Estlcam Klemmenadapter XL

Dieser Controller ist speziell für die Verwendung mit der Software Estlcam konzipiert, die von Christian Knüll entwickelt wurde und die Anforderungen im Hobby- und semiprofessionellen Bereich optimal erfüllt. Das Controller-Modul nutzt die neueste Estlcam-Hardware und bietet die erweiterten Funktionen des Klemmenadapters XL.

Überblick

nur mit Estlcam Version 12.100 oder höher kompatibel! Für ältere Estlcam Versionen kann das ControllerModule Estlcam mit Arduino Mega genutzt werden.

• 3-Achsen (eine Achse mit zwei individuellen Motoren zum Ausrichten einer Portalfräse über Estlcam)

• Für Motoren/Treiber/Endstufen mit 5V Takt und Richtungssignal

• 16 Eingänge

• 8 Ausgänge

• 7 analoge Eingänge z.B. für Temperatursensoren, Druckmesser etc.

• Impulsmessung z.B. für Durchflusssensoren...

• Nutzung von originalen Estlcam Mini-Din Handrad oder OCS2 Handrad

• Verbindung mit dem PC über galvanisch getrenntem USB-C-Anschluss

  • Schutz des Computers vor Kurzschlüssen

  • Erhöhte Stabilität und Entstörung der Verbindung

Unterstützung der OCS2 Funktionen

Möglichkeiten OCS2	Unterstützung des Estlcam Adapters
6 Achsen	⚠️ Steuerung von 3 Achsen. Die Y-Achse ist auf Y-rechts und Y-Links aufgeteilt. Estlcam bietet für diese Achse eine Autosquaring-Funktion. Weitere Achsen können auf dem Shield gleichlaufend konfiguriert werden.
16 Eingänge	✅ 16
8 Ausgänge	✅ 8
Spindelgeschwindigkeitssteuerung 0-5V, 0-10V oder 5V PWM	✅
Spindel An/Aus Anschluss zum Schalten eines Relais / Frequenzumrichters	✅
Enable der Treiber Schalten	Ja, wenn der Jumper J3 auf dem ControllerModule gesetzt ist. ENA ist dann mit Ausgang 9 verbunden.
Externe Bedienelemente
Handrad / Encoder	✅
Motor Start Taster	✅
Programm Start Taster	✅
OK Taster	✅
Feedrate (Vorschubgeschwindigkeit)	✅
Rotation Speed (Spindelgeschwindigkeit)	✅
3-Achsen Joystick	✅

Zusätzliche Funktionen direkt auf dem ControllerModule

• 7 analoge Eingänge

  • 3 x Widerstandsmessung (Beschriftung 1R, 2R, 3R)

  • 2 x 0-20mA Strommessung (Beschriftung 4I, 5I)

  • 2 x 0-10V Spannungsmessung (Beschriftung 6U, 7U)

• Anschluss des originalen Estlcam Handrads über eine Mini-Din Buchse

• 5V Step Signal für einen Stepper Treiber

  • Dieser Ausgang erzeugt präzise getaktete Impulse. Z.B. für Nebelkühlung mit Injektorventilen oder zentrale Schmierstoffdosierung mit Magnetpumpen.

• Frequenz-/Impulszähleingang (5V TTL)

  • Z.B. zur Überwachung des Spindelkühlmittelflusses mit einem Turbinen-Durchflussmesser.

Achsen Konfiguration

Eine neue Funktion der Estlcam-Hardware ermöglicht die individuelle Steuerung einer Achse mit zwei Motoren. Dies ist besonders bei Portalfräsen nützlich, um die Ausrichtung der Achse präzise einzustellen. Diese Funktion übernimmt die Aufgabe des Autosquarings, das bislang vom OCS2-System bereitgestellt wurde – allerdings nur für eine Achse. Müssen mehrere Achsen ausgerichtet werden, kann dafür weiterhin die OCS2 Autosquare Funktion genutzt werden (unbedingt auf die doppelte Y-Achse bei der Konfiguration achten!)

Estlcam Achse	OCS2 Achse
X	X
YL	Y
YR	A
Z	Z

Handrad Schalter

Auf dem Controller-Modul befindet sich ein Schalter, welcher zur Auswahl des Handrads verwendet wird. Der Schalter kann entweder auf „OCS Handwheel“ oder „Mini-Din Handwheel“ eingestellt werden.

OCS Handwheel: Diese Einstellung ermöglicht die Nutzung des Handrads in Estlcam, das an das OCS2 angeschlossen ist. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Handrad über ein Panel-Modul oder per WiFi verbunden ist. Technische Umsetzung (Hintergrundinformation): Auf dem Controller-Modul ist ein Atmega328 integriert, der die Signale vom OCS2 (Joystick, Taster etc.) einliest und über I2C an Estlcam weiterleitet – genauso wie es das originale Estlcam-Handrad macht.

Mini-Din Handwheel: In dieser Schalterstellung kann das originale Estlcam-Handrad mit Mini-Din-Stecker genutzt werden.

Hinweis für beide Varianten: Zuerst die Stromversorgung einschalten und das Handrad anschließen, dann Estlcam starten und die Steuerung programmieren. Im „Programmierfenster“ von Estlcam sollte dann eine Meldung wie „Zusatzmodul Handrad 001“ erscheinen. Es ist außerdem nicht möglich, das Mini-Din-Handrad und ein OCS2-Handrad gleichzeitig zu verwenden. Nur eines von beiden kann genutzt werden.

Nicht im laufenden Betrieb zwischen den Handrädern umschalten! Die Steuerung muss in Estlcam nach dem Umschalten neu programmiert werden! Beim Umschalten während laufender Steuerung auf unvorhersehbares Verhalten der Fräse vorbereitet sein!

Pin Mapping

Hier einmal eine Übersicht über die Funktionen und Pins

Klemmenadapter Pin	OCS2 Pin	zusätzliche Info
Eingänge 1-16	Eingänge 1-16 an den InOut-Modulen	Ein- und Ausgänge nutzen
Ausgänge 1-8	Ausgänge 1-8 an den InOutModulen	Ein- und Ausgänge nutzen
(Ausgang 9)	(ENA)	Wenn der Jumper J3 gesetzt ist kann mit Ausgang 9 in Estlcam der Enable der Treiber auf dem OCS2 geschaltet werden. Mehr dazu unter Enable Jumper J3
STEP X	STEP X
DIR X	DIR X
STEP YL	STEP Y
STEP YR	STEP A
DIR Y	DIR Y, DIR A
STEP Z	STEP Z
DIR Z	DIR Z

Enable Jumper J3

Wenn der Jumper gesetzt ist, kann Estlcam mit dem Ausgang 9 das „Enable“-Signal des OCS2 auf „High“ setzen. Dadurch sollten die Motoren (bei mir mit externen Treibern) stromlos sein. Bei manchen Treibern kann die Logik jedoch umgekehrt sein.

Damit dies funktioniert, muss der ENA-Jumper auf dem OCS2 mit GND verbunden sein. In diesem Fall ist das „Enable“-Signal der Treiber standardmäßig auf GND geschaltet, und die Treiber sind unter Strom. Estlcam kann dann den Ausgang 9 auf „High“ setzen, um die Motoren stromlos zu schalten.

In Estlcam lässt sich auch einstellen, dass der Ausgang automatisch beim Start des CNC-Programms entsprechend geschaltet wird.

Analoge Eingänge auf dem ControllerModule

Es gibt insgesamt 7 analoge Eingänge, darunter

• 3 x Widerstandsmessung (Beschriftung 1R, 2R, 3R)

• 2 x 0-20mA Strommessung (Beschriftung 4I, 5I)

• 2 x 0-10V Spannungsmessung (Beschriftung 6U, 7U)

• Analoge Sensoren können zur Überwachung von Temperaturen, Drücken, Füllständen und vielem mehr genutzt werden - z.B:

  • Überlastschutz für den Fräsmotor durch Überwachung von Spindel- und Kühlwassertemperatur oder Frequenzumrichter Ausgangsleistung...

  • Überwachung Vakuum Unterdruck, so dass die Maschine bei Leckagen rechtzeitig stoppt bevor die Haltekraft für das Werkstück zu gering wird...

  • Überwachung Druckluft Mindestdruck z.B. um Fehlfunktionen von Werkzeugwechslern oder Spannvorrichtungen zu vermeiden...

  • Füllstandsüberwachung für Minimalmengenschmierungen etc...

• Anschlussklemmen:

  • GND: Masseanschluss / 0V

  • 1R / 2R / 3R: Eingänge 1 bis 3 für Widerstandsmessung...

  • 4I / 5I: Eingänge 4 und 5 für Strommessung...

  • 6U / 7U: Eingänge 6 und 7 für Spannungsmessung...

  • V-Board: Versorgungsspannung für den Sensor, sofern er eine Stromversorgung benötigt.

    • Spannung abhängig von der am OCS2 angeschlossenen Spannung

• Widerstandsmessung:

  • Z.B. für

    • Temperatursensoren Typ PT1000 (NICHT PT100) oder NTC5K
    • Füllstandsensoren 0-190 Ohm
  • Bzw. generell Sensoren die mit deutlichen Widerstandsänderungen im Bereich von ca. 0 bis 10kOhm arbeiten...

  • Anschluss:

    • 1 Anschluss des Sensors mit "GND" verbinden...

    • Den anderen mit 1R / 2R oder 3R verbinden...

    • Welcher Anschluss mit GND und welcher mit 1R / 2R oder 3R verbunden wird ist egal...

    • Anschluss "V-Board" wird für Widerstandsmessungen generell nicht genutzt...

• Strommessung:

  • Z.B. für Druck und Vakuumsensoren...
  • Manche Frequenzumrichter können auch die Ausgangsleistung oder Spindelstrom als 4-20mA Signal ausgeben...

  • Bzw. generell Sensoren und Geräte die das Messergebnis als Strom von 4-20mA (bzw. 0-20mA) ausgeben...

  • Solche Sensoren gibt es sowohl mit 2 als auch 3 Anschlussleitungen, mit selbst geliefertem oder vom OCS2 bezogenem Strom:

    • 2 Leiter / über Adapter versorgt (die meisten Sensoren dieses Typs):

      • Verbinde den "Versorgungsspannungsanschluss / +" des Sensors mit "V-Board"

      • Verbinde "GND / -" des Sensors mit einem der Eingänge "4I" oder "5I"

      • Der oben verlinkte Sensor in der 4-20mA Version wäre z.B. von diesem Typ und es würde

        • "Pin1 / +Ub" mit "V-Board"

        • "Pin2 / GND" mit Eingang "4I" oder "5I" verbunden...

    • 2 Leiter / eigene Stromquelle (z.B. Frequenzumrichter mit 4-20mA Stromausgang):

      • Verbinde "GND / "-" des Sensors mit "GND"

      • Verbinde das Ausgangssignal des Sensors mit einem der Eingänge "4I" oder "5I"

    • 3 Leiter:

      • Verbinde "GND / -" des Sensors mit "GND".

      • Verbinde das Ausgangssignal des Sensors mit einem der Eingänge "4I" oder "5I"

      • Verbinde den "Versorgungsspannungsanschluss / +" des Sensors mit "V-Board"

• Spannungsmessung:

  • Z.B. für Druck und Vakuumsensoren...
  • Manche Frequenzumrichter können auch die Ausgangsleistung oder Spindelstrom als 0-10V Signal ausgeben...

  • Bzw. generell Sensoren und Geräte die ihr Messergebnis als Spannung zwischen 0 und 10V ausgeben...

  • Anschluss:

    • Verbinde "GND / -" des Sensors mit "GND".

    • Verbinde das Ausgangssignal des Sensors mit einem der Eingänge "6U" oder "7U"

    • Verbinde den "Versorgungsspannungsanschluss / +" des Sensors mit "V-Board"

      • Falls das Signal von einem Gerät mit eigener Stromversorgung wie z.B. einem Frequenzumrichter stammt entfällt diese Verbindung...

    • Beim oben verlinkten Sensor in der 0-10V Version würde

      • "Pin1 / +Ub" mit "V-Board" verbunden.

      • "Pin2 / GND" mit "GND" verbunden.

      • "Pin3 / Uout" mit Eingang "6U" oder "7U" verbunden.

Quelle: https://www.estlcam.de/tx.php#analog

Frequenz-/Impulszähleingang - 5V TTL (FRQ)

• Das ControllerModule hat einen Frequenzzählereingang der z.B. für Durchflusssensoren zur Überwachung wassergekühlter Fräsmotoren verwendet werden kann...
• Achtung: nur mit 5V Sensoren kompatibel!

• Anschlüsse:

  • GND: Masse (schwarzes Kabel beim oben verlinkten Sensor)

  • FRQ: 5V TTL Frequenzzählereingang (gelbes Kabel beim oben verlinkten Sensor)

  • +5V: 5V zur Versorgung des Sensors (rotes Kabel beim oben verlinkten Sensor)

Quelle: https://www.estlcam.de/tx.php#freq

5V Step Impulsausgang(FogPulse)

Dieser Ausgang erzeugt präzise getaktete Impulse. Z.B. für Nebelkühlung mit Injektorventilen oder zentrale Schmierstoffdosierung mit Magnetpumpen.

Anschluss an externe Treiber:

• FogPulse: Step Signal, wird an STEP/PUL eines externen Treibers angeschlossen.

• GND: Masse - wird mit GND des externen Treibers verbunden.

• DIR des externen Treibers kann weggelassen werden. Sollte der Motor in die falsche Richtung drehen, kann DIR an 5V angeschlossen werden.

Konfiguration in Estlcam

Das ControllerModule muss in Estlcam als Klemmenadapter eingestellt sein.

Schaue für detaillierte Informationen in die Estlcam Dokumentation: https://www.estlcam.de/tx.php#install

Ersteinrichtung des ControllerModules

Muss nur bei selbst produzierten Platinen durchgeführt werden. Alle im Shop erworbenen Platinen haben sowohl den Bootloader für Estlcam als auch die Firmware für den Atmega328 bereits installiert.

AVR Bootloader Aufspielen

Voraussetzung:

• Atmel-ICE Programmer(Amazon)
• Bootloader Dateien (Github)

Verbindung:

Atmel-ICE	ControllerModule Klemmenadapter XL
PIN 2	GND
PIN 3	PDI
PIN 4	VCC

1. Das ControllerModule und den Atmel-ICE nach obiger Beschreibung verbinden.

2. Das ControllerModule muss an 5V angeschlossen sein. Dazu entweder in das OCS2 stecken und dieses mit Strom versorgen oder direkt 5V an einem der Terminals auf dem ControllerModule anschließen.

3. Danach kann bei angeschlossenem Atmel-ICE programmer die Datei Prog_Klemmenadapter_XL - OCS2.bat auf dem Computer ausgeführt werden. Diese spielt den Bootloader und die passende EEPROM Konfiguration auf.
4. Fertig

ATMEGA328 Firmware aufspielen

Voraussetzung:

• ISP Programmer - ich nutze diesen: Amazon
• die Firmware Dateien (Github)

Verbindung:

Der Programmer kann direkt mit dem ICSP-Header auf dem ControllerModule verbunden werden.

1. Den Sketch in die Arduino IDE kopieren Sketch-Github
2. Das richtige Board auswählen (Arduino Nano )

3. Prozessor auswählen: Atmega328P old Bootlader

4. Programmer auswählen: USBasp bei obigem Programmer

5. Im Menü unter Tools->Burn Bootloader anklicken

6. Im Menü unter Sketch -> Upload Using Programmer

7. Fertig

Technische Details

Die schematischen Zeichnungen und DXF files zu der Platine sind auf Github zu finden:

cnc-werkstatt/OPEN-CNC-Shield 2.x/OCS2 modules/ControllerModules/ControllerModule Estlcam KLemmenadapter XL at master · timo1235/cnc-werkstattGitHub