Schrittmotor mit USB?

NC-Pilot - Die Echtzeit-Schrittmotorsteuerung am USB-Port

Bei Schrittmotor-Endstufen hat die Ansteuerung über so genannte Takt-/Richtungssignale nach wie vor die größte Verbreitung. Dies liegt sicherlich auch daran, dass diese Art der Ansteuerung nahezu völlig Hersteller unabhängig ist. Sollen eine oder mehrere Schrittmotoren von einem PC gesteuert werden, taucht jedoch das Problem auf, dass hierfür z.T. sehr hohe Taktraten (bis in den 2-stelligen kHz-Bereich) erzeugt werden müssen. Für Anwendungen aus dem low-cost CNC-Bereich gibt es mit WinPCNC inzwischen eine Software, die durch entsprechende Echtzeittreiber auch unter Windows die benötigten Taktraten über den PC-Parallelport ausgeben kann.

Sobald jedoch eine Integration der Motorsteuerung in eine kundenspezifische Software gewünscht ist, kann die direkte Ausgabe der Taktsignale nicht die Lösung der Wahl sein. Jeder Entwickler müsste die entsprechenden Echtzeitroutinen neu entwickeln und dafür tief in das Betriebssystem eingreifen, mit dem entsprechenden Aufwand bei Entwicklung und Pflege der Software (z.B. wegen eines Updates des Betriebssystems). Die Verwendung mehrerer Einzelachs-Endstufen mit integrierter Positioniersteuerung erlaubt dagegen keine präsize Bahnsteuerung, d.h. der zeitliche Bezug zwischen den Bewegungen der einzelnen Achsen ist nicht sichergestellt.

Eine Lösung besteht darin, den zeitkritischen Teil in externe Hardware auszulagern. Das Konzept ist bereits aus (teuren) industriellen Steuerungen bekannt, wobei als Schnittstelle in der Regel eine serielle Verbindung (RS-232 oder RS-485) zum Einsatz kommt. Der NC-Pilot ist daher stattdessen mit einer schnelleren und zukunftsicheren USB-Schnittstelle ausgerüstet, die zudem eine galvanische Trennung zur Leistungselektronik beinhaltet.

Auf PC-Seite ist lediglich ein Treiber nötig, um den Controller über eine "virtuelle" serielle Schnittstelle ansprechen zu können. Firmware-Upgrades können ebenfalls über den USB-Port in den Controller geladen werden. Für ein Software-Upgrade ist somit keine spezielle Hardware erforderlich. Um die Integration in eigene Anwendungen weiter zu erleichtern, steht inzwischen eine DLL zur Verfügung, welche die Kommunikation zwischen Controller und PC so weit wie möglich kapselt.

Für Windows steht außerdem mit dem NC-Pilot Seat ein Tool bereit, welches den Up-/Download von Konfigurationsdaten vom/zum Controller ermöglicht. Darüber hinaus wird das Tool zum Aktualisieren der Firmware verwendet. Die Software wird laufend erweitert. Im nächsten Schritt ist eine Bedienoberfläche vorgesehen, mit der einfache Verfahrbewegungen ausgeführt werden können, um dem Anwender die Handhabung des Controllers zu demonstrieren. Der neue NC-Pilot Seat setzt für die Kommunikation mit dem Controller auf die mitgelieferte DLL auf.

Das Kommunikationsprotokoll zum Controller ist -wie bei mechapro üblich- offen gelegt. Dadurch ist die Verwendung mit anderen Betriebssystemen (Linux, Mac) möglich. Die Entwicklung von Free- und Shareware (aber auch kommerzieller Software) zur Ansteuerung des Controllers ist explizit erwünscht. Als erstes Programm ist NC FRS Win mit NC-Pilot Unterstützung erhältlich. Durch die offene Schnittstelle profitieren auch Anwendungen, die mit den üblichen Fräsprogrammen nur eingeschränkt umsetzbar sind, z.B. Laborautomatisierung, Robotik, Dosier- und Testautomaten, oder Anwendungen, bei denen mehr als 4 Achsen angesteuert werden müssen. Es können bis zu 4 Motoren im 2,5D-Betrieb von einem Controller angesteuert werden. Mehrere Controller können gleichzeitig an einem PC betrieben werden, so dass die Anzahl der Achsen quasi unbeschränkt ist.

Musterwerkstück "Drache" von Thorsten Adam, hergestellt mit NC-FRS und NC-Pilot USB.

Bereits bei vergleichsweise geringen Stückzahlen können wir Ihnen zum NC-Pilot kundenspezifische Lösungen anbieten. Denkbar sind z.B. erweiterte I/O, angepasste Steckverbinder, Integration von Endstufen, Entwicklung von PC-Software mit Zusatzfunktionen. Bitte sprechen Sie uns bei Bedarf an!

Ausstattungsmerkmale:

  • Galvanisch getrennter USB-Port
  • Bis zu 4 Achsen ansteuerbar (linear und rotatorisch)
  • Schritt-Takte bis 50 kHz auch unter Windows!
  • Kompatibel zur Slider SFX, 3D-Step und Interface-Karte (für HP-Step und Tiny-Step
  • Auch mit Endstufen anderer Hersteller verwendbar (bei Ansteuerung über Takt/Richtung)
  • Grafisches, beleuchtetes Display
  • Folientastatur (8 Tasten, davon 4 kontextsensitiv)
  • Joystickanschluß (optional)
  • Einfache Verfahrbewegungen auch ohne PC möglich (z.B. manuelles Fahren, Referenzfahrt usw.)
  • Verwaltung aller Einstellungen und Parameter wahlweise am PC oder über Tastatur und Display
  • 2,5D-Interpolation
  • Ausgänge für zwei Schaltfunktionen (z.B. Relais), zusätzlich Stromabsenkung (Sleep) und Stromanhebung (Boost)
  • 4 End- und ein Notausschalter anschließbar
  • Weitere I/Os nachrüstbar (optional)
  • Einfaches Firmware-Upgrade über USB
  • Stromaufnahme (5V-Teil) typ. 500mA (incl. LCD)
  • 19" Frontplatte (3HE, 10TE) für Rackeinbau als Zubehör erhältlich


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