Rétro-ingénierie SIPLACE 80 F

= Avancements =

Décembre 2014

 * un User Manual a été trouvé sur le web mais il correspond à une version datant de 1999 alors que la notre est sortie d'usine en 1995, les schémas indiquent des modifications assez importante, mais c'est mieux que rien. (AJOUTER LIEN PDF)
 * la machine ne peut pas être remis en marche à cause d'une panne du disque-dur de l'ordinateur embarqué.
 * l'objectif est de savoir si on peut réutiliser le driver des servos-moteurs et les règles.
 * aucune doc n'a été trouvé les concernant mais nous pouvons tenter notre chance auprès du fabricant Mattke.
 * la carte est assez dense mais elle ne contient que des composants basiques.
 * les racks de la machine on été sortie afin de tracer les câbles et les cartes électroniques essentielles ont été photographié.
 * cela a permis d’identifier un certain nombre de choses mais il reste au moins 8 pins inconnues.
 * il est fort probable que la carte implémente une boucle fermée PID analogique sur la vitesse, voir le courant/Couple et des protections.
 * dans l'attente d'une prise de contacte avec Mattke, j'expérimente un logiciel de visualisation et de traitement d'images pour faciliter la compréhension du PCB (j'ai pas pu résister à la tentation puisque c'est mon métier).


 * les servo-moteurs sont équipés de tachymètres, la position est fournie par une règle.
 * nous n'avons pas de documentation sur le capteur, ni sur la résolution de la règle, il faut contacter le fabricant.

Janvier 2015

 * Nous n'avons pas obtenus de retour d'information de Mattke et presque rien de RSF.
 * Je vais donc tenter de faire parler les cartes ...
 * J'ai repris des photos des cartes un peu plus sérieusement: usage d'un pied, faible iso, balance des blancs, focale constante pour le recto/verso. J'aurais du faire une anti-shading, car l'éclairage des néons n'est pas uniforme en méca légère.
 * J'avance sur le soft afin se savoir on vont les pins inconnues: l'idée est d'avoir au minimum une bascule recto/verso et une coloriage, de sorte à exploiter son cerveau à autre chose que de la mémoire visuelle.
 * J'ai sorti le rack contenant la partie électrique: disjoncteurs et transformateurs.
 * Il y a des étiquettes assez évocatrice: cf. partie sécurité
 * La compréhension de l'alimentation est une étape essentielle pour tenter de mettre sous tension la machine (où plutôt ce qu'il en reste).

Février 2015
Week-end du 07/02:
 * J'ai démonté les parties de la machine que nous ne réutiliserons pas, à la fin il y avait plein de morceaux partout mais au moins c'est fait.
 * La carte montée sur la tête et incluant un front-end du capteur linéaire incrémentale a été extraite. Cette deuxième carte va faciliter l'ingénierie renversée car le routage est différent entre les deux axes.
 * Nous avons récupéré avec la Siplace un module de chargeur de carte, le rack de puissance contient les mêmes types de driver et de moteur. Je vais tenter de croiser les informations pour en savoir plus sur leur fonctionnement.
 * Les cartes dans la tête contiennent de manière récurrente le circuit inconnu EMZ2510: s'agit il vraiment d'un interpolateur ?

Week-end du 14/02:
 * J'ai annoté des photos du PCB du front-end du capteur de la règle de l'axe sur le portique.
 * J'ai annoté des photos de carte d'interconnexion provenant du rack du chargeur de carte.

Pour la suite:
 * front-end du capteur linéaire incrémentale:
 * fabriquer un connecteur femelle HE34 34-pin 2 rangées au pas standard pour alimenter la carte et sortir les trois signaux différentielles issues du AM36LS31.
 * fabriquer un connecteur femelle HE14 14-pin 2 rangées au pas standard pour le testadapter.
 * fabriquer un connecteur femelle HE10 10-pin 2 rangées au pas standard pour s'interconnecter sur le capteur.
 * Déterminer le tension d'alimentation du ST 78L05A qui alimente aussi le capteur via une résistance de 167 R. La tension d’entrée maximale du ST 78L05A est de 30V.

= Sécurité =

Cette machine est raccordée au secteur en triphasé L1/L2/L3 + N et PE. Le courant est filtré par un imposant filtre EMI et la tension est convertie par des gros transformateurs (dont un tri).

Des étiquettes indiquent clairement un risque d'électrocution lorsque la machine n'est plus raccordée au secteur ou lorsque l’interrupteur générale est abaissé.

On peut donc suspecter la présence de capacités suffisamment importante pour engendrer un choc électrique. Comme la machine est en mode « hack », on ne peut pas prendre le risque qu'une personne se décharge l'énergie stockée dans cette machine!

Lors de la prochaine mise sous tension, il faudra donc évaluer les risques et prendre des dispositions en conséquence:
 * quelles sont les tensions en jeu
 * il y a il des capacités / inductances dangereuses à purger
 * etc.

On peut imaginer que les tensions et les condensateurs évoqués par les étiquettes de sécurité sont ceux qui alimentent les moteurs à courant continu (environ 100V). Dans ces conditions, la déchage des condensateurs réservoirs à l'aide de bleeders classiques est inefficace tant cette solution va consommer une quantité notoire d'énergie pendant le fonctionnement normal de la machine. Si le problème est avéré, et si l'on souhaite décharger rapidement les condensateurs (par exemple en moins de 20 secondes, sachat que 50VDC est considéré comme une tension sans risque), une modification de l'alimentation peut être envisagée afin d'ajouter un système de bleeder à commutation active et/ou de décharge dans le transformateur. La mise en oeuvre de petits voltmètres numériques 100V (ou modèles 200V) est bien pratique pour permettre de visualiser les différentes tensions d'alimentations et d'attendre -lorsque le secteur est coupé - qu'elles atteignent des valeurs sans danger.

= Plaque Signalétique =

Siemens

= Démontage =

Démontage du rack "Servo Unit":
 * retirer la vis 6 pan de verrouillage
 * tirer le rack vers soi afin de le sortir complètement
 * soulever le rack et l'incliner dans le sens anti-horaire pour le faire sortir de la glissière du bas
 * le rack est ensuite mobile et relativement léger, la nappe de câble est assez longue

= Pannes =

L 10 uH remplacé par un pont de soudure pour garder la continuité de la trace à l'Ohmmètre, le boitier de la deuxième est tombé ... Vibrations ???
 * disque-dur de l'ordinateur embarqué HS
 * au démontage de la carte "conversion board large axis" : constaté une inductance explosée et des pins noircie sur le connecteur d'une des nappes.
 * capteur de fin de course NF X8 de l'axe X probablement HS
 * réparer le connecteur HE10 du capteur linéaire incrémentale du grand axe (Y) et protéger l'ensemble car le capteur ne semble pas démontable ...

= Topologie de la machine =

Axes:
 * axe Y: translation du portique, orienté du moteur de l'axe Y vers le portique
 * axe X: translation de la tête, orienté de la tête vers le moteur de l'axe X

Bâtie:
 * rack "Control Unit"
 * rack "Servo Unit"
 * Rangé du haut
 * alimentation
 * Ballast circuit
 * Rangé du milieu
 * Rangé du bas
 * chokes L1/L2 L3/L4
 * carte Dynamic Brake
 * axis
 * crash board
 * axis
 * carte Dynamic Brake
 * chockes L5/L6 L7/L8
 * carte "Conversion Board Portal"
 * moteur de l'axe Y: portique
 * portique
 * carte "Conversion Board Large Axis"
 * moteur de l'axe X: tête
 * carte "Conversion Board Small Axis"
 * tête

La carte CBLA est relié par une nappe mobile à la carte CBL, qui est relié au SU.

= Références des composants de la machine =

Moteur Axe X

 * |[Mattke]
 * AntriebsTechnik
 * D-79108 Freiburg
 * Germany


 * Type: RS330ER1100
 * 02/98 (postérieur à la date de la machine)
 * No: 513121


 * Mo: 0.78 Nm
 * U: 51 V
 * I0: 5,9 A
 * N: 3000 min-1


 * Tachymètre
 * Type: TBN206R1000
 * No: 79265
 * 02/98


 * Ke: 6 mV/min-1
 * amplitude: 180 mV @N

Moteur Axe Y

 * Mattke
 * AntriebsTechnik
 * D-79108 Freiburg
 * Germany


 * Moteur Courant Continu à aimants
 * Code: RS540CR1111
 * No: 404231
 * 03/95
 * classe: F
 * IP 54
 * Mo: 5.7 N
 * I0: 17 A
 * Imax: 80 A
 * Un: 98V
 * Nn: 2500 tr/min
 * Tachy: 6 mV/tr/min
 * Frein: V=== Nm
 * Made In France

Encodeur Optique Incrémentale Linéaire Axe Y
[RSF Elektronik]


 * Type: MS 441
 * Code: 83500100
 * Nr: 065-802034 01 007

Connecteur X4 sur CBLA, 2*5 coudé pas standard

La règle comporte deux niveaux de graduations: les marques de référence (RI) tous les 100 mm et le grating.

Les modèles actuelles ont une interface simple:
 * +5V
 * 0 V
 * signal différentiel A1/2/RI en quadrature 1 Vpp
 * 10 pins + shielding sur DB15

Brochage des nôtres:
 * connecteur HE10 femelle (non démontable)
 * signal différentiel A (pin +, pin -) AA pin 1
 * signal différentiel B (pin +, pin -) BA pin 3
 * 5V (pin 7) et masse alimentant l'amplificateur différentiel (pin 2 et 6)
 * masse du bâti (pin 4) capa avec masse 5V
 * +?V via 167 R et qui alimente aussi le 78L05A (pin 8)
 * une pin détrompeur (pin 10)

Pin 9 et 5: A ou B ?

Commentaires

 * déterminer le brochage: repérer Vcc et la masse, line receiver sur CBLA ?
 * tester
 * déterminer la résolution

Contact avec M.Höpfel, responsable du service de maintenance de RSF, qui nous a bien aimablement répondu. Les MS441 sont de règles à sortie sinus 1,4Vss (sur masse flottante 2,5V) ce qui en soit est assez classique. La règle est alimentée par une source de courant de valeur inconnue. C'est plus original mais sans port autant être problématique. D'après RSF seul le contrôleur original convient pour mettre en oeuvre les règles MS441. Les indication fournies sont toutefois suffisantes pour mettre en oeuvre les règles, soit en utilisant la carte d'interpolation native (facteur de conversion probablement égal à un; ce sera vérifié) soit en mettant en oeuvre des interpolateurs plus actuels qui ont l'avantage d'inclure les intégrateurs de tension crête, ce qui rend le fonctionnement de la règle de mesure plus robuste à l'encrassement. L'interpolateur dont nous disposons sort forcément deux signaux carrés déphasés A et B ultra-classiques et fournis sous forme de tension différentielle (RS422). Ces signaux sont exploités par le contrôleur de moteur natif ou tout autre contrôleur de moteur du commerce, si l'on constatait que le contrôleur natif n'est plus exploitable.
 * Manifestement, la règle dispose de sorties sinus (en courant ou tension, à déterminer). Devant l'absence de documentation, contacter le fabricant pour avoir des infos détaillées. Demande de doc faite zu fabricant le 18/01/2015.

La vérification de l'interpolateur n'appelle pas de difficulté particulière. Pour le moment, deux orientations ont été identifiées pour étudier son fonctionnement. La première consiste à remettre l'interpolateur dans la machine et de l'alimenter par celle-ci. Comme la machine est en cours de démontage, la remise sur secteur ne peut se faire immédiatement car cela necessite d'enlever préalablement l'ensemble des des faisceaux électriques devenus inutiles. La seconde orientation consiste à alimenter l'interpolateur de manière autonome en identifiant les tensions dont il a besoin par rétroingénierie. La présence d'un régulateur de tension 5V donne déja des pistes d'investigation.

= CBLA =


 * ST 78L05A
 * ST 324 93N431 : LM324 ? four independent, high gain, internally frequency-compensated operational amplifiers.
 * Motorola LS86 : Quad 2-Input Exclusive OR Gate
 * TI LS07 : HEX BUFFERS/DRIVERS WITH OPEN-COLLECTOR HIGH-VOLTAGE OUTPUTS
 * TI LS123 : RETRIGGERABLE MONOSTABLE MULTIVIBRATORS
 * Philips 74HC14 : Hex inverting Schmitt trigger
 * TI AM26LS31C : QUADRUPLE DIFFERENTIAL LINE DRIVER


 * Noname 9437LGX EMZ2510 5147-A0 ???

= Driver de servomoteur Axe X/Y =

Bregenhorn, Bütow & Co. Antriebstechnik Leinenweberstr. 14 D-79108 Freiburg
 * Fabricant :

Désormais Mattke AG
 * Contacter le fabricant pour obtenir de la documentation afin de connaître les fonctionnalités et les possibilités d'interfaçage de cette carte. Demande de doc faite zu fabricant le 18/01/2015.


 * Type: TRS120/20YL YV 2.2 Axe ?
 * Type: TRS120/10XL XV 3.2 Axe ?
 * Ser-Nr. 6371194
 * La carte dispose également d'un n° d'autentification Siemens (AUT 5).


 * Motorola MC14584BCP Hex Schmitt Trigger
 * PMI OP07 (ST Very low offset single bipolar operational amplifier)
 * ST LM339N LOWPOWER QUAD VOLTAGE COMPARATORS
 * ST LM348N FOUR UA741 QUAD BIPOLAR OPERATIONAL AMPLIFIERS
 * ST LM358M Low Power Dual Operational Amplifiers
 * ST TL082CN GENERAL PURPOSE J-FET DUAL OPERATIONAL AMPLIFIERS
 * ST TL084CN GENERAL PURPOSEJ-FET QUAD OPERATIONAL AMPLIFIERS


 * ST HC4075BE TRIPLE 3 INPUT OR GATE
 * Toshiba TC4044BP QUAD 3-STATE R/S LATCH(Quad NAND R/S Latch)


 * Si9910 Adaptive Power MOSFET Driver
 * IRF 640 N-channel TrenchMOS transistor

= Dynamic Brake Card =

Cette carte sert à freiner le moteur par dissipation thermique via une résistance de 8R. Elle se branche en parallèle sur le moteur et est commandée par un relai NF relié dans notre cas au driver du moteur. La carte contient deux SCR montées en anti-parallèle, qui lorsque le relai est alimenté vont s’enclencher exclusivement selon le sens de rotation du moteur et connecter la résistance au moteur.

Un schéma de dynamic brake est discuté dans le document Mattke MTR20K_A1_00_GB_S.pdf section 2.8.

Cette carte n'est pas nécessairement utile pour un laser cutter car nous ne requérions pas de fortes accélérations et décélérations contrairement à une pick-and-place. Elle peut aussi servir pour un arrêt d'urgence.

Composants:
 * deux ST BTW69-400 SCR
 * MJE13005 4 AMPERE NPN SILICON POWER TRANSISTOR 400 VOLTS 75 WATTS