Переход на 32 бита, но не только

Anidal
Идет загрузка
Загрузка
17.05.2019
5578
30
Техничка

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

25
Роман в пяти томах

Как я дошёл до жизни такой

Всё начиналось достаточно невинно — исчерпал ресурс ремень GT2.

Замена уже была, поставил и забыл?

Не, зуд улучшения проснулся и потребовал еды!

План:

1. Облегчить каретку

2. Упростить фиксацию ремней

3. Переделать обдув на менее громоздкий

4. Проложить провода к каретке более рационально

5. Сделать быстросъёмные HotEnd и обдув

6. Установить Volcano

7. Перевести ШД на 24В

8. Перейти на 32-х битную электронику

9. Защитить электронику от КЗ

10. Добавить аварийное отключение силовой части при сбоях

11. Облагородить кучу проводов

12. Разделить питание по типам и мощностям

13. Разделить электронику на 4 части:
  • Питание
  • Коммутация/индикация
  • Контроллер с экраном
  • Провода к каретке



Управляющая электроника

Ардуины стало не хватать. Экструдеры на x16 слишком грубы, на скоростях больше 120мм/с ардуина уже не успевает обрабатывать все шаговики и переходит в удвоенный режим, что означает снижение точности.

Добавим необходимость обрабатывать нелинейную экструзию и другие фишки, желание не перетыкать каждый раз SD для распечатки очередной модели и т.п.

Критерии были достаточно объёмными:
  • 32 бита с плавающей точкой
  • Озу не менее 64 кБайт, желательно больше
  • Ethernet/WiFi
  • Открытое, поддерживаемое и развиваемое ПО
  • драйвера ШД с поддержкой SPI/UART/I2С для тонкой настройки и с хорошим микрошагом (128 или 256)
  • Хорошая расширяемость (не менее 6 ШД, 4 нагревателей, 4 управляемых вентиляторов), лучше больше



Прошерстив интернеты выяснилось, что альтернативы, по сути, нет.

Reprap Firmware и Duet Ethernet/Duet Wifi.
5 драйверов TMS до 2,4А на основной и плата расширения ещё на 5 + 2 внешних.

7 нагревателей, 8+2 вентилятора, 10 ендстопов, можно подключать расширение по I2C.

Выбор дисплеев 4,5,7 дюймов с тачскрином.

Хорошая вебморда (я бы сказал лучшая), неплохой интерфейс на экране.

Быстрая работа с SD и быстрая закачка через вебморду.

Печать с отдельного компа по usb/ethernet слишком ненадёжная, только SD. Для сложных случаев есть возможность подключить 2-ю SD

Поддержка разнообразных вариантов автолевелинга

Поддержка эндстопов филамента, в т.ч. и с определением проскальзывания.

Есть как фирменные платы, так и фирменный же китай, в 2 раза дешевле.

Напрягали запаянные драйвера, но отказов мизерное количество, драйвера хорошо охлаждаются.

Цена комплекта 2 платы и экран 7 дюймов ну совсем не как у ардуино, однако только 10 драйверов это 6-7 т.р.

Силовая часть



Блок питания 12В 20А уже был, докупил 25Вт-ные 5В и 12В и 250Вт 24В.

Почему так много?

Нагреватели 12В, переходить на 24В вроде смысла нет.

А вот сделать их гальванически развязанными надо, т. к. пробой термодатчика с последующим попаданием +12 прямо в процессор неприятно.

Управление нагревателями вывел на дискретные силовые ключи с опторазвязкой.

+ порочная практика удешевления за счёт распайки мощных мосфетов на основной плате приводит к их перегреву, толстым, длинным проводам и выгорающим разъёмам.

ШД на больших скоростях при 12В питании начинают просаживать момент где-то с 150-160 мм/с. С 24В просадка начинается с 300+ мм/с.

Вентиляторы на 12В, питаются отдельным БП, т. к. силовой на 12 развязан, а развязывать ещё и вентиляторы избыточно.

Кроватка уже была на 220В, работает хорошо, добавил 2-й SSR для отключения всей силовой части по сигналу PS-ON.

Электроника запитывается 5В, потом включаем PS-ON и включаем остальную часть.

Если происходит сбой и нагреватели не реагируют на программное выключение питания — выключается все питание силовой части.

Коммутация

Попечатав ( и помучившись с подключением и переподключением) год, понял, что тянуть провода сразу к управляющей плате неудобно. Нужна промежуточная точка коммутации.

Опять же, дети растут, особенно младшая всё стремится потыкать пальчиком, поэтому провода должны быть закрыты от случайного прикосновения.

Разместил все соединения в 3-х коробочках спереди, выведя на них и индикацию напряжения на линиях питания и отображение управляющих сигналов.
В первой коробочке коммутация 220В (2 твёрдотельных реле общего включения (SSR1) и управления нагревателем стола (SSR2), а также индикация работы БП 5В, 12В силовое, 12В вентиляторы и 24В.

Во второй коробочке коммутация первичных управляющих сигналов от мозгов:
  • Нагреватель обдува
  • 2+2расширение нагреватели сопел
  • 3 вентилятора (Хотэнд, экструдеры и обдув модели)



На отдельной плате расположены 3 силовых твёрдотельных реле постоянного тока (самодельных). С возможностью расширения до 6-ти.

В третьей коробочке осуществляется коммутация силовых и и сигнальных линий со шлейфами на каретку и другие компоненты принтера.

Индикация и защита

Каждый сигнал управления снабжён светодиодным индикатором и системой защиты от КЗ.

Система защиты от КЗ сделана следующим образом:

Между управляющей платой (по линии -) и нагрузкой (вентилятор или силовое твёрдотельное реле) установлен резистор 10Ом 0.5Вт.

При штатной работе ток до силовых реле 20-30 мА, до вентиляторов до 100мА.

В случае КЗ ток через резистор не превышает 1.2-х ампер при максимальном постоянном токе MOSFET на плате от 4 до 60А.

Т.о. при КЗ MOSFET остаётся целым, а резистор быстро сгорает как предохранитель.

Использовать предохранители нельзя, т. к. импульсный ток разрушит MOSFET до срабатывания предохранителя.
Каретка



Т.к. все снимать, то решил сделать облегченную и уменьшенную площадку для крепления хотэнда с интегрированными держателями ремней.

Для быстрозаменяемых элементов каретки (блок обдува, хотэнд) использовал цилиндрические военные разъёмы. Они надёжны, не раскручиваются от вибраций, легки и имеют до 3 ампер на

контакт при +60).
Для связи между кареткой и блоком коммутации использовал плоский кабель 0.127х10.

Потребовалось 3 кабеля (обдув, нагрев сопел, датчики) и 1 4-х жильный плоский телефонный кабель для 2-х дополнительных термодатчиков.

Таким образом на каретку идут следующие сигналы:

1. Термистор обдува

2. Вентилятор обдува

3. Нагреватель обдува

4. 4 датчика PT1000 на сопла+1 резерв

5. 4 нагревателя сопел

6. Вентилятор хотэнда

7. Термистор Тхотэнда

8. Термистор Ткаретки (резерв)

Кабель с сигналами датчиков температуры дополнительно заэкранировал фольгой. Заводские экранированные плоские кабели существуют, но стоят как чугунный мост и под заказ.
Для силовых сигналов (нагреватели) используется парные провода. Общий -12 силовой счетверён.

Для плоского кабеля распечатал плоский канал и смоделировал дополнительные крепления к каретке и промежуточным точкам (ось Y). Всего потребовалось 34 сегмента.
Кабель не греется и за счёт кабель-канала не перегибается.

Также усилил стол, добавив 2-ю пару линейных подшипников и раскосы от них к дальнему концу стола.
Стол стал очень жёстким, исчезла раскачка конца при быстрых Z-перемещениях и дребезг сопла по стеклу при 0-й высоте и перемещении по XY.

В очередной раз модифицировал обдув, силиконовые носки на Volcano это прекрасно, но сильно затрудняют обдув. Пришлось вести трубочки с разных сторон прям к соплу.
P.S. Силиконовые носки оказались не очень надёжными. На сопле с SBS, где температура 250-260, он за 3 месяца деградировал и разползся.

На сопле с АБС (230) — пока держится.



Монтаж


Для DuetWifi распечатал корпус. https://www.thingiverse.com/thing:2825560

Из всех вариантов этот, ИМХО, наиболее продуманный и удобный.

Обдув организован между плат, именно туда отводится всё тепло от TMS.

В собранном виде корпус достаточно компактен, но позволяет без инструментов его раскрыть и получить доступ к обоим платам.

Электронику расположил на дне и передней панели.

Получилась «стена», предотвращающая попадание посторонних рук куда не надо.
Результаты

Работа проведена большая, переход с 8 на 32 бита вылился в 1,5 месяца работ и около 18 т.р. допзатрат.

Что получилось в итоге:
  • Удобная в использовании система. Вебморда юзабельна даже с телефона, когда последний раз вынимал SD — уже забыл
  • Файлы быстро можно закачать на принтер, скорость около 2 Мбайт/сек.
  • ПО DuetWifi активно развивается, много возможностей, все настройки через G-code, что невероятно удобно (после Repetiera с изменением параметров через перепрошивку)
  • За счёт возможностей ПО удалось победить недоэкстрзию на высоких скоростях, что позволяет печатать внутреннее заполнение до 180мм/с без ухудшения качества.
  • Используя Pressure Advance, удалось сделать переходы линий при изменении скорости/направления гладкими, без пере/недоэкструзии из-за бодена.
  • Последние 2 пункта есть и в 8-ми битных прошивках, но с их включением скорость становится ну совсем маленькой.
  • TMS драйверы с регулировкой тока и кучей режимов сделали принтер очень тихим, позволили выжать ещё 25-30% момента с двигателей без их перегрева.
  • Драйвера работают хорошо, не перегреваются. Встроенная функция контроля пропусков позволила настроить ток так, чтобы пропусков на реальных моделях не было.
  • Перевод экструдеров на микрошаг 128 (1080 шагом/мм) сильно повысил точность дозирования пластика (рекомендуется не мене 800 шагов на мм, иначе экструдеры не отрабатывают с заданной точностью подачу пластика)
  • Система имеет много ресурсов для доработки, уже внедрил ещё 1 ось для усовершенствованной вытиралки сопел с самоочисткой. Об этом отдельно расскажу.
  • Имеется большой, живой форум с активными разработчиками и пользователями. Это большой плюс для тех, кто хочет выжать 100% от железа или реализовать новую фичу.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

25
Комментарии к статье

Комментарии

17.05.2019 в 10:56
1

кашу маслом не испортишь 

Использовать предохранители нельзя, т. к. импульсный ток разрушит MOSFET до срабатывания предохранителя
уже давно придумали быстродействующие предохранители для электроники, а также самовостанавливающиеся предохранители
Нагреватели 12В, переходить на 24В вроде смысла нет.
А вот сделать их гальванически развязанными надо, т. к. пробой термодатчика с последующим попаданием +12 прямо в процессор неприятно
-если смотреть на вашу схему то все GND соединены и соответственно гальванической развязки нет и в помине, к тому же при гальванической развязке вылазят другие проблемы в виде наведенных потенциалов
-слабо представляю откуда на термодатчике возьмется 12 вольт , это нужно как минимум чтобы в одно и и тоже время пробыло нагреватель и сам термодатчик,  что уже маловероятно.

17.05.2019 в 11:22
0

Быстродействующие недостаточно быстродейстуют для защиты MOSFET.

Вот тут декларируют 30мкс. http://nauchebe.net/2013/07/elektronnye-predoxraniteli-v-silovyx-preobrazovatelyax/
Предохранитель тут не успевает и поэтому придумывают такие непростые и дорогие штуки.

А схему Вы смотрели недостаточно внимательно. +12 силовое развязано.

И такие пробои нередкость, по форумам то и дело пробило термистор, сгорел вход. Керамика (особенно в noname китайских нагревателях - т.е. наш случай) при повышенных температурах имеет тенденцию становится проводимой.

17.05.2019 в 18:58
0

Гальваническая развязка и отдельный мост на +12 с общей на всех землей это две очень большие разницы. Во втором случае если что-то пробивает, то пофиг из какого бп возьмется +12 или +24, ток все равно потечет, т.к земля одна и та же. В первом же случае ничего никуда не потечет - общей земли нет, значит цепь не замкнется. Почитайте хотя бы вики, что ли.

Что бы сделать ваши грелки гальванически развязанными, надо чтоб они грелись от своего, никак и ничем, даже землей, не связанным бп, и управлялись мосфетом. Мосфет же, в свою очередь, должен управляться, например, оптопарой другим концом привязанной к процу. Тогда никуда ничего не пробъет.

19.05.2019 в 09:21
0

Нет там никакой общей земли

17.05.2019 в 11:25
3

Винтовые клеммники я бы не стал использовать, их надо подтягивать периодически и они не любят вибрации.
Лучше использовать пружинные (те же WAGO)

17.05.2019 в 11:30
0

Полностью согласен. Можно погореть

24.05.2019 в 01:10
0

а нельзя было использовать lan пачкорд и rj45 коннекторы??

17.05.2019 в 11:30
0

Не советую злоупотреблять винтовыми зажимами, особенно на малых напряжениях- токи там большие, со временем винтовые зажимы ослабевают и начинают нехило греться.

17.05.2019 в 11:32
1

В порядке не наезда, а общего интереса. При КЗ мосфета в вашей цепи вообще может быть достигнут ток, приводящий к сгоранию быстрее, чем сработает плавкий предохранитель?

17.05.2019 в 12:10
0

а как-же. КЗ на +12, сопротивление проводов и т.п. возьмем 0,5 Ом. Т.е. ток 24А. А мосфет вентилятора на 4 кратковременно. Сильноточные может и выживут, но зачем же доводить до такого. Резистор просто отгорит, без вреда для его-либо.

17.05.2019 в 12:01
3

Ну и как? Сильно качество печати улучшилось от всех этих апгрейтов?
Судя по последним фоткам - нет.
Тогда ради чего всё это?
Не знала баба горя, купила баба порося.

17.05.2019 в 12:16
0

Сильно качество печати улучшилось от всех этих апгрейтов?
Я бы расценивал это как отношение к инструменту. Кого-то устраивает бардак, а кому-то... 
Но тут реально перебор по многим фронтам. Какие-то лишние защиты... по итогу по последним фоткам каша как была, так и осталась... зачем-то эти 
коннекторы на головы... не представляю зачем.
С другой стороны как бы и целей для 3д принтера у человека больше нет... т.к. сказать возня для возни.

17.05.2019 в 12:50
0

возня для возни
Да, я это и имел в виду.

17.05.2019 в 12:18
0

Это каким? всё что видим сделано в режиме а давай ка ещё и вот это проверим, как настройка действует.
Если не заниматься экстремальной наладкой, на отлаженных профилях всё гладенько.

Из всех фото на Duet была напечатана только точилка для ножей.https://3dtoday.ru/upload/resize_cache/main/a70/940_1080_1/a70f2a3d90574dc905080f1888c693ca.jpg
Как раз как экспериментальная модель с достаточно сложной геометрией. Всё остальное ещё печаталось на ардуине.

Задача была дать простор для расширения (хочу кракена с 4 соплами), убрать сопли/наплывы от  неправильной экструзии, обеспечить удобство пользования.
В целом я удовлетворён результатом. Принтер (повторюсь на отлаженных профилях) просто печатает. Не надо задумываться о особых настройках, подборе температур, ручных поддержках - прогрел, отслайсил, запустил на печать, заглянул, что на стекле утюг не стоит и можно заниматься своими делами.
Ардуина до этого редко но глючила. И всяких защит не было.

17.05.2019 в 12:10
0

вот это:

Облегчить каретку
вот с этим:
[IMG]https://3dtoday.ru/upload/resize_cache/main/d56/940_1080_1/d561e089ac615f48c98145eb8137a750.jpg[/IMG]
 не вяжется ну ни как

17.05.2019 в 12:20
0

хм. И что тут не так? По сравнению с штатной конструкцией облегчил раза в 2. А без обдува раза в 3. Печатаю с ускорениями 3000-4000.
Есть пример более лёгких конструкций с химерой, регулируемым по температуре обдувом и вулкано?

17.05.2019 в 12:24
0

И что тут не так?
Гибкий кабель канал. 1. он имеет приличную массу. 2. всего его цепи имеют определенную силу трения.

17.05.2019 в 12:38
0

Ну провода то сами по себе в воздухе держатся не будут? Предыдущая версия с просто проводами в спиральной обмотке (вариант от производителя) была:
1. Раза в 3 тяжелее
2. Довольно жесткая на сгиб
3. Через год не очень интенсивной печать кое-где провода были на пределе, т.к. радиус изгиба был не равномерен и плохо контролируем.

А вариант с кабель-каналом :
1. Провода легче, т.к. можно сделать меньше сечение и компенсировать некоторый нагрев большой площадью. И вес кабель-канал+плоский кабель меньше круглые отдельные провода+обмотка.

2. Плоский кабель легко гнётся в одной плоскости, сопротивление ниже.
. В таком кабель-канале на производстве/принтерах и т.п. плоский кабель работает десятилетиями без износа.
3. Вес приходится на оси неравномерно, на каретку приходится только 1/4 веса, ещё 1/2 на ось Y и 1/4 на корпус. А если напрямую - на каретку 1/2.

Разъёмы - чтобы менять легко и быстро. Раз - и вместо головы с одними соплами другая. учитывая возможности химеры по выравниванию сопел на стекле- это можно сделать даже в середине печати.

А сопротивление - ШД при 16 шпуле и моменте 4кг/см двигателя эти 20-30 грамм дополнительного сопротивления от канала и не заметят.
Вроде все серьёзные производители провода именно так и прокладывают?!

17.05.2019 в 18:08
0

самые продвинутые fpc шлейф берут. :)
достоинства - легкий, не нужен кабель канал
недостатки, нужно два fpc разьема, стоимость

18.05.2019 в 15:44
0

Anidal, всё сделано и показано очень здорово.

Вот только один вопрос:

быть может лучше всю электрику запихать в электрошкафчик с DIN-рейками?

Туда и ещё много чего можно запихать,
если сделать его вентилируемым,
и выбрать модель с прозрачной дверцей.

Пример(ы):

ski
19.05.2019 в 09:24
0

не, кастомные элементы требуемого размера и стандартный ряд шкафов - совсем различный получается окончательный объём. Будь у меня отдельная комната под принтер. Но он ютится в отделении шкафа, пусть и большом. Тут каждый сантиметр на вес золота.

18.05.2019 в 17:00
0

ПО DuetWifi активно развивается
А оно (ПО) и к фирменному китаю подходит?
Есть как фирменные платы, так и фирменный же китай, в 2 раза дешевле.

19.05.2019 в 09:25
0

Да, схемотехника и разводка OpenSource, сами платы для Англии делают в Китае, только текстолит другого цвета и может доптестирование.

18.05.2019 в 23:03
0

Зачем тебе братка вулкан хотенд ? У тебя всеравно все упрется в кинематику.

19.05.2019 в 09:27
0

Ха, на обычном нагревателе уже на сопле 0,6 при 120 мм/сек начиналась сильная недоэкструзия. И если короткие линии, где голова не успевала разогнаться еще печатались, то длинные рвались.
А на Вулкано и 180 не предел.
У кинематики больше ограничение на ускорения вылазят, чем на скорость.

19.05.2019 в 10:52
0

За 0.6 не скажу, а вот 0.4 мк8 вполне справляется с 120мм/с. Выше этой скорости можно только заполнение печатать, так как на стенках где есть допустим надпись появляется нехилое 'эхо'.

19.05.2019 в 11:50
0

Для стен обычно наружнюю линию печатаю на пониженной скорости. Плюс можно в той же куре управление ускорением задействовать раздельно для разных типов. Но пока хватает снижения скорости.
В коротком нагревателе пластик не успевает расплавится. Попробуйте вазу соплом 1.2 сколь-нибудь быстро напечатать - сразу становится виден непроплав без вулкано.
А сейчас еще и супервулкано появился. Там еще в разы максимальный поток выше.

Ждать по 10 часов печати детали это слишком дорого.

19.05.2019 в 12:36
0

Ну при печати такими соплами вопросов нет, вулкан тут вне конкуренции.

20.05.2019 в 15:56
0

И за пару месяцев посыпется у Вас, батенька, эта фольга из кабель канала трухой - постоянные изгибы и трение...  Она хоть и копеечная, заменить не проблема, но может попасть на печатаемую деталь...

06.06.2019 в 13:28
0

Фольга как раз индикатор на перегиб. Если начнёт сыпаться - то значит и проводам некомфортно. Но пока всё пучком. следов износа нет.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

КОНКУРС "Мое знакомство с Tiger3D"

Покрышки с отверстием.

Настольные боевые роботы - Спиннер

5. Калибровка

Папина машинка

Светильник Wb Nightlight