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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)
Eliminare i problemi di disturbi EMC e di diffusione clock
Togliere totalmente alla CPU centrale il compito di gestire i motori, comprese accelerazioni e conteggio passi
Gestire in modalita' indipendentente dalla CPU centrale velocita' e quantita' di µStep

Il sistema di movimentazione stepping motor SMCS e' un nostro prodotto; se siete interessati e volete approfondirne le caratteristiche o richiedere ulteriori informazioni (prezzi, disponibilita' o altro) contattateci.
Con il sistema SMCS lo stepper motor diventa una Periferica Ibrida Intelligente (IIP) composta da motore e scheda di controllo. Tutte le periferiche sono connesse in parallelo sullo stesso bus  I2C a due fili, e possono essere messe in cascata (con semplici connettori).
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:
Sistemi embedded destinati alla produzione in serie
Sistemi custom di automazione a produzione limitata

Esempi di sistemi embedded destinati alla produzione in serie:
Strumenti da laboratorio
Apparecchiature per ufficio/progettazione (stampanti, plotter)
Utensili da officina specializzata (tornio a controllo numerico)

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
Automazione della produzione
Sistemi meccanici per il controllo qualita'
Sistemi meccanici per il testing

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 precisione

L'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:
Prevenire perdite di passi
Gestione di sensori per posizionamento preciso
Gestione di sensori per finecorsa
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:
Direttamente sul bus I2C
Conversione UART ad alte velocita' non-standard
Conversione UART a velocita' standard RS: 19200 - 115200 baud

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:
Conversione Porta RS-232C
Conversione Porta USB

Entrambe le possibilita' sono previste utilizzando un apposito convertitore I2C -RS232 oppure
I2C -USB. Possibilita' ulteriori: altre porte RS (RS485, ecc.)


Fornitura software
Esempi di utilizzo su PC in VB
Driver convertitore USB
Software di configurazione delle periferiche (ID, ecc.)

Possibilita' ulteriori: sviluppo di software custom mirato al controllo industriale


Fornitura hardware
Schede di controllo periferiche stepper e sensore complete
Development board con motore stepper, sensoristica e interfaccia
Specifiche hardware e protocollo


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.

PRECMA S.r.l.
SMCS


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