Página de Documentação do Ethernet SmoothStepper (ESS)

Nosso guia de primeiros passos vai orientar você nos detalhes específicos de configuração do seu SmoothStepper. Porém, esta página de documentação contém uma grande quantidade de informações que não são abordadas no guia de primeiros passos.

Informações de segurança

Cuidado

Qualquer máquina-ferramenta é potencialmente perigosa. Máquinas controladas por computador podem ser ainda mais perigosas do que máquinas manuais.

A Warp 9 Tech Design, Inc. não se responsabiliza pelo desempenho de qualquer máquina, nem por danos ou ferimentos causados pelo seu uso. É sua responsabilidade garantir que você compreenda as implicações do que projeta e constrói, além de cumprir todas as leis e normas de prática aplicáveis ao seu país ou estado.

Leia este link para acessar nosso artigo completo sobre informações de segurança.

Visão geral

Esta página de documentação fornece as informações necessárias para instalar o Ethernet SmoothStepper em um sistema CNC controlado pelo Mach3 ou Mach4. Parte-se do princípio de que você possui a versão recomendada do Mach3 ou a versão recomendada do Mach4 instalada no seu computador e que está usando o plugin ESS para Mach3 ou plugin ESS para Mach4 respectivamente. Cada um dos dois links anteriores fornece um vídeo curto e documentação mostrando como instalar os respectivos softwares.

Está fora do escopo desta página de documentação explicar a operação ou configuração de sistemas CNC e do Mach3 ou Mach4, exceto pelas informações específicas do SmoothStepper. Para informações relacionadas à operação do Mach3, Mach4 e sistemas CNC em geral, já existe uma grande quantidade de fontes disponíveis:

A instalação do Ethernet SmoothStepper deve seguir a ordem das seções desta página de documentação. Siga essa sequência para ter uma instalação bem-sucedida.

Instalando o SCU (Utilitário de Configuração do Sistema)

Nosso guia de primeiros passos vai orientar você nos detalhes específicos de configuração do seu SmoothStepper e do computador, além de testar a comunicação. A nova versão 2.0 do SCU também inclui o recurso de ajuste de desempenho do Windows, que otimiza seu PC para trabalhar com o Mach e o SmoothStepper.

Clique aqui para baixar e instalar o SCU. Também é fornecido um vídeo curto para ajudar na orientação, junto com outras documentações.

Se você optar por não usar o SCU, será NECESSÁRIO abrir as seguintes portas UDP exigidas para a comunicação com o Ethernet SmoothStepper.

UDP 9: porta Discard (usada para detecção inicial de presença)
UDP 67: BOOTP (usada quando o jumper de configuração está instalado).
UDP 68: BOOTP (usada quando o jumper de configuração está instalado).
UDP 69: TFTP.
UDP 4096: comunicação normal durante a execução.
UDP 4097: comunicação normal durante a execução com múltiplos ESSs
UDP 5020: comunicação normal durante a execução.
UDP 5021: comunicação normal durante a execução.
UDP 5022: comunicação normal durante a execução com múltiplos ESSs.
UDP 5023: comunicação normal durante a execução com múltiplos ESSs.

Primeiros passos e configurações

Esta seção está fora da posição em que eu gostaria que ela ficasse na documentação, mas ela está aqui para chamar sua atenção rapidamente. Mesmo assim, leia o restante da documentação, pois ela responderá muitas perguntas e preencherá vários detalhes importantes.

Dito isso, o Guia de primeiros passos ajudará você a passar pelo processo de configuração do seu novo ESS. Lá também há uma seção para Mach4 (e outra para Mach3) que orientará você pelas etapas de configuração do ESS e do Mach, explicando muitos detalhes sobre como cada área funciona. Também há outras seções que complementam outros detalhes importantes.

Descrição do Ethernet SmoothStepper

Visite nossa página de produtos para ver uma tabela detalhada de recursos.

O Ethernet SmoothStepper (ESS) é um controlador de movimento externo de alto desempenho, com 6 eixos, para Mach3 e Mach4. Como possui um conector compatível com o padrão da porta paralela, ele se integra facilmente à maioria dos dispositivos que funcionam com o driver de porta paralela do Mach. Ele recebe comandos de alto nível do Mach e gera sinais Step & Direction compatíveis com praticamente todos os drivers de motor passo/direção (também possui modo em quadratura para drivers de motor de alto desempenho, embora eles sejam menos comuns). Por ser um hardware dedicado, é capaz de gerar pulsos em frequências muito altas e com jitter extremamente baixo em comparação com o driver de porta paralela e soluções baseadas em microcontroladores. Além disso, o SmoothStepper funciona em qualquer versão do Windows, tanto 32 bits quanto 64 bits. O Mach roda em 32 ou 64 bits, mas nas edições de 64 bits é necessário um controlador externo, como o SmoothStepper.

Requisitos do sistema

Um PC com Windows, do XP ao Windows 10.
Não recomendamos processadores Celeron de núcleo único, pois já tivemos que diagnosticar vários computadores com esses processadores, que são muito fracos para rodar Windows 8 ou superior. Se você tiver pelo menos um processador i3 dual-core, ou equivalente AMD, o computador deverá funcionar bem.
Se estiver usando Windows 7 ou mais recente, recomendamos pelo menos 4 GB de RAM. Porém, 6 GB ou mais tornarão a experiência melhor.
Se estiver usando Windows XP, recomendamos pelo menos 2 GB de RAM. Algumas pessoas conseguem usar com 1 GB, mas 2 GB ou 3 GB tornarão a experiência melhor.
O PC precisa ser capaz de rodar Mach3 ou Mach4. Se ele conseguir fazer isso, deverá funcionar bem com o ESS.
Uma porta Ethernet onboard, OU um adaptador Ethernet PCI/PCI Express, OU um adaptador Ethernet USB 2.0 ou 3.0.

O microprocessador do ESS possui um PHY interno 100Base-TX com Auto MDI-X, portanto você não precisa se preocupar com cabo crossover. Ele pode operar em redes 10Base-T, 100Base-T ou Gigabit.
O segmento de rede Gigabit, considerando um switch ou conexão direta ao PC, reduzirá para 100Base-T ao se comunicar com o ESS. Na prática, Gigabit terá desempenho essencialmente igual ao 100Base-T quando conectado ao ESS.
A rede 100Base-T opera em sua velocidade total com o ESS, que é o modo usado pela maioria das pessoas atualmente.
Em 10Base-T, o ESS operará apenas em velocidades 10Base-T. Adaptadores Ethernet 10Base-T provavelmente só são encontrados em PCs antigos com Windows XP atualmente.
Embora 10Base-T funcione, 100Base-T ou Gigabit são preferíveis.
Adaptadores Ethernet USB 3.0 normalmente oferecem capacidade Gigabit.

Breakout Board:

O SmoothStepper foi projetado para substituir a porta paralela. Você deve conseguir conectar suas portas de I/O diretamente a uma breakout board e seguir as instruções desse hardware. Uma breakout board é um dispositivo que se conecta aos conectores de I/O do SmoothStepper e liga cada linha de I/O a CIs buffer ou bornes. Os bornes oferecem uma forma conveniente de conectar drivers de motor, chaves de limite etc. ao SmoothStepper. Esses CIs buffer podem ser “isoladores ópticos”, que transferem um sinal por meio de luz, em vez de eletricidade. Ao converter eletricidade em luz e depois novamente em eletricidade, elimina-se um caminho elétrico para tensões e correntes prejudiciais.

Resfriamento: o Ethernet SmoothStepper não exige resfriamento ativo próprio; você não precisa usar uma ventoinha dedicada e, por favor, não instale dissipador nele. Se o ESS estiver em um ambiente com temperatura normal, não é necessário fazer nada. Basicamente, se o ambiente é confortável para você, também é adequado para o SmoothStepper. Se o ambiente estiver quente demais, resfrie o ambiente e o ESS ficará bem. Se o SmoothStepper estiver em uma caixa pequena junto com drivers de motor ou fontes de alimentação, então a caixa deve ter uma ventoinha. No meu sistema, há apenas uma ventoinha para manter ar fresco e filtrado circulando dentro do painel de controle.

Como o ESS se conecta ao meu sistema?

O computador se conecta ao ESS por meio de um cabo Ethernet padrão e barato. O cabo pode ser blindado ou não blindado. Uma vantagem da Ethernet em relação ao USB é que o cabo pode ter até 100 metros (328 pés). O comprimento máximo de um cabo USB é 5 metros, e isso já é o limite em um ambiente com ruído. Outra vantagem é que a Ethernet usa transformadores para acoplar os sinais de dados, o que isola galvanicamente o computador da eletrônica conectada depois dele. O ESS se conecta ao restante do equipamento por meio de seus três conectores de “porta paralela”. Como o ESS emula portas paralelas, a documentação do driver de porta paralela do Mach também se aplica ao ESS.

O ESS foi projetado para se conectar ao seu equipamento por meio de uma “breakout board de porta paralela”, às vezes chamada de “BOB”. Trata-se de uma placa com um ou mais conectores com interface de porta paralela. Normalmente é um conector de 26 pinos idêntico ao do ESS, ou um DB25 como a porta paralela de um computador. Essa conexão geralmente é feita por cabo flat. Uma alternativa barata à breakout board é conectar ao ESS um cabo flat com conector de 26 pinos em uma ponta e sem conector na outra. Basta ligar os fios do cabo flat a cada componente do sistema. Esse método não é recomendado porque dificulta a substituição de itens quando algo dá errado. Breakout boards são muito baratas e valem o investimento. As tensões são limitadas a no máximo 5 V quando a interface é feita diretamente com o ESS, e essa limitação é facilmente superada usando uma breakout board.

O ESS consegue acionar meus motores diretamente?

O ESS não é um dispositivo de alta potência. Seus drivers são fortes, mas não fortes o suficiente para acionar um motor diretamente. Eles devem acionar um “driver de motor”, que é um dispositivo que recebe um sinal de baixo nível e o amplifica para que o motor possa girar com força.

O que são optoacopladores e loops de terra?

Um optoacoplador, também chamado de opto-isolador ou simplesmente “opto”, é um dispositivo que possui um LED interno que emite luz. Você não vê essa luz porque ela fica dentro do encapsulamento. Um fotodiodo ou transistor recebe a luz e permite a passagem de corrente elétrica proporcionalmente à luz. Assim, não há fluxo de corrente elétrica de um lado do opto para o outro. Drivers de motor frequentemente possuem optoacopladores para bloquear o fluxo de corrente do controlador (ESS) para o driver de motor de alta corrente. Existem outros tipos de isoladores, mas o mais comum é o isolador óptico por causa do baixo custo. O isolamento também pode ser feito por capacitância, indutância (transformadores) e RF (radiofrequência). O ESS depende da breakout board para isolamento, embora também isole o PC e o usuário por meio dos transformadores presentes em seu conector Ethernet.

Um loop de terra é uma corrente indesejada que flui de um circuito para outro, embora ambos deveriam estar no mesmo potencial elétrico (tensão). Se existe “terra” em um circuito, o “terra” de outro circuito pode não estar exatamente na mesma tensão. Ao ligar um voltímetro entre os dois, você mediria uma tensão caso eles não fossem iguais. Ter tensões diferentes em cada extremidade de um fio que conecta os dois terras resulta em circulação de corrente, o que é indesejável. Um isolador elétrico bloqueia essas correntes porque a informação é transferida de um circuito para outro sem elétrons, usando luz ou campos eletromagnéticos.

Desembalando e preparando seu Ethernet SmoothStepper

Seu SmoothStepper virá embalado em um saco antiestático. Tenha cuidado para manuseá-lo em um ambiente livre de eletricidade estática. O saco antiestático deve incluir o seguinte:

Uma (1) placa ESS (Ethernet SmoothStepper)
Quatro (4) pequenos jumpers de curto. Esses jumpers já vêm encaixados na placa, mas não estão fechando nenhum contato.

Um deles é fornecido para BOOTP/JP1, usado apenas para alterar o endereço IP do ESS com o utilitário configurador. Recomendamos fortemente deixar o ESS no endereço IP padrão 10.9.9.9, a menos que haja uma razão muito forte para alterá-lo.
Os outros três são usados para fornecer alimentação de 5 V às portas pelo pino 26 e ficam em JP2, JP3 e JP4. Veja a próxima seção para uma imagem do SmoothStepper e uma descrição mais detalhada da função dos jumpers.

Do que mais vou precisar?

No mínimo, você precisará obter os seguintes itens:

Um cabo Ethernet para conectar ao seu PC.
Uma fonte externa de alimentação de 5 V
Cabos flat para conectar a uma BOB, ou uma BOB para conectar aos drivers de motor e aos demais equipamentos CNC.

Nós vendemos alguns desses itens em nossa loja, e você também pode encontrar outros itens vendidos por nossos distribuidores e parceiros de solução.

Conectores e informações do Ethernet SmoothStepper

ESS Board Rev 2

Portas 1, 2 e 3:

Conectores de porta paralela. Esses conectores são headers macho padrão de 26 pinos, baixo perfil, com passo de 0,100" ou 2,54 mm. Se for conectado um cabo flat com DB25 na outra extremidade, o DB25 terá a pinagem da porta paralela de um PC.

Entrada externa de 5 V:

Entrada de alimentação da placa. Essa fonte deve ser regulada, com tolerância de ± 10% (preferencialmente ± 5%). Leia a próxima seção para mais informações sobre os requisitos da fonte de alimentação.

Pino 26, jumper de 5 V para cada porta (JP2, JP3 e JP4):

O pino 26 de cada header pode ser conectado ao barramento de 5 V da placa ESS. Algumas breakout boards também possuem esse recurso, permitindo que uma das placas alimente a outra. Trata-se de uma conexão simples, sem eletrônica envolvida. Múltiplas breakout boards com suas próprias fontes de alimentação podem ser conectadas ao ESS. Tome cuidado para não interligar fontes indevidamente!

Cada jumper individual de 5 V no pino 26 é especificado para conduzir até 1,8 A para uma Break Out Board, mas os três juntos também ficam limitados aos mesmos 1,8 A. Se fizer isso, garanta que a fonte que alimenta o ESS consiga fornecer essa corrente mais pelo menos 0,5 A para o próprio ESS, mantendo 5,0 V estáveis.

Conector Ethernet:

Conecte a esse conector um cabo Ethernet padrão de par trançado (CAT5 ou superior) com conectores RJ45. Conecte a outra extremidade ao computador ou a um switch de rede.

LEDs de status:

Exibe o status de conexão e falhas. Clique aqui para ver os códigos de status dos LEDs do ESS.

Porta de expansão:

Este conector será usado para conectar placas de expansão que fornecem I/O adicional. I/O de alta velocidade deve ficar nos pinos principais das portas 1, 2 ou 3. O I/O da porta de expansão será adequado para sinais de baixa velocidade, como trocadores de ferramenta, relés etc.

Jumper de configuração:

Esse jumper serve para programar o endereço IP estático na placa. Ele também pode ser usado para atualizar o bootloader do microcontrolador. Para operação normal, esse jumper deve ficar removido.

Configuração inicial e testes

O Ethernet SmoothStepper não precisa estar conectado a motores e breakout boards para testar sua operação com o SCU (Utilitário de Configuração do Sistema), Mach3 ou Mach4. Coloque o Ethernet SmoothStepper sobre uma superfície livre de estática, próximo ao computador. Você pode instalá-lo no chassi ou painel de controle, mas ainda não conecte nada a ele. Para o teste inicial, será necessário fornecer alimentação de 5 V e uma conexão Ethernet. O SmoothStepper é enviado com as configurações corretas de jumper e endereço IP 10.9.9.9, portanto não será necessário fazer mais nada para testá-lo.

Usando uma fonte externa de 5 V

O Ethernet SmoothStepper (ESS) precisa de uma fonte externa de 5 V para operar. O ESS tem consumo típico de 0,3 A quando a comunicação Ethernet está ativa, mas pode consumir até 0,5 A. Recomendamos fortemente uma fonte de pelo menos 1,0 A, pois ela não custa muito mais, e a capacidade extra evita problemas aleatórios e difíceis de diagnosticar caso a fonte esteja muito próxima da corrente máxima. A fonte de 5 V deve ser regulada com tolerância de ± 10%, sendo preferível ± 5%.

Limites de tensão do ESS:

4,5 V tensão mínima de operação (abaixo disso o sistema não funcionará)
4,75 V tensão mínima recomendada de operação
5,0 V tensão nominal de operação
5,25 V tensão máxima recomendada de operação
5,5 V tensão máxima de operação (acima disso o sistema não funcionará)
6,0 V tensão de sobrevivência do fabricante dos chips, não é tensão normal de operação — acima desse ponto os chips do ESS começarão a queimar

Lembre-se de que os 0,5 A são apenas para o ESS. Se você alimentar uma BOB pelo pino 26, será necessário considerar corrente adicional. Cada jumper individual de 5 V no pino 26 é especificado para conduzir até 1,8 A para uma Break Out Board, mas os três combinados também são limitados aos mesmos 1,8 A. Se fizer isso, garanta que a fonte que alimenta o ESS forneça essa corrente mais pelo menos 0,5 A para o ESS, mantendo 5,0 V estáveis.

Fontes pequenas de 5 V, 1,0 A ou maiores, são baratas e oferecidas por nossos distribuidores. Verifique se possuem boa regulação de tensão e conseguem fornecer essa tensão de 0 A até sua corrente máxima especificada. Tipos comuns de fonte são:

Fontes de parede são baratas e convenientes se houver uma tomada CA disponível. Elas podem ter um único padrão de plugue CA ou adaptadores intercambiáveis, dependendo do país de uso. A maioria funciona de 100 a 240 V e 50 ou 60 Hz. O conector tipo barril ou USB deve ser cortado para ligar o 5 V e o GND aos bornes de parafuso do ESS. Uma fonte muito comum desse tipo são carregadores de celular ou smartphone. Carregadores de smartphones normalmente são boas opções para alimentar o SmoothStepper. Embora sejam fontes chaveadas (SMPS), sua corrente mínima de partida costuma ser muito menor do que a exigida pelo SmoothStepper, por isso funcionam muito bem.

Fonte de parede

Fontes de mesa são semelhantes às fontes de parede, mas recebem esse nome porque ficam apoiadas sobre uma mesa em vez de plugadas diretamente na tomada. A vantagem de uma fonte de mesa é que você pode cortar o plugue do cabo de alimentação CA e ligá-la junto com o restante da alimentação CA. O conector tipo barril deve ser cortado para ligação aos bornes de parafuso do ESS. A fonte mostrada na imagem usa um cabo de alimentação padrão de computador com um plugue “C13”.

Fonte de mesa

Fontes abertas são baratas, pequenas e adequadas para ligação direta da alimentação CA sem necessidade de tomada. A placa mostrada aqui não possui carcaça. Muitas vezes elas incluem uma proteção de alumínio que cobre apenas parte da PCB.

Fontes para montagem em trilho DIN são práticas se você tiver trilho DIN no painel.

Tenha em mente que, se estiver usando uma fonte com capacidade mais de 0,5 A a 1 A acima da corrente total exigida pelo ESS e pela BOB, você deve considerar adicionar um fusível na saída da fonte. Se a saída da fonte entrar em curto com o terra, o fusível abrirá e ajudará a evitar danos graves causados por correntes inesperadamente altas.

Aqui estão alguns problemas comuns causados por escolhas incorretas de fonte de alimentação:

Usar uma fonte chaveada: fontes chaveadas de alta potência podem exigir uma carga de 10% antes de começarem a operar corretamente. Isso significa que uma fonte chaveada de 5 A, como uma fonte de PC sobrando, pode precisar de 0,5 A antes de regular, mais do que o ESS consome sozinho. Como resultado, o ESS pode nunca inicializar ou pode desligar intermitentemente. Se você sabe que sempre estará acima da corrente mínima exigida pela fonte chaveada, ela pode ser uma boa escolha. Carregadores de celular normalmente têm corrente mínima de partida muito menor do que a exigida pelo SmoothStepper e, por isso, funcionam muito bem.

Usar 5 V do seu computador: isso é sempre RUIM! O primeiro problema é que cria loops de terra com a eletrônica do computador, adicionando ruído eletromagnético tanto ao computador quanto ao ESS. O segundo problema, e mais importante, é que os drivers de motor podem gerar picos de tensão e corrente que retornam ao computador e podem DESTRUÍ-LO. Sempre use uma fonte separada da fonte do PC.

Usar uma fonte que fornece apenas 0,5 A ou menos: isso significa que a fonte pode não ter corrente suficiente para alimentar o ESS em carga total, e a tensão pode cair o bastante para fazer o ESS desligar ou reiniciar. Nem sempre é um problema fácil de diagnosticar, mas pode ser evitado usando uma fonte com pelo menos 1,0 A disponível.

Alimentar outros dispositivos de 5 V com a mesma fonte: conforme outros dispositivos de 5 V são adicionados, o consumo total aumenta. Isso é comum, mas é necessário garantir que o limite de corrente da fonte não seja excedido. Outro problema é que, se você conectar um dispositivo com muito ruído, ele poderá perturbar a tensão que alimenta o ESS e causar resets aleatórios.

Retirar 5 V de uma breakout board: isso pode ser muito difícil de diagnosticar, pois na maioria das vezes parece funcionar bem. Porém, se a breakout board não foi projetada especificamente para alimentar o ESS com 5 V, talvez ela não consiga fornecer corrente suficiente quando o ESS precisar, causando um reset.

Usar uma fonte mal regulada: se a tensão da fonte cair abaixo de 4,5 V ou subir acima de 5,5 V (5,0 V ± 10%) em qualquer momento, VOCÊ TERÁ PROBLEMAS. O ideal é usar uma fonte que permaneça entre 4,75 V e 5,25 V (5,0 V ± 5%).

Usar uma fonte DC Step Down para pegar a alimentação dos motores (24 VDC, 36 VDC, 48 VDC etc.) e reduzi-la para 5 V. Se a fonte Step Down não fornecer isolamento, você estará unindo o terra do ESS ao terra dos drivers de motor, o que introduzirá muito ruído no ESS. Esse ruído provavelmente causará muitos problemas no sistema. Também já vi várias fontes Step Down baratas falharem e, quando isso ocorreu, elas aplicaram toda a tensão de entrada no ESS e na BOB, destruindo-os instantaneamente.

Fontes de bancada: elas permitem ajustar a tensão de saída girando um potenciômetro. Infelizmente, se houver falha ou giro rápido demais, a tensão pode ultrapassar os 6,0 V de sobrevivência do ESS e os chips começarão a queimar. Recomendamos não usar uma fonte de bancada ajustável por esse motivo. Se sua fonte tiver saída fixa de 5 V, ela pode ser usada sem problema.

Outro problema que ouvimos ocasionalmente é a entrada de ruído no SmoothStepper pela linha de alimentação. Esse ruído pode causar falhas estranhas, travamentos aleatórios ou simplesmente parar a execução do programa. Ele pode ser causado por soldadores TIG, tochas de plasma, compressores de ar e outros motores grandes ligados ao mesmo circuito CA do SmoothStepper. Trocar para outro circuito CA costuma resolver o problema, assim como testar quando outras máquinas não estão funcionando no local de trabalho, após o expediente ou no fim de semana. Se esse for o seu caso, um nobreak para PCs com boa filtragem de ruído também pode ajudar. Outra solução possível é usar entradas com debounce ou filtradas nas configurações do SmoothStepper dentro do Mach para EStop, home e chaves de limite.

Conector de alimentação de 2 pinos

O ESS usa um conector TERM BLOCK PLUG 2POS STR 3.5MM,

Código Wurth Electronics: 691361100002 DigiKey PN: 732-2751-ND ---OU---

Código Dinkle: EC350V-02P, mas a quantidade mínima de compra da Dinkle geralmente é 100 ou 1000 peças. ---OU---

Degson 15EDGK-3.5-02P-14-00AH

Testando os níveis de tensão do ESS

O ESS usa a alimentação de 5 V recebida, descrita na seção anterior, e gera internamente tensões de 3,3 V e 1,2 V para uso do microprocessador e do FPGA. A maioria dos usuários nunca precisará fazer nada além de garantir o fornecimento de 5 VDC ao ESS.

Se o ESS não estiver funcionando corretamente, será necessário garantir que as tensões exigidas estejam presentes. Certifique-se de que os 5 V que alimentam a placa estejam estáveis em 5 V o tempo todo, dentro de 5% ( 4,75 V a 5,25 V). Se a fonte de 5 V estiver falhando, fraca ou com corrente de saída muito baixa, o nível de 5 V pode cair quando o ESS consumir mais corrente. Mais corrente será consumida quando:

O Mach3 ou Mach4 e o plugin ESS se conectarem ao ESS.
Uma BOB (Break Out Board) estiver conectada à fonte de 5 V diretamente ou através do ESS.
Todos os motores estiverem rodando em velocidade máxima e as saídas estiverem acionadas. Isso carrega a fonte que alimenta os motores e, se essa mesma fonte também alimentar o conversor que gera os 5 V para o ESS, pode causar queda de tensão.

Se a fonte de 5 V estiver OK, procure um LED vermelho próximo ao chip grande da placa (Xilinx FPGA). Se o LED vermelho estiver aceso, isso significa que as fontes de 1,2 V e 3,3 V estão fora da especificação ou que o FPGA não consegue limpar sua memória. Ao energizar a placa, você deve ver esse LED vermelho piscar por um instante muito curto. Porém, se esse LED permanecer aceso, há um problema de hardware.

Ao observar a placa de perto, você verá pontos de teste para as fontes de 1,2 V e 3,3 V. O ponto de teste de 1,2 V fica muito próximo da borda da placa, entre o header de 16 pinos e um capacitor eletrolítico de 220 uF. O ponto de teste de 3,3 V fica entre o cristal e esse mesmo capacitor eletrolítico. O terra pode ser encontrado na entrada de alimentação da placa ou próximo ao conector Ethernet. Essas tensões devem estar dentro de 5% do valor exigido. Estável em 1,14 V a 1,26 V para a fonte de 1,2 V e estável em 3,135 V a 3,465 V para a fonte de 3,3 V.)

Se você não conseguir medir 1,3 V, 3,3 V ou 5,0 V, e a alimentação de 5 V estiver conectada ao ESS, existe a possibilidade de o bead de ferrite L16 ter queimado. Desligue a alimentação do ESS e meça a resistência do conector de alimentação J6, pinos de 5 V (ambos são o número 2), até o ponto de teste de 5,0 V indicado pela seta verde. Se o resultado for resistência infinita ou circuito aberto, o bead de ferrite abriu.

Vemos falha desse ferrite apenas cerca de duas vezes por ano, e desde então substituímos o ferrite original por um muito melhor. Suspeitamos que o problema ocorra quando a fonte de 5 V produz uma corrente de partida muito alta, possivelmente devido a uma carga grande conectada à BOB, e o ferrite abre como um fusível após ter sido estressado muitas vezes por correntes de partida anteriores.

Pontos de teste

Pontos de teste com L16

Conectando o SmoothStepper ao seu PC

Nosso guia de primeiros passos vai orientar você nos detalhes específicos de configuração do seu SmoothStepper.

Use o SCU para configurar seu sistema para que o Mach consiga se comunicar com o ESS.

A melhor forma de conectar o ESS ao PC é usar o método de conexão direta: ligue o cabo Ethernet diretamente do ESS ao adaptador de rede do PC. Isso facilita a solução de problemas, pois não há switches ou roteadores entre o ESS e o PC. Um switch deve funcionar bem, pois opera apenas nas três camadas inferiores da pilha TCP/IP, mas não há razão para adicionar equipamento extra se não for necessário. Um roteador também deve funcionar se apenas o ESS e o PC estiverem conectados a ele, mas exigirá mais trabalho de configuração. Por isso, recomendamos fortemente a conexão direta, que é o método esperado pelo SCU (Utilitário de Configuração do Sistema).

Se o seu PC não tiver adaptador Ethernet, recomendamos usar um adaptador Ethernet PCI ou PCI Express, OU um adaptador Ethernet USB 2.0 ou USB 3.0. Muitas pessoas usam essas alternativas com sucesso, inclusive eu.

Desaconselhamos FORTEMENTE o uso de conexão sem fio para comunicação com o ESS. A comunicação wireless pode ter muito mais latência ou atraso, além de risco maior de perda de pacotes. O ESS precisa de uma conexão rápida, estável e consistente com o PC.

Muitas pessoas usam uma segunda conexão Ethernet ou a conexão sem fio do PC para acessar a internet facilmente, e isso não tem problema.

Enquanto estiver executando o Mach e o sistema CNC, recomendamos evitar navegar na internet, jogar ou fazer streaming de música e vídeo. Isso pode fazer o computador dedicar tempo demais a outras tarefas e causar perda de comunicação com o ESS, podendo arruinar seu trabalho.

Também recomendamos desativar opções de economia de energia, como suspensão/desligamento do monitor, suspensão do disco rígido e suspensão do computador, pois elas já causaram perda de comunicação com o ESS.

Também recomendamos configurar o Windows Update para apenas avisar que há atualizações disponíveis, em vez de instalá-las automaticamente.

Também conhecemos casos em que antivírus e softwares anti-malware causaram problemas. Recomendamos desativá-los enquanto estiver executando o Mach, SE o PC não estiver conectado à internet.

Observe que você não precisa atribuir um IP estático ao computador se programar o ESS para usar um endereço na mesma sub-rede do computador. A sub-rede é a mesma quando os três primeiros grupos de números dos endereços IP são iguais. Roteadores de internet frequentemente atribuem endereços nas faixas 192.168.0.x ou 192.168.1.x. Se desejar usar um servidor DHCP para o computador, você pode fazer isso, mas o ESS ainda precisa usar um endereço IP estático na mesma sub-rede. A conexão direta com o ESS é a opção preferida, pois não deixa dúvidas quanto à largura de banda disponível para operar a máquina com confiabilidade.

RECOMENDAMOS FORTEMENTE QUE VOCÊ NÃO conecte o ESS ao mesmo adaptador Ethernet usado para acessar a internet. Não há como saber quanta CPU e largura de banda Ethernet estão sendo usadas por outros aplicativos ou dispositivos na rede. Portanto, isso é oficialmente desaconselhado. Se quiser misturar internet com dados CNC, faça por sua conta e risco. Porém, se desejar alterar o endereço IP do ESS, você pode fazer isso com o Utilitário Configurator.

Se o restante desta seção parecer confuso, não se preocupe. O SCU da próxima seção fará todo o trabalho em poucos cliques. O restante desta seção serve apenas para documentar o que o ESS usa e precisa; você pode pular para a seção do SCU.

O ESS vem configurado de fábrica com o endereço IP estático padrão 10.9.9.9. Com o ESS em 10.9.9.9, você precisará configurar o adaptador de rede para usar 10.9.9.2 ou outro endereço válido e não utilizado na mesma sub-rede. Recomendamos manter o endereço 10.9.9.9 no ESS, pois toda a nossa documentação e vídeos usam esse valor. Na verdade, a maioria dos usuários mantém esse endereço no ESS. Porém, se houver necessidade de alterá-lo, você pode fazer isso com o Utilitário Configurator.

Códigos de status dos LEDs do ESS

Perto do centro da placa ESS há um LED vermelho que não deve permanecer aceso, identificado na serigrafia como “INIT”. Ao energizar a placa, esse LED vermelho deve piscar por um curto período, cerca de 1/4 de segundo, e apagar. Assim que você executar o Mach3, um LED verde próximo ao LED vermelho INIT deverá acender.

LEDs do ESS

LEDs vermelhos

O LED vermelho superior esquerdo não é usado e nunca deve acender, exceto se o microprocessador não conseguir gravar na memória flash, uma falha crítica de hardware que vimos apenas uma vez.

O LED vermelho inferior esquerdo indica o sinal de entrada EStop do ESS, controlado pelo seu botão de emergência:

Se o LED vermelho inferior esquerdo estiver aceso, o EStop está ativo dentro do ESS e o ESS não gerará nenhum movimento. O estado de EStop no ESS pode ser causado por: Mach3/4 em estado desabilitado em vez de habilitado; chave EStop acionada, forçando o estado de EStop; BOB enviando sinal de EStop; chave de limite acionada, forçando uma condição de EStop.
Quando o LED vermelho inferior esquerdo está APAGADO, é possível gerar sinais com o ESS.

LEDs verdes

O LED superior direito indica o modo do ESS.

O LED verde inferior direito indica comunicação com o PC.

LED verde superior aceso em 2 piscadas rápidas e curtas; LED verde inferior apagado. O ESS pode responder a ping nesse modo. Este é o modo normal de espera do ESS ao ser energizado, aguardando conexão com Mach3 ou Mach4.
LED verde superior aceso continuamente. O ESS pode responder a ping nesse modo. Este é o modo normal de execução do ESS, significando que ele está ou esteve conectado ao Mach3 ou Mach4. O LED verde inferior dará uma piscada muito curta e rápida sempre que houver transmissão de dados com o Mach. Normalmente você verá 10 ou mais piscadas por segundo no LED verde inferior quando a comunicação com o Mach estiver correta. Quando o ESS está nesse modo, ele não aceita uma nova conexão do Mach. Se o Mach for fechado e o ESS continuar nesse modo, será necessário desligar e religar o ESS para que ele aceite uma nova conexão do Mach.

LED verde superior aceso por cerca de 1 segundo e apagado por cerca de 1 segundo; LED verde inferior apagado. O ESS não responde a ping nesse modo. Isso significa que o ESS está no modo de configuração BootP, usado apenas com o Configurator. Esse modo só ocorre quando o pequeno jumper plástico fecha os dois pinos BootP (JP1). Para sair desse modo, remova o jumper dos pinos BootP (JP1) e desligue/religue o ESS. Se você estiver recebendo pacotes BootP com o jumper de configuração removido, é bem possível que o ESS tenha perdido a configuração; executar o Configurator restaurará a configuração e permitirá a operação normal novamente.
LED verde superior com 1 piscada longa e 2 piscadas curtas; LED verde inferior apagado. O ESS não responde a ping nesse modo. Isso significa que o ESS perdeu a configuração de endereço IP na memória flash. A única forma de corrigir é executar o Configurator e atribuir novamente um endereço IP. Após executar o Configurator, será necessário desligar e religar o ESS, e ele deverá entrar no modo normal de espera, desde que não haja jumper em JP1.

O conector Ethernet possui dois LEDs. O superior esquerdo é amarelo e é um LED de status importante. Ele representa o estado da camada de enlace. Se o enlace não foi estabelecido, o LED amarelo não acenderá. A camada de enlace é uma camada Ethernet de baixo nível que precisa existir entre o ESS e o PC para que as comunicações de nível superior funcionem.

O LED superior direito do conector Ethernet é verde. Esse LED pisca sempre que dados são transmitidos ou recebidos pelo conector Ethernet.

No modo normal de operação, com o jumper BOOTP removido e conectado ao Mach, ele piscará várias vezes por segundo ou parecerá quase continuamente aceso.
No modo de configuração, com o jumper BOOTP fechando ambos os pinos, o ESS transmite uma solicitação de endereço IP cerca de uma vez por segundo.

O LED vermelho próximo ao FPGA (Init) deve dar uma piscada rápida logo após a alimentação ser aplicada em um ESS funcional. Depois disso, o LED deve permanecer apagado durante o restante da operação. Se o LED vermelho Init ficar aceso continuamente, isso significa que o FPGA não consegue limpar sua memória ou que há problema de tensão nos barramentos internos de 1,2 V ou 3,3 V.

Numeração dos pinos

Numeração dos headers de 26 pinos (passo de 0,100" ou 2,54 mm)

Esta imagem mostra como um header 2x13 é numerado fora do mundo da porta paralela. NÃO é assim que nós os numeramos!

Não é assim que numeramos

Usamos este formato de numeração da porta paralela, pois foi assim que esta indústria começou.

Numeração de pinos DB25

Cabo flat DB25 para header de 26 pinos de baixo perfil

Este esquema mostra visualmente como os fios são orientados em um cabo flat DB25 para header de 26 pinos. A numeração dos pinos do header segue a numeração não convencional que corresponde ao DB25.

DB25 para 26 pinos

Esquemas elétricos

Conector de porta paralela: pino 26

O pino 26 de cada conector de porta paralela é ligado a um conjunto de pinos de jumper. Quando esses pinos são fechados, os 5 V da placa e os 5 V da breakout board ficam conectados entre si. Esses são os jumpers JP2, JP3 e JP4.

Pino 26 da porta paralela

Aqui está um mapa codificado por cores de todas as portas do ESS e dos tipos de I/O de seus pinos.

ESS Port IO

Pinos de entrada dedicados

Pinos 10, 11, 12, 13 e 15 das 3 portas

Esses pinos são especificados para 0 a 5 V. Nunca aplique tensão negativa nem ultrapasse 5,5 V, ou ocorrerão danos!

Observe que o resistor pull-up de 4,7 kOhm manterá a entrada em nível alto se não houver um circuito externo adequado para puxá-la para nível baixo. O gatilho Schmitt terá alta impedância e não consumirá corrente significativa do sinal de entrada.

O resistor pull-up de 4,7 kOhm tentará constantemente puxar o pino de entrada do gatilho Schmitt para 5 V. Estou desconsiderando a queda de tensão do diodo, mas ainda assim ficará acima do limiar alto do gatilho Schmitt. Se o pino não tiver circuito externo conectado, ele será mantido em nível alto.
Aplicar 5 V externo ao pino apenas ajudará o resistor pull-up. Como não há circuito consumindo corrente, você pode tentar aplicar quanta corrente quiser em 5 V; ele simplesmente não consumirá corrente, exceto uma quantidade muito pequena durante a transição de baixo para alto.
Aplicar 0 V externo ao pino terá que vencer o resistor pull-up. Como I = V/R = 5 V/4,7 kOhm = 1,06 mA, será necessário drenar pouco mais de 1 mA para puxar esse nó para nível baixo. Se incluir a queda do diodo, a corrente de pull-up fica pouco abaixo de 1 mA. Será necessário drenar pelo menos 1 mA para vencer o pull-up, e drenar pelo menos 2 mA descarregará rapidamente o capacitor de 1 nF e permitirá tempos de chaveamento razoáveis. Seu circuito externo pode drenar muito mais do que isso, mas 2 mA é o mínimo recomendado.
Quando o ESS está alimentado, mas ainda não controlado pelo Mach3 ou Mach4, esses pinos ficam em nível alto, cerca de 4,5 V a 5,5 V, dependendo da tensão da fonte. Qualquer circuito externo fornecendo ou drenando corrente do pino alterará o estado desse pino.
O filtro passa-baixa formado pelo capacitor de 1 nF e resistor de 100 Ohm tem frequência de corte de 3 dB em 1,5 MHz, limitando a frequência máxima aproximadamente a esse valor, em vez dos 4 MHz possíveis nos pinos bidirecionais 2 a 9 das portas 2 e 3.

Pinos de entrada dedicados

Pinos de saída dedicados

Pinos 1, 14, 16 e 17 das 3 portas, além dos pinos 2 a 9 da porta 1

Esses pinos de saída são especificados para fornecer de 0 V a 5 V, mas podem chegar a 5,5 V se a fonte estiver fornecendo essa tensão. Essas saídas podem fornecer até +24 mA em lógica positiva ou modo ativo alto, ou drenar até 24 mA em lógica negativa ou modo ativo baixo.

Observe que cada um desses pinos possui um resistor pull-down dedicado de 47,0 kOhm.

Quando o ESS está alimentado, mas ainda não controlado pelo Mach4 ou Mach3, esses pinos ficam em nível baixo, ligados ao GND. Depois que o Mach assume o controle do ESS, os pinos não configurados permanecem assim, e os pinos configurados passam a seguir suas configurações. Qualquer circuito externo fornecendo ou drenando corrente do pino alterará o estado dele, mas, por ser uma saída dedicada, não deve haver nenhum circuito tentando controlar esse pino. O circuito externo deve apenas ler seu valor.

Pinos de saída dedicados

Na Rev 2 e versões anteriores do ESS, o 74ACT541MTC era usado nos pinos de saída dedicados. Depois criamos a placa Rev 3, substituindo o 74ACT541MTC pelo 74LVC8T245PW para reduzir a quantidade de componentes diferentes e fornecer capacidade de drive de 32 mA em vez de 24 mA. Isso é mostrado na seção de I/O bidirecional logo abaixo, mas nos pinos de saída dedicados fica limitado apenas a saídas.

Pinos de I/O bidirecionais

Pinos 2 a 9 das portas 2 e 3

Esses pinos são especificados para saída de 0 a 5 V, mas podem chegar a 5,5 V se a fonte estiver fornecendo essa tensão. A corrente de saída foi projetada para fornecer ou drenar 32 mA.

Esses pinos são especificados para tensão de entrada externa de 0 a 5 V. Nunca aplique tensão negativa nem ultrapasse 5,5 V, ou ocorrerão danos!

Observe que cada um desses pinos possui um resistor pull-down dedicado de 47,0 kOhm. Esse resistor pull-down não terá efeito significativo no modo de saída, além de garantir que a saída seja mantida em nível baixo quando sem alimentação.

No modo de entrada:

O resistor pull-down de 47,0 kOhm tentará constantemente puxar o pino de entrada para 0 V. Se o pino não tiver circuito externo conectado, a entrada será mantida em nível baixo.
Aplicar 0 V externo ao pino apenas ajudará o resistor pull-down. Como não há circuito consumindo corrente, você pode tentar drenar quanta corrente quiser em 0 V; ele simplesmente não consumirá corrente, exceto uma quantidade muito pequena durante a transição de alto para baixo.
Aplicar 5 V externo ao pino terá que vencer o resistor pull-down. Como I = V/R = 5 V/47 kOhm = 0,106 mA, será necessário fornecer pouco mais de 0,1 mA para puxar esse nó para nível alto. Será necessário fornecer pelo menos 0,1 mA para vencer o pull-down, e fornecer pelo menos 0,2 mA permitirá tempos de chaveamento razoáveis. Seu circuito externo pode ter capacidade muito maior, mas 0,2 mA é o mínimo recomendado.
Quando o ESS está alimentado, mas ainda não controlado pelo Mach4 ou Mach3, esses pinos ficam em nível baixo, ligados ao GND. Depois que o Mach assume o controle do ESS, os pinos não configurados permanecem assim, e os pinos configurados passam a seguir suas configurações.
Qualquer circuito externo fornecendo ou drenando corrente do pino alterará o estado desse pino. Se o pino estiver configurado como saída, não deve haver circuito externo tentando controlá-lo; o circuito externo deve apenas ler o valor desse pino.

Pinos de I/O bidirecional

Header da porta de expansão

O header da porta de expansão não está operacional neste momento. Placas para ele estarão disponíveis em breve. Esses sinais de I/O têm tensão máxima de 3,3 V.

Porta de expansão

Detalhes mecânicos

O furo de fixação no canto superior direito, próximo à entrada de alimentação de 5 V, é aterrado à blindagem do conector Ethernet.

Os outros 3 furos de fixação não são conectados a nada. Se você usar um cabo Ethernet blindado, a blindagem será conectada ao chassi caso utilize um espaçador metálico conectado ao chassi.

O ideal é aterrar um cabo blindado em apenas uma extremidade. É difícil afirmar se ele estará ou não conectado ao terra físico no lado do PC.

Aqui está um desenho mostrando as dimensões da placa, posições dos furos de fixação e localização dos conectores: Diagrama mecânico em PDF.

Aqui está o arquivo PCB Eagle para projetistas de breakout boards. Ele mostra o contorno, os furos e os conectores do ESS.

Detalhes técnicos

Os detalhes técnicos e especificações do ESS podem ser encontrados aqui.

PC Shutdown and Restart Procedure

Este é o procedimento recomendado de desligamento e partida para seu PC, Mach, ESS e conjunto CNC.

Desligamento:

1) Acione o E-Stop de hardware. Isso deve impedir qualquer movimento adicional da máquina, removendo a alimentação e/ou habilitação dos motores.

2a) Se o ESS tiver uma fonte de alimentação separada que você possa controlar (RECOMENDADO):

Desligue o conjunto CNC
(Isso permite que o ESS continue controlando todos os pinos de saída do conjunto CNC)
Feche o Mach, o que também desligará o ESS de forma adequada
Desligue o ESS

2b) Se o ESS for alimentado pela chave geral de todo o conjunto CNC:

Feche o Mach, o que também desligará o ESS de forma adequada
Desligue o conjunto CNC, incluindo o ESS

3) Feche aplicações CAM relacionadas, como SheetCam. Não recomendamos executar outros softwares ao mesmo tempo que o Mach, caso eles travem ou deixem a máquina lenta, embora saibamos que muitos usuários fazem isso mesmo assim.

4) Desligue o Windows. Desligue o PC

Inicialização:

1) Ligue o PC. Aguarde o Windows carregar completamente e inicializar todo o hardware e software, especialmente a porta Ethernet.