Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Sterownik grzałki platformy drukarki 3D z sterowaniem fazowym

Sareph 20 Nov 2016 13:33 6759 10
e-mierniki
  • Sterownik grzałki platformy drukarki 3D z sterowaniem fazowym

    W większości drukarek 3D FDM występuje podgrzewana platforma, występuje bo termoplastiki lubią się kurczyć i większość z nich, głównie wariacje na temat ABSów bez podgrzewanego spodu zamieniają się w jakaś formę łódki. Większość z tych grzałek to wariacja na temat modelu mk2/mk3 - PCB dostosowanego do bycia grzałką. Opcja tania, tylko moc pozostawia trochę do życzenia. Ale nawet jakby miały mieć sensowną moc to sposób w jaki są zasilane pozostawia, w mojej opinii, trochę do życzenia. Raz, że niskie napięcie oznacza bardzo duże prądy (i przejście 12 -> 24V wiele nie zmienia), a dwa, że potrzeba do tego potężnego zasilacza.

    Sterownik grzałki platformy drukarki 3D z sterowaniem fazowym

    Lepszym, przynajmniej dla mnie rozwiązaniem okazało się zastosowanie względnie taniego, słabego, bo ledwie 100W zasilacza 12V wraz z odpowiednio 500W (20x20cm platforma) i 600W (30x30cm) silikonowymi matami grzejnymi, zasilanymi wprost z sieci, prądem o napięciu 230V. Pozwalają osiągnąć platformie temperaturę 120 stopni w około 40-50s dla wariantu 1 i 2:45 dla wariantu drugiego. Co jest sporą poprawą w stosunku do oryginalnej grzałki pierwszej platformy która 90 stopni osiągała w 23 minuty, a dobić do 100 bez dodatkowej izolacji (także od góry) nie była w stanie.

    Tymi grzałkami trzeba jednak sterować. Oryginalnie używałem kombinacji 2xBTA24 + MOC3043 na żelazkowo przygotowanych płytkach. Dwa triaki - chcąc uniknąć specjalnego ich chłodzenia. Rozwiązanie jest w sumie ok, z tym, że jedyna metoda sterowania takim układem to bang-bang. A oryginalnie używany przy mk2/3 dostępny był PWM, czyli opcja korzystania z bardzo stabilnej kontroli temperatury za pomocą któregoś algorytmu PID. Chcąc przywrócić tę opcję stworzyłem taki oto układ:

    Sterownik grzałki platformy drukarki 3D z sterowaniem fazowym Sterownik grzałki platformy drukarki 3D z sterowaniem fazowym

    Niestety, jak zwykle nie ma schematu, ale z drugiej strony aż tak bardzo nietypowy czy skomplikowany układ nie jest aby się nie dało pojąć jak działa. Układ wykonawczy, tnący sinusiode zbudowany prawie jak w pierwotnej wersji - na dwóch triakach BTA24. Towarzyszące im optotriaki zostały zastąpione modelami MOC3023, bo w przeciwieństwie do MOC3043 nie posiadają układu przełączenia w zerze. To pozwala kontrolerowi na uruchamianie ich akurat wtedy kiedy potrzebuje. Wykrywacz przejścia przez zero zbudowany jest z optoizolatora H11AA1M, który ma tę zaletę, że zawiera dwie przeciwnie podłączone diody, co pozwala na wyeliminowanie mostka prostowniczego z tego typu układu. Prąd na diodzie ograniczony przez standardowe 2x100k rezystory. Poza sygnałem PWM grzałki wymagane jest zasilanie 5-12V, redukcji do 3v3 użytego do zasilania CPU dokonuje AMS1117.
    Sercem całości jest ATtiny13, bo jest wystarczająco mały, fizycznie. Układ musiał być mały aby się zmieścić z inną płytką w 1dm2.
    Wielkiej filozofii przy jego podłączeniu nie ma, wyjście optoizolatora dostarczone jest do ADC, który pracuje z maksymalna możliwa częstotliwością. Jeden pin wykorzystany jest do włączania optotriaków (przez mosfet) i jeden bezpośrednio podłączony do LEDa, sygnalizującego stan urządzenia. I jeden (przy użyciu PCInt i timera) do pomiaru wypełnienia sygnału wejściowego. Reszta pinów wyprowadzona na złączu z 1,25mm rastrem dla potrzeb ISP.

    Cięcie sinusa możliwe jest na 64 równe poziomy, czyli 6 bit. To niestety nie daje liniowej regulacji mocy, ale w sumie - i tak liniowa regulacja, akurat w tym wypadku nie ma większego znaczenia. Do pomiaru wypełnienia sygnału PWM wykorzystany jest jeden jedyny dostępny w tiny13 timer, pracujący z dzielnikiem 256 przy 9,6MHz zegarze głównym. Pomiar daje prawidłowe rezultaty w zakresie sygnału wejściowego od około 2Hz do 125Hz. Co przy wykorzystaniu 8 bitowych timerów w kontrolerze drukarki, przekłada się na ich dopuszczalne zegary z zakresu ~512Hz do ~32kHz. Z braku lepszego pomysłu i braku więcej niż jednego timera, w ramach timera, do obsługi LEDa wykorzystałem sygnał z detektora przejścia przez zero. Minus takiego rozwiązania jest taki, że w razie utraty zasilania sieciowego, LED zostanie w takim stanie w jakim ostatnio go widziano kiedy zasilanie było poprawne.

    Obudowa, tak żeby chronić przed przypadkowym macaniem wysokonapięciowych złącz, wydrukowana z ABS. Przypadkowo doskonale pasuje do profili aluminiowych z rodziny V-Slot, z których zrobiona jest moja główna drukarka.

    Sterownik grzałki platformy drukarki 3D z sterowaniem fazowym

    Całkowity koszt części, około 50-60zł.

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    Sareph
    Level 24  
    Offline 
    Sareph wrote 597 posts with rating 332, helped 62 times. Been with us since 2004 year.
  • e-mierniki
  • #2
    paluszasty
    Level 25  
    Układ wykonany starannie. Jednak czemu kolega uparł się na sterowanie fazowe a nie grupowe grzałki?
  • #3
    Sareph
    Level 24  
    Nie wiem czy się uparł, jakoś po prostu nie przyszło mi do głowy skorzystanie z niego, fazowe wydawało mi się jakoś bardziej naturalne. Ale tak z ciekawości, miało by jakieś zalety względem fazowego? Bo w sumie to tylko kwestia zmian w programie.
  • e-mierniki
  • #4
    sundayman
    Level 25  
    Sterowanie grupowe jest o tyle lepsze, że nie generuje żadnych zakłóceń, ponieważ włączanie i wyłączanie jest zawsze w "zerze" zasilania. Dlatego warto jest stosować tam, gdzie można - a to właśnie są wszelkiego rodzaju grzałki.
  • #5
    krisRaba
    Level 31  
    Dokładnie, sterowanie grupowe świetnie nadaje się do obiektów wykazujących dużą bezwładność, np. grzałek. Przy dużej bezwładności nie ma znaczenia, czy przepuścisz 8 z 10 przebiegów, żeby uzyskać 80% mocy, czy też puścisz wszystko, ale wytniesz odpowiednią część sinusoidy, efekt końcowy będzie ten sam (no może poza zakłóceniami ;) ). Dodatkowo jeśli chciałbyś programowo zadawać procenty, które rzeczywiście miałyby oznaczać procent mocy, to musiałbyś linearyzować zadaną wartość cosinusem, bo tniesz sinusa, a nie prostokąt, więc czas opóźnienia wyzwolenia nie jest wprost procentem mocy. Przy PID to oczywiście nieistotne, bo regulator sam się martwi w którym momencie odpalić triaka, żeby uzyskać żądaną wartość mierzoną.
    Regulacja fazowa stosowana jest natomiast do obciążeń o niskiej bezwładności. Gdybyś sterował grupowo żarówką, to szybko zauważysz, że to nie najlepszy pomysł ;)
  • #6
    Sareph
    Level 24  
    Cóż, zalety projektów na mikrokontolerach - program zawsze da się zmienić. ;)
    Koło weekendu, jak będzie czas to się pobawię i zobaczymy co z tego wyjdzie.
  • #7
    Jacek Rutkowski
    Level 27  
    Grupowe sterowanie ma tylko jeden duży mankament, jeśli zasilanie idzie z odległego transformatora to nawet 600W załączane grupowo powoduje denerwujące miganie żarówek. Osobiście zastosowałem taki trik dla sterowania grzałką 1kW w baniaku z zacierem i niestety po pierwszej wizycie w piwnicy wieczorem zrezygnowałem z tego sterowania. Efekt był jak przy spawarce, miganie żarówek było zbyt denerwujące dla mnie.
  • #8
    pheonix
    Level 13  
    Skąd masz takie maty grzewcze i ile za nie zapłaciłeś ??
  • #10
    GlobiGal
    Level 11  
    Może tu jeszcze ja coś powiem.
    W układach grzania form w przetwórstwie tworzyw sztucznych rozwiązane jest to tak że podczas rozruchu jest sterownie fazowe (głównie chodzi o pozostałości wilgoci która może tam się znajdować) a potem już po odwilgoceniu praca w sterowaniu grupowym.
    W sterowniku Elwik jest dodatkowo sprawdzane w początkowej fazie sterowania czy nie ma upływu prądu do uziemienia.
    Czy twój regulator ma opcje auto-tuningu? Jak wyliczyłeś parametry regulatora? Czy stosujesz zabezpieczenia w obwodzie grzania?

    Dziękuje i pozdrawiam.
  • #11
    Sareph
    Level 24  
    GlobiGal wrote:
    Czy twój regulator ma opcje auto-tuningu? Jak wyliczyłeś parametry regulatora? Czy stosujesz zabezpieczenia w obwodzie grzania?

    Nie ma auto tuningu, bo nie musi mieć, a z reszta i tak się nie da, bo nie ma niczego do odczytu temperatury. To tylko trochę bardziej zaawansowany przekaźnik, który po prostu wie jak się obchodzić z prądem zmiennym, czego nie wie kontroler (smoothie, repetier, marlin czy cokolwiek). Jak mu elektronika sterując powie "włącz z taką oto mocą" to włączy zasilanie z taką oto mocą.