Проблема поддержания температуры стола (ложное охлаждение стола)

Описание установки:

- принтер Prusa i2 (самодел)

- плата управления MKS GEN L с прошивкой Marlin 1.1.9 (31 Jul 2018)

- блок питания 12В/300Вт

- стол MK2 (измеренная максимальная мощность 120Вт) подключен через внешний MOSFET IRF540 с оптронной развязкой

- хотэнд E3D V6 (номинальная мощность 40Вт)

- контроль температуры термисторами 100кОм (нонэйм)

Нагрев настроен с ПИД-регулированием.

Парк шаговых двигателей не имеет значения, т.к. проблема проявляется еще до включения ШД в работу.

Описание проблемы:

При подготовке к печати происходит нагрев стола до 112 градусов, после достижения установившегося значения температуры стола, начинается нагрев хотэнда.

При нагреве хотэнда __иногда__ происходит падение температуры стола на 5..6 градусов (считать точкой невозврата). К этому моменту температура хотэнда достигает заданного значения в 250 градусов, и тогда температура стола может либо восстановиться до 112 градусов, либо продолжить падать с последущим отключением принтера по защите.

Error:Thermal Runaway, system stopped! Heater_ID: bed

Error:Printer halted. kill() called!

Воспроизвести ситуацию можно циклическими прогревами стола и хотэнда, как при начале печати.

Проблема с температурой стола может проявиться как при нагреве хотэнда, так и при его остывании.

Действия по диагностике:

1. Допуская дефект в БП и нехватку мощности, подключил стол на отдельный блок питания 24В/400Вт через внешний MOSFET (т.е. плата управления с хотэндом остались подключенными к 12В/300Вт).

Ситуация не изменилась.

2. Допуская проблему с внешним MOSFET'ом стола попробовал измерить потребление тока, подключив стол напрямую без MOSFET'а. Потребляемая без MOSFET'а мощность в диапазоне температур 60..110 градусов точно совпадает с той, что потребляется через MOSFET. К тому же, сам MOSFET на хорошем радиаторе и совсем не греется.

3. Допуская проблемы с отдельным каналом АЦП, АЦП целиком и термистором стола, подключил второй термистор 100кОм к столу (без герметика, просто плотно прижав к столу). У меня примитивная теплоизоляция -- под столом лист гофрокартона, как раз между ним и столом расположил второй термистор поближе к центру.

Термистор подключил к мультиметру, чтобы следить за сопротивлением в момент, когда происходит остывание стола.

Что обнаружил??? В момент, когда вижу, что температура стола падает, а MOSFET натужно старается догреть стол, сопротивление дополнительного термистора снижается, что говорит о фактическом нагреве стола.

Т.е. динамика основного термистора стола и дополнительного противоположны!!! Верить стоит дополнительному термистору, т.к. MOSFET открыт (светодиод в базе) и стол греется от отдельного блока питания с 3-кратным запасом мощности.

Зона поиска сужается!

Под подозрением несколько компонентов: канал АЦП, АЦП микроконтроллера целиком (источник опорного напряжения, какие-нибудь перекосы напряжений в делителях каналов из-за прогрева термистора хотэнда) или термистор.

На плате управления развязаны 3 канала температуры, т.е. есть еще свободный канал под второй хотэнд.

Термистор подключил к свободному каналу температуры, чтобы мониторить за термистором уже через АЦП, а не мультиметром.

Когда проблема проявилась, динамика двух термисторов опять не совпала.

4. Попробуем переназначить каналы между собой: дополнительный термистор, который показывал температуру второго хотэнда, станет показывать температуру стола, а основной термистор стола приклееный к столу герметиком станет показывать температуру второго хотэнда.

Не меняя физические подключения, отредактировал pins_RAMPS.h

Меняю...

// Temperature Sensors

//

#define TEMP_0_PIN 13 // Analog Input

#define TEMP_1_PIN 15 // Analog Input

#define TEMP_BED_PIN 14 // Analog Input

... на это ...

// Temperature Sensors

//

#define TEMP_0_PIN 13 // Analog Input

#define TEMP_1_PIN 14 // Analog Input

#define TEMP_BED_PIN 15 // Analog Input

При нагреве хотэнда, температура по каналу с подключенным основным термистором стола стала снижаться.

Что удивило, когда температура основного термистора стола сравнялась с температурой дополнительного термистора стола, они стали обе снижаться до срабатывания защиты. Лажа по двум каналам?! При этом температура хотэнда регулировалась исправно.

Отключил физически основной термистор стола и повторил опыт только с дополнительным термистором, подключенным к каналу 15 платы управления (т.е. к каналу второго хотэнда).

Проблема воспроизвелась, т.е. температура стола упала до срабатывания защиты.

В чем проблема?

Проблема с блоком питания? Однозначно нет, блок питания независимый и имеется чрезмерный запас по мощности.

Проблема с MOSFET'ом? Однозначно нет, сравнение токов показало, что он открывается в 'полный рост'.

Питание стола обеспечено качественно.

Проблема в измерении температуры, что подтверждает мультиметр с подключенным термистором 100кОм.

Проблема с термисторами? Нет (крайне маловероятно), проблема воспроизводится на двух термисторах, закрепленных на столе и подключенных самым разным образом.

Проблема с обвязкой канала микроконтроллера? Нет (крайне маловероятно), проблема воспроизводится по двум каналам.

Возможно, проблема с прошивкой. Стоит попробовать прошить прошивкой других версий.

Возможно, проблема с АЦП (например, источником опорного напряжения). Перепаивать микроконтроллер или менять плату целиком.

5. Сделал самое простое, накатил прошивку 1.1.7 с дефолтными настройками.

В настройках поменял только следующее (Configuration.h):

- указал плату MKS GEN L;

- включил термистор стола;

- коэффициенты ПИД-регуляторов.

Включил нагрев стола - прогрелся до 112, температуру держит больше 10 минут в норме.

Включил нагрев хотэнда - прогрелся до 250, температуру держит больше 10 минут в норме.

Обратил внимание, что хотэнд не охлаждается, для этого нужно указать в прошивке, чтобы вентилятор хотэнда включался вместо вентилятора обдува детали.

Вентилятор необходим, чтобы филамент не размягчался до подхода к соплу. Поэтому при достижении температуры хотэнда 50 градусов, он у меня включается автоматически.

В Simplify3D включил вентилятор хотэнда принудительно - началось падение температуры стола.

Повторил еще раз, но уже только стол подогревал и включал вентилятор, проблема воспроизвелась.

Вентилятор управляется ШИМом, возможно, в этом проблема.

Повторил так, отключил провода вентилятора, в Simplify3D включил вентилятор на 100%.

Работает нормально, температура стола в порядке.

Подключил провода с заданием на обороты 100%, но заблокировал вентилятор механически. Температура стола в порядке. Как только отпустил вентилятор - началось падение температуры стола.Подключил питание вентилятора напрямую к блоку питания 12В - температура стола стала снижаться до срабатывания защиты. Т.е. пагубное влияние ШИМ вентилятора исключено.Виноват сам вентилятор хотэнда! Вероятно, 'шумит' и наводит помеху.

Пробовал вращать корпус вентилятора вокруг оси хотэнда - безрезультатно.А ведь я даже подумывал купить стол с подогревом от 220В и с твердотельным реле.

К тому же для экспериментов пришлось снимать блок питания 24В с ЧПУ фрезера.

К каким еще затратам мог привести подлый вентилятор?

Учитывая то, что неисправность проявлялась не всегда, то самыми большими потерями были нервы.

Теперь, учитывая, что я печатаю только ABS'ом (относительно тугоплавким пластиком), то вентилятором я могу пожертвовать. Время найти вентилятор получше теперь точно есть.