[Kremmen]

Tässä kuormitusmittarin mittauskortti aika lähellä lopullista asua.  Miten on tiheyden laita; alle 1206 kokoa ei ole käytetty vaikka lähellä oli jo pari kertaa