Sterowanie CNC - jak to ugryźć?

W związku z napływającymi pytaniami, czy to z elektrody, czy to z YouTube, postanowiłem wyjaśnić jak to wszystko ze sobą połączyć. Generalnie maszyna CNC prócz części mechanicznej (której wykonanie dla wielu z Was nie stanowi problemu), składa się z elektroniki (z tym już gorzej - wnioskuję po mailach). Głównie za jej pomocą możliwe jest sterowanie silnikami, do których podpięte są napędy osi, czy to za pomocą pasków, czy napędów śrubowych (śruby kulowe, trapezowe, czy też metryczne). 
W tym poście postaram się wyjaśnić, jak to wszystko ze sobą połączyć, żeby wszystko grało. Zdecydowałem także, że wyjaśnię pokrótce funkcje poszczególnych klocków całej tej układanki. Jako, że pracuję aktualnie nad stworzeniem systemu kompatybilnych ze sobą podzespołów, będzie dużo łatwiej opisywać niezbędne zagadnienia. Zatem do rzeczy:

Poniższy diagram pokazuje, jak docelowo ma całość wyglądać. Roboczo nazwałem to tak samo jak alias mojego bloga, czyli nieskromnie system "soki-cnc".

Kolory. 
Zielone - gotowe już klocki sterowników, o których możecie poczytać tutaj,
Niebieskie - elementy w przygotowaniu, ale już zaprojektowane i po częsci wyfrezowane, 
Pomarańczowe - gotowe elementy dostępne w sklepach z elektroniką lub na aukcjach internetowych, 
Różowe - krańcówki bazujące osie, 
Czerwony - włącznik zatrzymania awaryjnego, czyli tzw. grzybek. 

W projekcie moim postaram się wszystko przygotować tak, aby każdy kto potrafi choć trochę lutować, ma ciutkę zaskórniaków i hobbystyczne zacięcie, będzie w stanie wykonać bez większych przeszkód cały taki system w domowych pieleszach. Poniżej opisy poszczególnych elementów diagramu.

Zasilacz HV + zabezpieczenia.
Nazwa zasilacz jest użyta odrobinę na wyrost. Gdyż jest to po prostu zespół kilku elementów wśród których znajdziemy między innymi listwy przyłączeniowe (ARK lub jak w Eagle AK500), bezpiecznik transformatora oraz przekaźnik wrzeciona wraz z kompatybilnym złączem. Schemat i płytka prezentują się następująco:

Schemat zasilania HV

Widok płytki zasilania HV

Opisy mam nadzieję są w miarę jasne. Głównym zadaniem tej płytki jest uporządkowanie przewodów wysokiego napięcia, jakim jest napięcie sieciowe 230V. Dobrze będzie zaizolować i odpowiednio zabezpieczyć tę płytkę. Gdyż na niej znajduje się potencjalne źródło porażenia. 

Zasilacz LV + zabezpieczenia
Jak łatwo się domyślić płytka ta zawiera w sobie zasilanie niskiego napięcia znajdujące się już za transformatorem oraz szereg zabezpieczeń w postaci bezpieczników. Dodatkowo wzbogacona jest o stabilizator napięcia 5V. Celowo zastosowałem tutaj LM317T, gdyż jako jedyny ze stabilizatorów liniowych ma różnicę napięcia wejściowego i wyjściowego wynoszącą 35V. W przypadku 7805 mamy możliwość "podania" max 18V na jego wejście. Schemat i płytka. 

Schemat zasilania LV

Projekt płytki LV

W przypadku mojej maszynki, niezbędne są dla mnie 4 komplety wyjść 40/5V, gdyż posiadam 4 sterowniki. 1X, 2Y oraz 1Z. Oczywiście zależnie od maszyny można wykorzystać tylko 3 lub nawet 2 z wyjść (plotery bez ruchomej głowicy Z).

Optoizolacja I/O
Zadaniem tego "klocka" jest odizolowanie galwaniczne portu LPT komputera od elektroniki CNC. Zdarzają się bowiem sytuacje, w których spali się jakiś element i napięcie np. 40V "przebije" nam na port, nieodwracalnie go uszkadzając. Stąd idea stosowania transoptorów. W moim projekcie dodałem *. To opcjonalne zastosowanie napięcia 5V pochodzącego z portu USB komputera. Dzięki temu zasilanie pullup'ów dla krańcówek również nie jest pobierane z maszyny, a z samego komputera. Więc w przypadku awarii nasz LPT jest bezpieczny.

Schemat opto I/O

Projekt płytki opto I/O

W przypadku gdy nie odczuwamy potrzeby stosowania oddzielnego zasilania z USB komputera (nasz system wydaje się być niezawodny :), wystarczy zrobić zworkę przy X2 i X7 (na czerwono) oraz połączyć masy pod jednym z transoptorów. 

Transformator komentarza nie wymaga. Mostek Greatz'a jest jako oddzielny komponent, gdyż większość mosktów powyżej 6A wymaga przykręcenia do radiatora. Stwierdziłem więc, że lepiej zastosować mostek z wyjściami na konektory i przykręcić go do radiatora. Krańcówki i Grzybek podłączone są do pullup'ów i odfiltrowane kondensatorami 100nF.
W chwili obecnej płytki są w fazie prototypów. I prezentują się następująco:

Jak to wszystko poskładam do kupy i polutuję, postaram się zaktualizować niniejszy wpis. 

Update1:
Polutowałem i podłączyłem zasilacz LV. Zachowuje się przyzwoicie, jednak LM317T będzie potrzebować solidnego chłodzenia. Podłączyłem na wejście trafo 28V AC, co po wyprostowaniu daje ok. 42V. Wiadomo, że pod obciążeniem będzie mniej, jednak na stabilizatorze w najmniej sprzyjających warunkach pracy jest spadek o 37V. Niebezpiecznie zbliżone jest to do maksymalnych osiągów LM'a, jednak powinien "unieść" do 100mA. Moc tracona będzie wynosić 3,7W, a jak wiadomo, trzeba to ciepło gdzieś odprowadzić. Dlatego trzeba pilnować, aby stabilizator miał swój radiatorek.
Tak to wygląda. 

Widok polutowanego zasilacza LV

Tak wygląda podłączenie zasilania do sterownika

Jak widać, kostki rozmieszczone są tak, aby zasilanie było kompatybilne. Nie trzeba prowadzić plączących się przewodów, wystarczy 3 żyłowa taśma i gotowe. Działam dalej :)