Вопрос. Как работает ваш блок управления и в чем отличие от китайских вариантов управления паяльными станциями?

Для начала хотелось бы сразу сказать. Что сравнение мы будем производить в ценовом диапазоне станций до 100 000 руб (на май 2017 года).
Подавляющее большинство китайских клонов …чи, …уи и прочих 6500, 7800, построены на конфигурации – простой промышленный контроллер для нижнего нагревателя и контроллер с возможностью программирования профиля для верхнего нагревателя . Дальше идут вариации, кто-то из китайцев делает с двумя контроллерами с возможностью программирования и одним простым, кто-то делает просто с двумя, тремя простыми контроллерами без возможности программирования. Разные вариации и корпуса , но сущность одна. Использование промышленных контроллеров для управления нагревателями станции. Решение вполне бюджетное и надёжное. Почему мы говорим только о китайских паяльных станциях ? Во-первых по причине близости цены, во-вторых потому что известные производители западного оборудования НЕ ИСПОЛЬЗУЮТ промышленные контроллеры для управления своими паяльными станциями, а используют собственные системы управления.
Кто-то может задать вопрос – Зачем изобретать велосипед, когда если можно паять с помощью промышленных контроллеров, что демонстрируют китайские товарищи, нужно и станции делать аналогично ? Что бы было понятно, что возможности промышленных контроллер мы знаем, хотелось бы опять таки отослать Вас к нашему видео первых станций (например). На видео 2012 год. Именно тогда мы фактически с клонировали управление …чи . Единственное что в силу того , что в тот момент уже был набран опыт работы с БГА микросхемами (фактически с 2005 года), то управление …чи было модернизировано. В итоге получалась например такая история, ремонтник мог без проблем снимать и ставить микросхемы на нашей станции, но на …чи не получалось. Хотя в принципе мы просто разделили нижний нагреватель по управлению от верхнего.
Поясню чуть подробнее . Для проведения успешной пайки нами ПРАКТИЧЕСКИ был выявлен следующий принцип пайки – подогреваем плату в диапазоне от 110 до 125 градусов – включаем верхний нагреватель , нагреваем в режиме 2 градуса в секунду – доводим температуру до 195 (свинец содержащий припой) или 230 (без свинцовый припой). – снимаем или ставим микросхему. Все. Конечно многие скажут, что это уже всем известно. Не вопрос. Прошу только отметить , что это было выверено примерно в 2009-2010 года. До этого были опробованы разные профили. И сделан вывод, что нагревать плату на первом этапе выше 150 градусов – это проводить эксперимент над выживанием переходных отверстий, а также большая вероятность получить «вертолёт» (именно при нагреве ВСЕЙ платы). Хотя именно на профиле разогрева до 150-170 градусов мы паяли первые платы (2005-2008 годы) . Но при внимательном осмотре плат было отмечено пожелтение обратной стороны платы под паяемой микросхемой. Также при использовании такого режима пайки было отмечено небольшое заворачивание плат («вертолёт»), которое впоследствии при установке новой микросхемы в ходе пайки устранялось, микросхема хорошо «ложилась» и при остывании дефект небольшого «винта» оставался. После перехода на профиль с аксиомой – «не греем плату выше 125 градусов». Все перечисленные дефекты исчезли. Поэтому к созданию своей первой стации мы подходили уже подготовленные и с чётко выверенными требованиями. Мы понимали что мы хотим от станции. Поэтому реализация была простой . Кстати просматривая видео в ютубе , я натолкнулся на повтор одним из создателей собственной станции фактически нашей конструкции блока управления (видео снято пользователем судя по описанию 2 года назад). Так что наша схема тогда оказалась вполне живучей. Как видно уже из нашего видео этап грубо разделён на два этапа – греем снизу – греем сверху )))). На самом первом этапе настройки нужно (опытным путём) выставить температуру на контроллере нижнего нагревателя такую, чтобы фактически любую плату он не нагревал выше чем 125 градусов. Это совершенно не сложно и занимает 1-2 часа экспериментов. Больше уже контроллер для нижнего нагревателя трогать не надо. Как нами было отмечено, что чем больше инерционность нагревателей, тем легче настроить. Поэтому китайцы и используют керамику (да и дёшево в районе 1 доллара на китайском рынке за нагреватель). Конечно можно начать настраивать ПИД коэффициент, но думаю 99 процентов этого не делают, да и не будут делать. Хотя многие наверняка пытались ))). Уже после прогрева платы начинает работу верхний нагревательный элемент. Тут стандартный контроллер PC-410 (или аналог) имеет возможность настроить 8 ступенек. Кроме того можно эти ступеньки делать с помощью ПО и наворотить до 90 профилей (если не ошибаюсь). Теперь (надеюсь что мне разрешит мастер ) я бы хотел привести пример исследования контроллера PC-410. Небольшая пред история. Вначале один из клиентов купил у нас PC-410 контроллер (мы их одно время продавали). Затем он нам его вернул. Мужик он образованный (в лучшем смысле этого слова). Он решил выжать из контроллера ВСЕ, что возможно для пайки. Вначале он пришёл к первому выводу . Вот выдержка из письма (переписка октябрь 2010 года):

«Олег, добрый день!
Благодарю вас за помощь в разборках с ACHI IR6500. Вы мне сэкономили своими разъяснениями кучу времени. Что касается контроллеров, то мне удалось установить весьма интересный факт. Дело в том, что PC410 из ремонтных станций не имеет ничего общего с PC410 для общего применения. Мне удалось получить PC410 непосредственно от Altec. Он открыт полностью для программирования и установки всех параметров. И в нем есть компенсация холодного спая. Кроме того, оригинальный PC410 не имеет второго входа для K-типа термопары. И у меня есть основания полагать, что оригинальный PC410 измеряет и показывает реальную температуру. А не в попугаях, как это делает контроллер от ACHI. Я долго пытался понять, в чем дефект контроллера от ACHI. И, думаю, проблема его в том, что китайца заложили смещение в показания  контроллера. Уверен, что изначально контроллер был заточен для термовоздушки. Китайцы просто взяли термовоздушную версию контроллера и добавили смещение. Это смещение призвано было, как я полагаю, "предсказывать" температуру припоя под чипом, в то время, как термопара измеряла температуру платы рядом с чипом. К сожалению, китайцы не угадали с таким "предсказательным подходом". И их станция попугайничала безо всякого стеснения и привязки к реальности.  Я специально для китайцев, по их просьбе снял фильм про свои проблемы и послал его на Украину их дилерам. Там было все подробно показано. После этого китайцы и украинцы замолчали. Никаких комментариев от них я не получил. Мне такая ситуация не понравилась, и я решил вовсе отказаться от китайских контроллеров. И выбрал для переделки станции корейские  контроллеры Autonics. Представительство их есть в Москве. Документация на все протоколы достаточно подробная. Я выбрал 48х96мм и 48х48мм типоразмеры. То есть такие же, как и у китайцев, чтобы не переделывать железку. Пропорциональные твердотелки я заменил на ТТР случайного включения на всякий случай. После всего написал программу для работы со станцией.»

Вот такое вот письмо. Но это было только начало. Впрочем уже сейчас дочитав до сюда (если дочитали) Вы понимаете почему у нас СВОЙ контроллер. Но данный клиент, настоящий исследователь (у нас руки до такого исследования недошли, да знаний наверное меньше). Он продолжил исследование уже КОРЕЙСКИХ контроллеров.

«То, что вы сделали свой контроллер, это очень дальновидное решение. Я, например, пока возился с корейскими контроллерами, нашёл у них некоторые недостатки, что мне было крайне неприятно. И если бы у меня было время, я бы сваял свой контроллер так же, как это сделали вы в вашей станции. В процессе работы над программой, я пришёл к некоторым идеям, которые невозможно реализовать не влезая в начинку контроллера. Например, я пришёл к выводу о том, что при проведении пайки необходимо на лету производить что-то типа автоподстройки. Но только так, чтобы не выходить слишком сильно за рамки заданного термопрофиля. К сожалению, корейские контроллеры могут делать автоподстройку, лишь обнулив PID параметры, чтобы рассчитать их заново либо на уровне 100%, либо 70% от уставки. Время самой автоподстройки при этом невозможно задать, так как на время автоподстройки контроллер блокирует все свои регистры, кроме регистра управления включением-выключением автоподстройки. Я считаю это неприемлемым. Что касается 4-х термопар, то это очень правильно. Я, правда, пришёл к выводу о необходимости наличия 3-х термопар в станции. И так же о необходимости их взаимосвязанной работы. Думаю, что четвертая термопара при использовании PID алгоритма регулирования не столь актуальна. Впрочем, это пока только предположение. Если буду вводить третью термопару, возможно в конце концов приду и к четвертой. Причём, для третьей термопары, как мне кажется, не нужен отдельный контроллер, если эта термопара будет ответственна только за отслеживание температуры платы по преднагреву. В этом случае, необходимо реле, которое переключает две термопары. Ту, которая на плате меряет преднагрев, и ту, которая на чипе отслеживает термопрофиль. Но для простоты задачи, нужно, чтобы это реле имело алюмель и хромель группы. Для того, чтобы не возникало паразитных переходов, наподобие холодного спая. Сегодня буду искать у китайцев нечто подобное на алибабе. У них я уже заказал и получил хромель-алюмельные разъёмы мама-папа. Полагаю, что подобные рэлюхи у них так же могут быть.
Ещё раз спасибо вам за помощь и ценнейшие подсказки.»

Я думаю что из данной переписки понятно, что схема управления с помощью промышленных контроллеров имеет недостатки и в таком формате их не решить. Как только мы столкнулись с этим , а это произошло уже после полугода плотной работы с контроллерами. Кроме того нам не нравилась малая информативность контроллеров , не удобовразумительная настройка, невозможность дальнейшего расширения датчиков. Сразу началась подготовка собственного контроллера для управления станцией. Контроллера который можно было бы научить тому опыту, который был нами приобретён в ходе работы с БГА микросхемами начиная с 2005 года. Промышленные контроллеры такой опыт впитать в себя не могли. Все таки они сделаны для управления иным оборудованием.
Итак отталкиваясь в работе от приобретённого опыта работы с промышленными контроллерами ( и опыта работы на станции компании PDR). Мы сделали первую модель контроллера (его база до сих пор составляет основу наших контроллеров сейчас) . На создание первой работающей версии контроллера у нас ушло около 8 месяцев. После этого первая модель (не лишённая недостатков) была выпущена. И чуть позже появились первые наши станции с собственным контроллером. Паять стало легче. Настраивать удобовразумительнее. Вот первые видео работающего контроллера. А вот короткое видео текущего контроллера (май 2017).
Все наши контроллеры (с самого первого) рассчитаны на подключение 4 термодатчиков. При этом все датчики работают взаимосвязано. Правда в ходе практической работы мы используем только 2 датчика. Но возможности подключения еще 2-х дополнительных остаются (на самой плате имеются места для микросхем MAX6675 и разъёмов). В силу того что контроллер для управления нижним нагревателем и верхним нагревателем один, так же один контроллер собирает данные с датчиков, то и управление станцией происходит в едином ключе. Что НЕВОЗМОЖНО добиться используя , например два промышленных контроллера, ибо каждый из них имеет свой – отдельный контроллер. Использование одного контроллера для всей станции сразу упрощает процесс управления нагревателями.
Небольшой пример. Как было написано выше для настройки нижнего нагревателя с помощью промышленного контроллера (например RX-100) необходимо провести ряд экспериментов , чтобы плата не нагревалась выше 125 градусов. В нашем контроллере это производится просто включением функции – Контроль по верху. В этом случае контроллер отслеживает достижение температуры места пайки на этапе предварительного нагрева и как только температуру достигла установленного Вами значения (115 градусов например) нижний нагреватель греть выше не будет. Контроллер будет стараться удержать температуру нижних нагревателей на заданной величине. Перегрева платы не будет. Кроме того Вам не надо думать о толщине платы . Потому как одна плата достигнет заданного значения прогрева , например при температуре нижних нагревателей в 200 градусов , а другая при 250 градусов. С промышленным контроллером Вы будете осуществлять нагрев платы весьма приблизительно.
Кроме того с собственным контроллером была сразу решена проблема раздельной работы верхнего и нижнего нагревателей . Правда такое решение было у нас и в контроллере из серии …чи. Но вот в самой …чи так решить сложнее ,тут требуется настройка PC-410. Т.е. требуется отдельная настройка профиля для верхнего нагревателя (как бы в этом профиле ты не паяешь). У нас просто выбираешь нужный режим и все.
Некоторые спрашивают, а зачем раздельная работа ? Некоторые работы , например снятие маленьких ключей, или зачистка плат перед пайкой удобнее проводить на подогретой плате используя затем паяльник или воздушный фен. Или например снять приклеенный экран планшета или телефона. При этом опять таки хотелось бы отметить при работе с нижним нагревателем наш контроллер без проблем взаимодействует с обоими датчиками. И принимает автоматически решение настроенное пользователем (звуковой сигнал, отображение температуры, включение и выключение нагревателей). Такой свободы действий промышленные контроллеры не дают.
Отображение информации и меню управления. Тут вообще все понятно. Одно дело перемещаться по значкам и цифрам и совершенно другое перемещение по русскоязычному меню. С нормальными названиями каждого параметра. На всех промышленных контроллерах просто вывод на цифровые индикаторы. У нас в текущей версии контроллера вывод на знако-синтезирующий дисплей. На одном экране отображение всей необходимой информации. Это и режим работы станции, используемый профиль, текущая мощность нагревателей, температуры места пайки и нижнего нагревателя , время. Все это даёт на самом деле простоту использования и удобство.
Идём дальше. Сам принцип настройки профиля гораздо более прозрачен и информативен. Посмотрите сами нашу инструкцию по эксплуатации где подробно описаны функции блока управления. Кратко – мы постарались вместить в наш блок , то что нужно для мастера при работе с БГА микросхемами.
И еще. Вы видели где-нибудь обновлённые прошивки промышленных контроллеров ? Лично я нет. Это законченные , закрытые изделия. Никакого прогресса в будущем, никакого учёта изменяющихся условий работы. Все жёстко, сухо только для УСРЕДНЕННОЙ работы . Нашу станцию такой вариант не устраивал.
Небольшое отступление для тех кто хочет сделать свою станцию.
Если Вы сами хотите сделать свою станцию (самодельную), то конечно смотрите в сторону промышленных контроллеров. Рекомендовал бы Вам выбрать схему как у нашей первой станции, ссылка на видео которой была выше. Низ – керамические нагреватели и верх тоже. Далее дело вкуса. Понадобятся еще твердотельные реле, термостойкие провода и колодки, ну и корпус. Если же Вы решите создать собственный контроллер, то для начала нужно понять, что придётся программировать(много программировать), придётся рисовать платы (много рисовать)– это как минимум. К этому нужно быть готовым. Основные прошивки и схемы контроллеров представленные на разных форумах весьма сырые и с промышленными контроллерами будет работать проще.
Наш контроллер собран на Atmega-128, возможностей этой простой микросхемы вполне хватает для управления станцией. Обработка показаний датчиков у нас происходит с помощью микросхем MAX6675 , которые содержать в себе сами целый маленький контроллер (там и АЦП, и усилитель и компенсатор «холодного спая»). В китайских контроллерах MAX6675 не используется, там более дешёвые решения. Управление нагрузкой у нас симисторное.
Вот вкратце и все по вопросу о использовании собственного контроллера управления станцией.
Москва 30.05.2017    Технический директор ООО «М-Квадрат» Вылегжанин О.Ю.
С уважением ко всем читающим.