Ein erster Überblick

Das Konzept für die Zukunft muß auf modernen Bausteinen beruhen und deren technische Möglichkeiten ausnutzen. Das hier vorgestellte Multi-Controller-Konzept ist klar:

• Schneller- und moderner 32bit Master
  Viele Ports und Schnittstellen, flexibel auf einer separaten Platine. Funktionen für Sicherheit und Verwaltung. Flash-Routinen für Master und Slave´s zum Aktualisieren der Firmware bei Erweiterungen.
  
  
• BusSystem für die interne Kommunikation
  Ausreichend Steckplätze für zukünftige Erweiterungen. Bis zu 8 Slaves können integriert werden, die Software für einen Mehrachs-Betrieb ist- und wird entsprechend ausgebaut.
  
  
• Eigenständige Slave´s mit Leistungs-Endstufe
  Zeitgemäße 8bit-Controller als AchsController mit Intelligenz vor Ort. Endstufe für die Motorsteuerung bis 2,5 A. Für größere Ströme wird eine externe Enstufe angesteuert.
  
  
• Flexible Energieversorgung
  Netzteil, Trafo und Verteilung für kleine und große Leistungen.
  
  
• Großer technischer Fortschritt
  
  • Microstepping für ruhigen Lauf und "gefühlvolle" Bewegungen
    
  • Hohe Vorschubgeschwindigkeiten durch moderne Bausteine und hilfreiche Software-Module
    
  • Kurze Bearbeitungszeiten durch "flüssige" Bewegungen
    
  • Erweiterter Anwendungsbereich durch große Anzahl von möglichen Achsen
    

Ein Orchester soll als Vorbild dienen es gibt hinsichtlich Zusammenarbeit viele Parallelen, außerdem hat der Vergleich bei der Entwicklung enorm geholfen. Dem Einsteiger und Servicetechniker mag diese Betrachtung beim Verstehen der Steuerung ebenfalls nützlich sein.

Für den Kunden bietet die MCS neue Möglichkeiten, die er weitgehend flexibel wählen- und nutzen kann:

• Flexible Anzahl von Achsen
  Von 1 bis 7 AchsController können ausgewählt- und zugeordnet werden. Zum Beispiel für die Steuerung einer CNC-Drehbank werden die AchsController X und Z gebraucht, vielleicht noch der AchsController U für den Werkzeugwechsel.
  Einer der AchsController kann als SpindelController bestellt werden. Dreht sich die schrittmotorgetriebene Spindel dann um die Z-Achse, wird Sie C-Achse genannt - Ungeahnte Einsatzmöglichkeiten werden damit eröffnet (mehr unter Bearbeitungseinheit/C-Achse).
  
• Integration von elektronischen Handrädern
  
• Jede Haupt-Achse kann ein optionales Handrad haben. Die Bedienung ist für Mechaniker traumhaft - so wie schon immer, in alter Gewohnheit.
  
• Achssteuerung über JoyStick
  Eine sehr bequeme Alternative als Option, z.B. für die schnelle TeachIn-Programmierung.
  
• Wegmeß-System für die Hauptachsen
  Verschiedene Verfahren können optional integriert werden. Die AchsController erhalten dazu die entsprechennde Intelligenz. Die Auswahl erfordert eine Beratung, klare Vorstellungen zur Genauigkeit und Auflösung sind Voraussetzung.
  
• Wahl der Kommunikations-Schnittstelle
  RS232 (COM bzw. Seriell) oder USB stehen zur Verfügung. Kundenspezifisch ist auch eine CAN-Anbindung realisierbar.
  
• Wahl der Schnittstellen und Anschlüsse für spätere Erweiterungen
  Sie können gleich integriert werden, um spätere Kosten durch zusätzliches Hin- und Herschicken zu vermeiden. Wenn Sie z.B. beabsichtigen die Steuerung später mit Handrädern zu erweitern, sobald Sie das Geld dazu haben, dann sollten zumindest Verkabelungen und Buchsen gleich mitbestellt werden.
  
• Aktualisierung der Firmware
  Alle verwendeten Controller sind flashbar - auch vor Ort - mit Hilfe einer mitgelieferten PC-Software.
  

Für einen erstaunlich weiten Preisbereich kann die KOSY-MultiControllerSteuerung geliefert werden. Die verschiedenen Komponenten werden auf separaten Seiten dargestellt. Gehen Sie mit dem nebenstehenden Suchbaum ins Detail.

Stellen Sie sich Ihre Steuerung individuell zusammen.

• Hardware-Dimension
  
  • ca. LxBxH = 230 x 200 x 40 mm (ohne Trafo)
    
    
• Anschlüsse Master
  
  • Port´s zum PC
    
    • COM (RS232, serielle Schnittstelle, 9pol Dsub)
      
    • USB 2.0 (FullSpeed, Buchse Typ B)*
      
  • Eingänge Sicherheit
    
    • NotHalt-Schalter
      
    • Sensor für Schutzzelle
      
    • Sensor für Betriebszustand*
      
  • Ausgänge
    
    • 3 Status-Indikatoren (LED´s - Achtung, Frei, Fehler)
      
    • 1 analoger Ausgang mit 2 versch. Maximalwerten*
      
  • Eingänge
    
    • Tiefenregler/Abtaster*
      
    • Werkzeuglängenmesser*
      
    • Tastenmatrix 4x4 für 16 Tasten*
      
    • 3 analoge Eingänge für JoyStick*
      
    • 2 analoge Eingänge für Override, Sensoren u.Ä.*
      
• Anschlüsse AchsController
  
  • Ausgänge
    
    • Schrittmotor 2-Strang max 2,5A/35 V
      
    • Takt, Richtung und Strom, für externe Endstufe
      
  • Eingänge
    
    • 2 für Endschalter ohne Optokoppler
      
      • mit Optokoppler**
        
    • 5 für freie Verwendung ohne Optok. (Handrad u.Ä.)*
      
      • mit Optokoppler (Handrad u.Ä.)**
        
    • 2 analoge Eingänge (Override der Drehzahl u.Ä.)*
      
      
• Überblick Schrittmotor-Steuerung
  
  • Microschritt-Betrieb
    
  • Lineare Interpolation
    
  • Rampensteuerung
    
  • Echtzeit-Override für Vorschub
    
  • LookAhead o. Spooler für weiche Bahnsteuerung
    
  • Stromreduzierung im Stillstand
    
  • 4 Stromstärken schaltbar
    
  • Sensitive Kraft- und Vorschub-Steuerung
    
    
• AusgabeController
  
  • 8 digitale Ein-/Ausgänge je nach Anwendungsfall**
    
  • 7 Relais mit Umschaltkontakten 24V/1A*
    
  • 1 Netzrelais 230V/4A, 2-polig Aus
    
    
• BUS-Platine
  
  • Ausgänge
    
    • Relais-Anschlüsse (25pol Dsub), kompatibel zu KOSY2*
      
    • 7 Relais mit Umschaltkontakt 24V/1A*
      
    • 24V/0,5A bzw. 10V/0,5A Steuerspannung*
      
    • Steckanschluß für U-Achse , kompatibel zu KOSY2*
      
  • BUS-Anschlüsse
    
    • 3 Stiftleisten 16pol, internes BUS-Protokoll
      
    • 4 zusätzliche BUS-Anschlüsse*
      
      
  • Netzteil-Platine
    
    • Spannungs-Eingang
      
      • Netzeingang: 230V/50Hz/ca. 200VA
        
    • Spannungs-Ausgänge
      
      • 35V/ca. 8A für kleine Schrittmotoren
        
      • 24V/max. 0,5A
        
      • 5V/max. 0,3A
        
      • 3,3V/max. 0,2A
        
      • 230V/800W über Relais 6 programmierbar geschaltet
        
    • Sensor-Ausgang
      
      • Ausfall der Betriebsspannung**
        

* Nur bei Bestellung des Aufrüst-Set MCSA1

** Nur nach Beratung und besonderer Bestellung

• PC-Voraussetzungen
  
• Die MultiControllerSteuerung MCS braucht die Software nccad, die auf einem handelsüblichen PC installiert sein muß. Die Mindestvoraussetzung an diesen PC sind:
  
  
• PC nur zum Steuern/Bedienen der Maschine
  
  • Ab Pentium1 mit Betriebssystem Win98
    
  • (Fehlermeldung beim Schließen unbedeutend)
    
  • oder Win2000 und höher
    
  • Serielle Schnittstelle (COM) oder USB 2
    
  • Grafikauflösung mind. 1024 x 768
    
  • CD-Laufwerk
    
    
• PC zum Programmieren, Simulieren und Steuern der Maschine
  
  • Ab Pentium2 mit Betriebssystem Win2000 und höher
    
  • Serielle Schnittstelle (COM) oder USB 2
    
  • Grafikauflösung mind. 1024 x 768
    
  • CD-Laufwerk
    
  • schnelle OpenGL-Grafik
    
    
    
    

zur Multi-Controller-Steuerung MCS

Immer wenn Sie eine Maschine steuern wollen, unsere MCS ist eine Lösung. Die Flexibilität ist dabei recht groß, so wie es auch die Bedingungen und die Kundenwünsche sind. Im Folgenden eine Auswahl von Beispielen:

Ein Maschinenhersteller integriert MCS

Dieser sog. OEM-Partner erhält Komponenten, wie Elektronik und Software in kundenspezifischen Ausführungen und baut diese in sein System ein.

Voraussetzung für eine solche OEM-Partnerschaft ist eine klare Regelung zur Systembetreuung und die Abnahme einer Mindest-Stückzahl.

Mechanik braucht Steuerung

Eine schöne und sehr präzise Maschine ist vorhanden, aber Software und Elektronik fehlen.

Die MultiControllerSteuerung MCS bietet eine excellente technische Lösung, hier nur einige Punkte:

• Microstepping sorgt für ruhigen Lauf
  
• Handräder zur Freude des Mechanikers
  
• Der schnelle Weg von der Zeichnung zum Werkstück mit Hilfe von nccad, der CAD/CAM-Software mit direkter Maschinensteuerung.
  

Die Basis dieser Steuerung bildet immer eine Kombination von Platinen und elektronischen Komponenten:

• Netzteil und Trafo

o Alle erforderlichen Versorgungsspannungen

o Netz-Relais mit Buchse für 230V-Bearbeitungseinheit

o Entstörungs-Komponenten

• BUS-Platine Basis-Bestückung

• o Für den Anschluss von 3 AchsControllern
  
• o Ohne Relais, keine analoge Ausgangsspannung
  

• Master-Platine Basis-Bestückung

• o 32bitHaupt- u. 8bit AusgabeController mit Firmware
  
• o Serielle Schnittstelle zum PC
  
• o Status LEDs und Sicherheits-Schalter
  
• o Keine Digitalen Ein-/Ausgänge für Steuerfunktionen
  

• Grundplatte mit Verkabelung

• o Damit alles richtig zusammen bleibt
  

Um daraus eine funktionsfähige Steuerung für 1 bis 3 Achsen zu machen, müssen Sie mindestens hinzufügen:

• • Einen AchsController mit- oder ohne Endstufe (siehe Bild rechts)
  
• • Eine der möglichen Software-Versionen von nccad
  

Um alle denkbaren Erweiterungen und mehr als 3 Achsen nutzen zu können, muß das Aufrüst-Set mitbestellt werden. Nutzen Sie den KOSY-Konfigurator, um eine individuelle Steuerung zusammenzustellen.

Ein 32bit-Microcontroller, der es in sich hat. Der Winzling ist ungeheuer leistungsfähig, aber für den Entwickler extrem komplex. Monate vergehen, bis man ihn "im Griff" hat.

Als HauptController übernimmt er die zentralen Moderationsaufgaben im System und hält die Verbindung zum PC.

Über die LEDs meldet der Master seine Betriebsbereitschaft und gibt Hinweise über die momentane Funktion.

Der Schalter "sperrt" die Komunikations zum PC und stoppt alle Motor-Aktionen, unterbricht aber nicht die Energieversorgung zur Steuerung.

Anmerkungen zur Sicherheit des Gesamtsystems:

Der Anwender dieser Steuerung ist für die Sicherheit des Gesamtsystems selbst verantwortlich. Wir bieten einige Voraussetzungen, die genutzt werden müssen und wir geben Empfehlungen:

• • NotHalt-Schalter zum "Sperren" der Steuerung wird mitgeliefert
  
• • Interruptfähiger Eingang am Master zum Reduzieren der Motordaten
  
• • EMV-Schutzmaßnahmen
  
• • Im Gesamtsystem muß ein NotAUS-Pilz (RotGelb) integriert werden
  

Das Netzteil kann die Energie für max. 5 kleine Schrittmotoren mit einem Strangstrom kleiner 2A liefern. Falls Sie AchsController mit Endstufe wählen, werden die Versorgungsleitungen sternförmig vom Netzteil zu den Endstufen geführt.

Entsprechend Ihrer Bestellung montieren wir die AchsController auf der Grundplatte und verdrahten sie, wie im Bild gezeigt.

Auf der Netzteil-Platine befinden sich die Relais für einen 230V/800W-Anschluss, der von der Software 2polig ein-/ausgeschaltet werden kann.

Kabel und Buchse werden mitgeliefert und angeschlossen.

zur Multi-Controller-Steuerung MCS

Viele Kunden können den Einbau nicht selbst durchführen, sie wollen die Steuerung in einer "BlackBox" fertig beziehen. Wir liefern in diesem Fall ein praktisches und formschönes Gehäuse auf der Basis von Aluminiumprofilen mit folgenden Besonderheiten:

• Gehäuseteile aus schwarz/grau
  eloxierten Alu-Profilen
  
  • BxTxH = ca. 500x210x100 mm
    
  • Elektronik komplett eingebaut
    und verdrahtet
    
• Frontplatte mit Bedienelementen
  
  • Buchsen und Schalter entsprechend
    dem Bestellumfang
    
• Rückwand mit Bedienelementen
  
  • Buchsen und Schalter entsprechend
    dem Bestellumfang
    
    
    

Das Gehäuse mit der Steuerung wird in der
Nähe der zu steuernden Maschine
zweckgemäß untergebracht

Aufrüst-Set für spätere Erweiterungen
zur Multi-Controller-Steuerung MCS

Die Basis-Version MCS10 hat ihren Grund: Alle Platinen werden so bestückt, daß Standard-Anwendungen, wie z.B. das Steuern von Motoren in einer Positioniermechanik, möglich sind. Weitere Funktionen werden auch in Zukunft nicht verlangt. Wozu sollen dann elektronische Bauteile vorhanden sein, die nie gebraucht werden.

Wenn Sie aber den vollen Leistungsumfang der MCS früher- oder später nutzen wollen, dann müssen z.B. alle Relais für die Steuerung von Zusatzfunktionen bestückt sein oder der Anschluß für Handräder über Kabel und Buchse herausgeführt werden oder eine Tastatur-Matrix vorgesehen werden u.Ä.m.
Alle diese Bestückungen und Schnittstellen-Anschlüsse sind als Aufrüst-Set (MCSA1) zur Basis-Version (MCS10) erhältlich. Hier die wichtigsten Elemente des Aufrüst-Set´s:

* Alle Relais mit zugehöriger Anschluss-Buchse
* Analoger Ausgang für 0...24V und 0...10V
* Alle digitalen Eingänge nach Außen geführt
* Alle BUS-Steckplätze für max. 7 AchsController
* Alle Anschlüsse für Optionen, wie Handräder, Digitale Eingänge, Wegmeß-System, Werkzeuglängenmesser, Tiefenregler bzw.
* Abtaster.....
* AchsController mit allen Anschlüssen

Der AchsController ohne Endstufe
zur Multi-Controller-Steuerung MCS

Er hat sich in intelligenter Weise um eine beliebige Achse zu kümmern. Es wird Ihm "gesagt" für welche er zuständig ist und wie er sich zu verhalten hat. Bei der Bestellung muß diese "Zuständigkeit" angegeben werden.

Zur Bestückung gehören:

- Ein 8bit Microcontroller mit Firmware
- Befehlsempfang vom Master über die BUS-Platine
--Flashbar über Master und PC
- Motorsteuerung und Überwachung
- Ein-/Ausgänge für die Motorsteuerung
- OpenCollektor-Ausgänge für Takt, Richtung, Strom
- TTL-Eingänge für 2 Endschalter
- andere optional

Externe Endstufe

Es gibt eine Vielzahl am Markt. Folgendes ist zu beachten:

- Direkte TTL-Verbindung oder Optokoppler vorhanden/erforderlich
--Hier gibt es Sicherheitsvorschriften und schaltungstechnische Besonderheiten. Elektronik- Kenntnisse
--sind also unbedingt erforderlich.
- Erforderliche Daten für das Zusammenspiel mit dem AchsController
--Taktfrequenz bis 80 kHz, Microstepping-Fähigkeit, separate Energieversorgung

Endschalter-Anschluss

An den AchsControllern sind die Steckanschlüsse. Entsprechend Ihrer Bestellung produzieren wir ein Verbindungskabel mit Dsub-Buchse und stecken dieses Kabel am AchsController an. Damit sind Fehler ausgeschlossen. Es gibt nur eine Anschlussgruppe, da der Schrittmotor-Anschluss fehlt:

-Verbindung zu den Endschaltern
---In der Regel 2polig abgeschirmt für jeden Endschalter. Bei der MCS sind an beiden
---Bewegungsenden Endschalter möglich. Mindestens muß der Enschalter für die ----------------Referenzposition erforderlich sein. Optional können Optokoppler an den Eingängen ------------bestückt werden.
---Die Endschalter gehören nicht zum Lieferumfang.

zur Multi-Controller-Steuerung MCS

Er hat sich in intelligenter Weise um eine beliebige Achse zu kümmern. Es wird Ihm "gesagt" für welche er zuständig ist und wie er sich zu verhalten hat. Bei der Bestellung muß diese "Zuständigkeit" angegeben werden.

Zur Bestückung gehören:

• 8bit Microcontroller mit Firmware
  
  • Befehlsempfang vom Master über die
    
  • BUS-Platine
    
  • Flashbar über Master und PC
    
  • Motorsteuerung und Überwachung
    
• Ein-/Ausgänge für die Motorsteuerung
  
  • TTL-Eingänge für 2 Endschalter
    
  • andere optional
    
• Intelligente Schrittmotor-Endstufe
  
  • für 2-Strang-Motoren bis 2,5A
    
  • Microstepping
    
  • Stromreduktion im Stillstand

Anschluss von Schrittmotor und Endschalter

An den AchsControllern sind die Steckanschlüsse. Entsprechend Ihrer Bestellung produzieren wir ein Verbindungskabel mit Dsub-Buchse und stecken dieses Kabel am AchsController an. Damit sind Fehler ausgeschlossen.
Es gibt 2 Anschlussgruppen:

- Verbindung zum Schrittmotor
---4polig abgeschirmt.
- Verbindung zu den Endschaltern
---In der Regel 2polig abgeschirmt für jeden Endschalter. Bei der MCS sind an beiden Bewegungsenden -----Endschalter möglich. Mindestens muß der Enschalter für die Referenzposition erforderlich sein.
--Optional können Optokoppler an den Eingängen bestückt werden.

---Die Endschalter gehören nicht zum Lieferumfang.

Digitale Ein-/Ausgänge

Je nach Bestellung werden die Kabel mit Anschlussbuchsen mitgeliefert. Wenn z.B. alle Schnittstellen für Erweiterungen, wie Handräder, bestückt werden sollen, dann werden die Kabel lt. Bild hier angeschlossen.



Anordnung und Kühlung

Je nach Bestellung werden 1 bis 7 AchsController in der gezeigten Weise nebeneinander angeordnet und mit kurzen Kabeln an der BUS-Platine angeschlossen.
Mit Winkeln wird die Platine befestigt und der Wärmekontakt zur Grundplatte hergestellt.

Im Bild sind 4 AchsController dargestellt. Die BUS-Platine beinhaltet eine vollständige Relais-Bestückung, die nicht in der MCS Basis-Version enthalten ist, aber optional bestellt werden kann.

Spezielle AchsController

Für einige Anwendungen werden spezielle AchsController mit unterschiedlicher Firmware benötigt Dies muß bei der Bestellung berücksichtigt werden:

AchsController für die C-Achse
Wenn Sie eine schrittmotorgetriebene Spindel, die um die Z-Achse dreht, benötigen.
Wir liefern dazu z.B. eine fertige Lösung, die Bearbeitungseinheit BAE5x.

AchsController für die U-Achse
Wenn Sie eine schrittmotorgetriebene Achse in beliebiger Anordnung benötigen (Drehteller, Werkzeug-Magazin, Kippeinrichtung u.Ä.).
Wir liefern dazu z.B. eine fertige Lösung, den Drehzusatz in verschiedenen Ausführungen.

zur Multi-Controller-Steuerung MCS

Kräftige und große Motoren brauchen entsprechende Endstufen und eine entsprechende Energieversorgung. Beides ist auf einer kleinen Platine nicht mehr unterzubringen.

Wir bieten eine Endstufe für Strangströme bis 6A an, sie hat folgende technische Daten:

• Platine mit integriertem Kühlkörper
  
  • LxBxH = 101x94x35 mm
    
  • Steckanschlüsse für Schrittmotor,
    
  • Spannungsversorgung und Ein/Ausgänge
    
• Flexible Daten
  
  • Strangstrom von 3,4...6 A
    
  • Schrittzahlen/Umdrehung von 400....4000
    
  • Spannungsversorgung 32...70V über
    
  • separaten Trafo
    
  • Überlast-Schutz
    
• Optokoppler-Trennung zur Steuerung
  
  • Eingänge: Schritt, Richtung, Strom
    
  • Ausgang: Fehler
    

Die Endstufe arbeitet mit einem AchsController zusammen, er braucht demzufolge keine Endstufenbestückung (MCSK1). Es kann in einer MCS beispielsweise gemischt werden: AchsController mit Endstufe für die kleineren Motoren und AchsController mit externer Endstufe für die großen Motoren.

Die Software nccad zur Multi-Controller-Steuerung MCS
Stand ab Januar 2007

Seit Jahren wird nccad zu unserem Koordinatentisch-System KOSY und zu den Steuerungen geliefert. Diese eigene Entwicklung wurde 2005 an die MultiControllerSteuerung MCS angepasst und steht dafür ab der Version 7.5 zur Verfügung. Aus 3 verschiedenen Versionen der Software kann ausgewählt werden:


* CNC-Version
---- CNC-Editor, - Import, -Ablauf
---- Handsteuerung, Nullpunkt-Verwaltung.
---- Keine CAD/CAM-Funktionen.
---- Steuerungsbezogene Lizenz
---- Maschinensteuerung nur an-Originalsteuerung.
---- Progr. an beliebig vielen PCs lauffähig.

* Funktions-Version
---- CAD/CAM/CNC von der Zeichnung zum Werkstück.
---- Eingeschränkter Funktionsumfang entprechend dem Bestellumfang,
-----z.B. nur für CNC-Drehmaschinen oder CNC-Fräsmaschinen oder Dosiersysteme.
---- Steuerungsbezogene Lizenz
---- Maschinensteuerung nur an
---- Originalsteuerung.
---- Progr. an beliebig vielen PCs lauffähig.

* Voll-Version
---- CAD/CAM/CNC von der Zeichnung zum Werkstück.
---- Voller Funktionsumfang für alle Anwendungen.
---- Steuerungsbezogene Lizenz
---- Maschinensteuerung nur an Originalsteuerung. Programm an beliebig vielen PCs lauffähig.

Die Software nccad wird unter Software ausführlich vorgestellt.

• Umschaltung auf Cursor-Bedienung in Sprüngen
  

• Antasthilfe für das Einstellen des Werkstück-Nullpunktes
  

• Anfahren der Rückzugsposition per Knopfdruck
  

• Umschalten auf Handbedienung mit Handrad (optional) oder JoyStick (optional)
  

• Erweiterte Anzahl von Relais mit freier Namensgebung
  

• Direkte Bedienung der C-Achse, falls AchsController und Bearbeitungseinheit BAE5x vorhanden (optional)
  

• Direkte Bedienung des analogen Ausgangs, falls bestückt (optional)