galvanische Trennung
Bei einer CNC-Maschine werden Motorströme sehr schnell geschaltet, was in der Umgebung starke elektrische Störungen hervorruft. Ebenso erzeugen Schaltregler für die Spannungsversorgung oder zündende Plasmaschneider ähnliche Probleme. Diese würden ohne Schutzmaßnahmen die Funktion der Steuerung soweit beeinträchtigen, dass ein vernünftiges Arbeiten nicht mehr möglich wäre.
Auf dem zboard sind aus diesem Grunde eine Reihe an Vorkehrungen implementiert, damit Störungen keine Auswirkungen auf die Funktion haben. Eine davon ist die sogenannte galvanische Trennung. Hierbei werden kritische Komponenten einer Schaltung (Mikrocontroller, PC-Anschluss, etc.) in einer Insel platziert und von der "Außenwelt" elektrisch vollständig getrennt. Die "Insel" kann man im folgendem Bild in der Mitte recht gut erkennen:
Über die Grenze darf keine einzige elektrische Leitung gehen, selbst die Bezugsmasse wird aufgetrennt. Das ist auch der Grund, weshalb am zboard zwei Massebezüge rausgeführt sind: "GND" für die Analogeingänge und "EXTGND" für alle anderen Ein- und Ausgänge.
Die Trennung der Signale erfolgt den Anforderungen entsprechend:
- Eingangssignale von Schaltern und Sensoren werden gefiltert und entstört; aus elektrischer Sicht sind das daher langsame Signale. Hier werden Optokoppler für die Übertragung verwendet
- Ausgangssignale für Motoren müssen schnell und mit wenig Veränderung (Jitter) übertragen werden. Hierfür eignen sich schnelle Digitalisolatoren ideal
- Eine Spannungsversorgung ist auch nötig, dies erfolgt durch einen galvanisch getrennten Schaltregler von RECOM
Im unteren Bild sieht man die Optokoppler links eingekreist, rechts sind die Digitalisolatoren:
Diese Methode der Störungsbekämpfung zeigt nur dann Wirkung, wenn es wirklich konsequent auf der gesamten Leiterplatte angewendet wird. Leider sieht man bei anderen Produkten des Öfteren, dass man zwar mit galvanischer Trennung Werbung betreibt, aber in Wirklichkeit dieser trotz eingebauter Optokoppler wirkungslos bleibt. Der Grund sind meist zusammengeschaltete Massebezüge. Testen kann man das im ausgeschaltetem Zustand recht einfach mit einem Durchgangsprüfer: Kabel 1 an den Masseanschluss des Eingangssignals (bei induktiven bzw. kapazitiven Sensoren Kabelfarbe Blau), Kabel 2 an den Masseanschluss des Mikrocontrollers oder der Kommunikationsschnittstelle. Wenn es piept, dann ist die galvanische Trennung nicht vorhanden und Störungen können sich ungehindert ausbreiten.