Motorinterface
FB Mechatronik: O.Scharnefski


Projekt der HGS, Klasse E1Me (2003/04)

Motoransteuerung über PC


Dies ist die Seite, mit der Du lernst, Deinen PC zum Datenausgabegerät zu erweitern!

Inhalte der Seite:

(1) Auftrag

(2) Blockschaltbild

(3) Schaltplan

(4) Verdrahtung

(5) Stückliste

(6) Projektplan

(7) Lernziele

(8) Testumgebung

(9) Datenblätter

(10) Erweiterungen

(11) Programm



Interface


(1) Auftrag:

    Entwicklung eines PC-gesteuerten Interfaces zur Bereitstellung einer Analogspannung (0...10)V und zwei frei programmierbaren digitalen Ausgängen.

    Das Interface wird an die parallele Schnittstelle LPT des PCs angeschlossen.

    Das Herzstück der Schaltung bildet ein 4-bit DA (Digital-Analog) - Wandler. Die resultierende Analogspannung entspricht einer Bandgeschwindigkeit (0...100)%. Die digitalen Ausgänge steuern die Betriebsarten der Motorsteuerung (links, rechts, freischalten und bremsen).

    Die Schaltung bildet eine Sollwertvorgabe für die vorhandene Motorsteuerung, die nahezu leistungslos (hohe Eingangswiderstände) angesteuert wird.
    Dies geschieht über die Anschlüsse der analogen Steuerspannung UA sowie über die beiden Betriebsarten-Anschlüsse A und B.

    Die freie Programmierung der analogen Steuerspannung über den PC ermöglicht es, das Kurzförderband mit verschiedenen Charakteristiken an- und auslaufen zu lassen:



Linearer Geschwindigkeitsverlauf:

  1. einfache technische Realisierung
  2. hohe Beanspruchung der Mechanik

Ruckfreier Geschwindigkeitsverlauf:

  1. sanftes Anlaufen und sanftes Einlaufen auf den Sollwert
  2. minimale Belastung der Mechanik
Exponentieller Geschwindigkeitsverlauf:

  1. Ausnutzung des verfügbaren Momentenbedarf beim Anlauf
  2. sanftes Einlaufen auf den Sollwert


(2) Blockschaltbild:



Blockschaltbild Interface

(3) Schaltplan:



Schalt-/Verdrahtungsplan Interface


    Download: Rechte Maustaste...Speichern unter...

    "Schaltplan LPT-Interface " als cdr-file
    ("Schaltplan_mot_steuerung_02.cdr")

    "Schaltplan LPT-Interface " als unkomprimierte bmp-Datei
    ("Schaltplan_mot_steuerung_02.bmp")


    Hilfestellung für die Fertigung unter Verwendung von Lochraster- bzw. Lötstreifenplatinen:

    • Fotos der Bestückungs- und Lötseite zur Erkennung der Lage der Bauteile, Lötverbindungen und Brücken.

Bestückungsseite
Lötseite

Um die Bildvergrößerung zu speichern bitte zunächst auf das gewünschte Bild klicken!


(4) Verdrahtung:

    Der PC wird über den 25-poligen Sub-D Stecker mit dem Interface verbunden.
    -> Leitungslänge 1,5m, 9-adriges Kabel (8 Daten, 1 GND).

    Die Schraubklemmen für Betriebsspannung 24V inkl. GND, analoge Ausgangsspannung UA und die zwei Betriebsartenanschlüsse werden an die Klemmleiste der Förderstation angeschlossen.
    -> Leitungslänge 1,5m mit Aderendhülsen beidseitig, 5 Einzeladern.



    Die Farbwahl der Einzelleitungen bzw. die Reihenfolge der Adern der gemantelten Leitung sollte nach DIN 47100 erfolgen:



  • Tipp: Die Ränder des pdf-Files sind zum Einkleben etwa in Größe des Europa-Tabellenbuchs dimensioniert.

(5) Stückliste:



(6) Projektplan:



(7) Lernziele:


    a) Materialbereitstellung, Widerstandsfarbcode, Widerstandstoleranzen

    b) Fachgerechte Handhabung von CMOS-ICs

    c) IC-Technik: Pin-Zählweise, Eigenschaften CMOS

    d) IC-Anschlussbelegung nach Datenblättern recherchieren, siehe unten (9)

    e) Transistor - Anschlussbelegung

    f) Fachgerechte Lötarbeiten und Bestückung nach Plan

    g) R/2R-Netzwerk als DA-Wandler

    h) IC-Funktionen

    i) OP-Grundschaltung

    j) Digitaltechnik: Logische Verknüpfung, binäre Codierung

    k) u.a.


(8) Testumgebung:

    Bevor die Schaltung an den PC angeschlossen wird, muss unbedigt ein "Schreibtischtest" durchgeführt werden!

    Bei Überlastung der parallelen Schnittstelle wird diese zerstört!

    Dazu kann an die einzelnen angeschlossenen Pins des 25-poligen Sub-D-Steckers eine DC-Spannung von 5V (TTL-Pegel) gegen Masse angelegt und dabei die analoge Ausgangsspannung bzw. die zwei Betriebsartenanschlüsse überprüft werden. Eine Auflistung der Werte in einem tabellarischen Prüfprotokoll ist ratsam.


    Folgende Testschaltung, die an den 25-poligen Sub-D-Stecker angeschlossen wird, ist hilfreich beim statischen Test zur bitweisen Erhöhung bzw. Erniedrigung der Ausgangsspannung:



    Funktioniert die Platine einwandfrei, so ist es hilfreich, einen Aufkleber mit dem Vermerk "QC, ok, (Datum, Name)" auf der Platine anzubringen.



    Nachfolgende Oszillogramme zeigen, wie sich die Ausgangsspannung bei zeitlich programmierter Änderung des angelegten Bitmusters an der parallelen Schnittstelle ändert, z.B. um Rampen zu erreichen:

Sägezahnförmig
Dreieckförmig
Halbsinusförmig


    Die Ausgangsspannungen sind durch die Bitfolgen stufenförmig mit maximal 16 Werten. Durch die integrative Wirkung des Motors ergibt sich eine Glättung des Laufverhaltens des Motors.



(9) Datenblätter:
    pdf-files zum Download

  1. Transistor BC550
  2. Festspannungsregler 78S10
  3. Treiber-/Inverterbaustein ULN2803
  4. Inverter CMOS4069
  5. Analog Switch CMOS4066
  6. Operationsverstärker LM358

(10) Erweiterungen:

Es ist denk- und machbar, die vom PC kommenden Eingangssignale durch Optokoppler galvanisch vom Interface zu trennen.

Die Auflösung des DA-Wandlers (DAC) kann erhöht werden. PC-Signale stehen zur Verfügung, die nachfolgende Logikschaltung und das R/2R Netzwerk müssen entsprechend angepasst werden.

Am Ausgang des Operationsverstärkers kann lastabhängig ein Kondensator eingebaut werden, um das digitale, treppenförmige Signal zu glätten.


(11) Programm

Die folgenden Programmbeispiele sind als Anhaltspunkt für eigene Entwicklungen gedacht. Hauptbestandteil ist der Befehl Out32. Er gehört leider nicht zum Standardumfang von VBA, sondern muss aus einer DLL (Dynamic Link Library) eingebunden werden. Somit ist eine DLL eine Bibliothek, die verschiedene weitere Befehle, Prozeduren oder Funktionen enthält.

In unserem Fall heißt die DLL inpout32.dll (Zum Download für Ausbildungszwecke).

Befehlsaufbau: Out32 Adresse, Wert

Befehlsbeispiel: Out32 888,12

Out32
888
12
Steuerbus
Adressbus
Datenbus
Schnittstelle als Ausgang
konfigurieren
Parallele Schnittstelle 1 (LPT1)
LPT2: 632
LPT3: 956
Wert 12 ausgeben:
(LSB) 0011 (MSB)


Schnittstelle mit ihren Pins und den zu messenden Spannungspegeln des Beispiels:



Über D0 bis D3 werden im R/2R-Netzwerk entsprechend Schalter gesetzt (siehe Signalverlauf im Schaltplan) und Widerstandsverhältnisse geändert, die über den OP verstärkt eine Spannung am Ausgang U A (Solldrehzahl) ausgeben.

D4 und D5 sind nicht belegt (nc = not connected)

D6 und D7 geben die Betriebsart der Motorsteuerung an:

D6
Wertigkeit: 64
Steuerungs-Pegel: A
D7
Wertigkeit: 128
Steuerungs-Pegel: B
Betriebsart (Förderbandverhalten)
0 (0V)
0 (0V)
freigeschaltet / stromlos
0 (0V)
1 (5V)
links (auf die Welle gesehen)
1 (5V)
0 (0V)
rechts (auf die Welle gesehen)
1 (5V)
1 (5V)
bremsen

Befehlsbeispiel: Out32 888,79

Wirkung: Volle Drehzahl 'D0+D1+D2+D3' (1+2+4+8) und Rechtslauf 'D6' (+64) gesetzt (=79).

Programmbeispiele zum Download (rechte Maustaste...Ziel speichern unter...) und Erarbeiten der Funktionen:

Freie Wertausgabe
Schrittweise Wertausgabe
Dreieckspannung
Sägezahnspannung
Viertelsinus
Halbsinus
Sägezahnspannung
erweitert
Viertelsinus
erweitert
Halbsinus
erweitert


Bitte beachtet, dass ihr im Programm den Pfad zur DLL angeben und
unter Windows 2000 Administrator-Rechte besitzen müsst, um die Schnittstellen öffnen zu können!




Im Folgenden steht ein voll funktionsfähiges Excel-VBA-Programm zum sofortigen Einsatz zum Download bereit (rechte Maustaste): Programm_Menuegesteuert.

Die Neuerungen dabei sind,
  1. der Programmstart beim Öffnen des Files,
  2. der bedienungsabhängige Gebrauch von Steuerbuttons,
  3. das Hinterlegen von Befehlen und Prozeduren hinter Steuerbuttons,
  4. das Abfragen des am Port anliegenden Ausgabewertes.
    5.
Die Bildschirmmaske gestaltet sich wie folgt:



Der Bediener klickt sich vom Ausgangsbutton "Betriebsart wählen" über die Rampenwahl und Bandgeschwindigkeit zum Start-Button, sowie über die STOP-Buttons über "Neustart" zum Ausgangsbutton "Betriebsart wählen".

Die Buttons sind nach Öffnen des Files in Excel sofort einsatzbereit. Dies geschieht durch Einfügen von Prozeduren in "DieseArbeitsmappe". Bisher haben wir Prozeduren nur in "Tabelle1" geschrieben. Beide sind im Projekt-Explorer zu finden (s. unten).

Die Prozedur Workbook_Open() lässt nacheinander beim Öffnen die Befehle ablaufen.



Die Steuerbuttons werden je nach Bedarf EIN (=True) oder AUS (=False) geschaltet:




Weitere Programmfunktionen sind im Quelltext kommentiert. Die "üblichen" Prozeduren, die die Steuerung des Motorinterfaces übernehmen sind wie gewohnt unter "Tabelle 1" im Projekt-Explorer zu finden.



Fragen? Email an mich: o.scharnefski@t-online.de



Weiterhin viel Spaß mit der hardwarenahen VBA-Programmierung!
O.Scharnefski


Die außerschulische Verwendung oder Verwendung außerhalb der Lernortkooperation von oben aufgeführten Materialien ist nur mit Zustimmung des Verfassers gestattet!


Zurück zur Projektübersicht