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Pink: Dual Motor Control System

Steuerung von zwei unabhängigen Gleichstrommotoren ("Teller Mitte" / "Teller Rot", keine echten Schrittmotoren, siehe Diagnose-Notizen unten) mit Mattke-MTR-24...60/5- Servoverstärkern über ESP32-S3. Ersetzt die defekte SPS einer PVD-Sputterbeschichtungsanlage (PINK GmbH Vakuumtechnik, Vakuumlabor Fachbereich Physikalische Technik).

Stand aus der Diagnose-Session (2026-08-25)

Durch Nachmessen an der DIN41612-Steckerplatine von "Teller Mitte" bestätigt:

  • Pos-/Neg-Stop (A14/A12) fest auf GND gebrückt → Motor in beiden Richtungen frei
  • Sollwert 2 (A10/E10) auf GND → ungenutzt
  • Sollwert 1 (E8/C10) und Disable (E12) waren früher über Relais von der SPS geschaltet – diese Verbindungen fehlen jetzt und müssen neu aufgebaut werden
  • Erfolgreicher manueller Test: Motor lief über C6 (+12V) → Poti "Schnell"/"Langsam" → 8e (Sollwert 1), Disable (12e) auf GND

⚠️ Offener Punkt: Es gibt in diesem Repo zwei unterschiedliche Ansätze für die Sollwert-Erzeugung, die noch nicht gegeneinander entschieden sind:

  1. Die hier dokumentierte MCP4725/LM358-DAC-Lösung (kontinuierlicher Sollwert, nötig für spätere Positionierung mit Encoder)
  2. Ein in derselben Session gebauter Relais/Optokoppler-Ansatz mit Web-Oberfläche (schneller Weg zum ersten Erfolgstest, nutzt die vorhandenen Frontplatten-Potis "Schnell"/"Langsam" statt eines DAC)

Vollständige Mattke-Steckerbelegung, Diagnoseverlauf und Projektstatus: siehe Obsidian-Notizen 02 Projekte/Sputteranlage SPS-Ersatz.md und 04 Ressourcen/Elektronik/Mattke MTR 24-60-5 Steckerbelegung.md im HSRM-Vault.

Hardware-Übersicht

Hardware-Übersicht

Komponente Modell Funktion
Mikrocontroller ESP32-S3-N16R8 Steuerzentrale
DAC (2×) MCP4725 (I2C) 12-Bit Digital-Analog-Wandler (Motor 1 & 2)
Operationsverstärker LM358 Spannungsverstärkung (0...3.3V → 0...10V)
Optokoppler PC817 Galvanische Isolation
Motor-Steuerung (2×) Mattke MT24 60 24...60V, 5A Schrittmotor-Steuerung

Schaltplan & Verdrahtung

I2C Anschlüsse (ESP32-S3)

ESP32-S3         MCP4725 (Motor 1)   MCP4725 (Motor 2)
GPIO8 (SDA) ─────────────────────────────────────── SDA
GPIO9 (SCL) ─────────────────────────────────────── SCL
GND         ─────────────────────────────────────── GND (gemeinsam)
+3.3V       ─────────────────────────────────────── VDD (gemeinsam)

I2C-Adressen:

  • Motor 1 DAC: 0x60 (A0=GND, A1=GND, A2=GND)
  • Motor 2 DAC: 0x61 (A0=+3.3V, A1=GND, A2=GND)

DAC → OpAmp → MT24

LM358 Nicht-invertierender Verstärker (Kanal 1: Motor 1)

MCP4725 Motor 1 Output ──────→ [R_in = 100kΩ] ─→ LM358 Pin 3 (IN+)
                                                    │
                                    ┌───[R_f = 203kΩ]───┐
                                    │                    │
                                   [R_g = 100kΩ]        │
                                    │                    │
                                    └────→ LM358 Pin 2 (IN-) ← Pin 1 OUT (Feedback)
                                           │
                                    GND ───┴─ (optional)

Gain = 1 + (R_f / R_in) = 1 + (203/100) = 3.03×
→ 0...3.3V DAC × 3.03 = 0...10V Motor-Eingangsspannung

Output LM358 Pin 1 → MT24 Sollwert-Eingang (0...±10V)

  • Mit PC817 Optokoppler isoliert (optional für EMV)

Kanal 2 (Motor 2) identisch auf LM358 Pins 5-7

PC817 Optokoppler-Isolation (optional)

LM358 OUT1 ──┬─→ [R_limiting = 1kΩ] ─→ PC817 LED (Pin 1)
             │                          PC817 Collector (Pin 4) ─→ MT24 #1
             └─→ 0V                      PC817 GND (Pin 2) ─→ 0V
                                         PC817 Emitter (Pin 3) ─→ 0V

Software-Architektur

src/
├── main.cpp                   # Test-Firmware mit Testphasen
└── (none – Header-only)

include/
├── mcp4725_driver.h          # MCP4725 DAC-Treiber (I2C)
├── lm358_converter.h         # OpAmp-Kalibrierung (3.03× Gain)
└── motor_controller.h        # High-level Motor Control API

Dateiübersicht

mcp4725_driver.h

  • Initialisiert beide MCP4725 DACs auf I2C-Adressen 0x60 & 0x61
  • Methoden: setMotor1Speed(), setMotor2Speed(), emergencyStop()
  • Eingabe: 0...3.3V, Output: 12-Bit DAC-Wert (0...4095)

lm358_converter.h

  • Berechnet OpAmp-Ausgangsspannung: calculateMotorVoltage(dac_voltage)
  • Umkehrberechnung: reverseCalculate(desired_motor_voltage)
  • Gain-Kalibrierung: 3.03× (100kΩ + 203kΩ Resistor-Divider)
  • Spannungsbereich: 0...3.3V DAC → 0...10V MT24

motor_controller.h

  • Public API für Anwendungscode:
    • init() – System initialisieren
    • setMotorSpeed(motor, voltage) – Spannungsvorgabe in Volt (0...10V)
    • setMotorSpeedPercent(motor, percent) – Prozentsatz (0...100%)
    • stopMotor(motor) – Motor stellen
    • stopAllMotors() – Notfall-Stop
    • rampMotorSpeed(motor, target_voltage, ramp_time_ms) – Sanfte Beschleunigung
    • getMotorVoltage(motor) – Aktuelle Spannung auslesen

Anwendungsbeispiel

void setup() {
  MotorController::init();
}

void loop() {
  // Motor 1 auf 50% Geschwindigkeit (5V)
  MotorController::setMotorSpeedPercent(MotorController::MOTOR_1, 50.0f);
  delay(2000);
  
  // Motor 2 sanft auf 8V beschleunigen (über 3 Sekunden)
  MotorController::rampMotorSpeed(MotorController::MOTOR_2, 8.0f, 3000);
  delay(3000);
  
  // Notfall-Stop
  MotorController::stopAllMotors();
}

Test-Firmware

Die main.cpp enthält eine automatische Testsequenz:

Phase Aktion
1 Motor 1 @ 30% (3V)
2 Motor 1 @ 50% (5V)
3 Motor 1 @ 80% (8V)
4 Motor 2 @ 20% (2V)
5 Motor 2 @ 60% (6V)
6 Motor 2 @ 90% (9V)
7 Beide @ 50% (5V)
8 Beide @ 100% (10V)
9 Ramp-Test (sanfte Zu-/Abfahrt)
10 Notfall-Stop

Jede Phase dauert 5 Sekunden (konfigurierbar via TEST_INTERVAL_MS).

Build & Upload

# Build
pio run -e esp32

# Upload
pio run -e esp32 -t upload

# Monitor serielle Ausgabe
pio device monitor -b 115200

Erwartete Serielles Output:

=== PINK DUAL MOTOR CONTROL SYSTEM ===
ESP32-S3 with MCP4725 DAC & LM358 OpAmp
Target: Mattke MT24 60 Steuerungen (2×)

=== Initializing Dual Motor Control System ===
✓ MCP4725 DACs initialized

=== LM358 Converter Calibration ===
Gain Factor: 3.03
DAC Input Range: 0.0...3.3V
Motor Output Range: 0.0...10.0V

Calibration Test Points:
  DAC 0.00V → Motor 0.00V
  DAC 0.83V → Motor 2.51V
  DAC 1.65V → Motor 5.00V
  DAC 2.48V → Motor 7.50V
  DAC 3.30V → Motor 10.00V

✓ Motor controller ready

GPIO Belegung

GPIO Funktion Bezeichnung Schaltschrank
04 DI 01 Drehschalter Stellung 1
05 DI 02 Drehschalter Stellung 2
06 DI 03 Drehschalter Stellung 3
07 DI 04 Drehschalter Stellung 4
15 DO 01 24 V Relais Eckventil Bypass 12Y4, 20S5
16 DO 02 24 V Relais Eckventil Rezipient 12Y2, 18S1
17 DO 03 24 V Relais Vorpumpe
18 DO 04 24 V Relais Turbopumpe

Vakuumablauf

  1. Bypassleitung auf
    Leitung von Turbo zum Rezipienten zu
    Drehschieberpumpe ein
  2. Wenn Vordruck erreicht ist, Bypassleitung schließen
    Leitung zur Turbo öffnen
  3. Wenn Turbo evakuiert ist, Turbo einschalten, Eckventil zum Rezipienten öffnen

VP: Vorpumpe, Drehschieberpumpe
TP: Turbopumpe
EV_BP: Eckventil Bypass: 12Y4, 20S5
EV_RE: Eckventil Rezipient: 12Y2, 18S1

Gesteuert durch einen mehrpoligen Schalter

Schalterstellung Digital IN Digital OUT Bezeichnung Schaltzustand
1 DI 01 DO 01 EV_BP 0
DO 02 EV_RE 0
DO 03 VP 0
DO 04 TP 0
2 DI 02 DO 01 EV_BP 1
DO 02 EV_RE 0
DO 03 VP 1
3 DI 03 DO 01 EV_BP 0
DO 02 EV_RE 1
DO 03 VP 1
4 DI 04 DO 01 EV_BP 0
DO 02 EV_RE 1
DO 03 VP 1
DO 04 TP 1

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