5. Technologiefunktionen mit Servoantrieben - FB E+I: Home

5.1 Technologiefunktion „Elektrische Welle“
Bei vielen Automatisierungsaufgaben müssen mehrere Servoantriebe synchron zueinander
oder in vorgegebenen Abhängigkeiten betrieben werden. Hierzu werden zwischen den
einzelnen Servoreglern Synchronsignale über die Leitfrequenzein- und -ausgänge oder
spezielle Synchrontelegramme über den Systembus (CAN) verwendet. Im Allgemeinen stellt
ein Servoregler den Master dar – er bildet den sogenannten Leitantrieb – und die weiteren
Servoregler stellen jeweils einen Slave dar. Es kann auch ein Slave für einen weiteren
Servoregler wieder einen Master bilden (Master-Slave-Kaskade).
Bei der Schienenstruktur erhalten alle Antriebe den gleichen Leitwert/Leitwinkel. Bei der
Kaskadenstruktur erhält jeder Antrieb seinen eigenen Leitwert/Leitwinkel, der durch den
vorgelagerten Antrieb gebildet oder nur aufbereitet wird.
IN OUT
Master
Servoregler
IN
OUT
IN
OUT
Slave Slave Slave
Servoregler Servoregler Servoregler
IN
OUT
Schienenstruktur eines
Antriebsverbunds
IN OUT
Master
Servoregler
IN
OUT
IN
OUT
Slave Slave Slave
Servoregler Servoregler Servoregler
IN
OUT
Kaskadenstruktur eines
Antriebsverbunds
Das Verhalten des Antriebsverbundes ist abhängig von dem Wert, der im Master als Übertragungswert
bereitgestellt wird. Die Leitwertübertragung führt zu einem deutlich ruhigeren
Maschinenlauf, allerdings wirken sich Markenkorrekturen oder überlagerte Regelungen sowie
Störgrößen des führenden Antriebs nicht auf den Verbund aus. Die Istwertübertragung führt zu
einem unruhigeren Maschinenlauf. Markenkorrekturen, überlagerte Regelungen sowie Störgrößen
des führenden Antriebs wirken sich auf den Verbund aus.
Bei der Verwendung des Systembusses wird vorteilhaft auch der sogenannte virtuelle Master
eingesetzt, bei dem die Servoregler für die zu synchronisierenden Antriebe alle als Slave am
Systembus in Schienenstruktur betrieben werden. Für die Leitfrequenz wird üblich eine
Motorumdrehung in 2 16 = 65536 Inkremente unterteilt, so dass eine Winkelgenauigkeit für
den Gleichlauf von 20 Bogensekunden erreicht werden kann. Der Synchronlauf im Antriebsverbund
„Elektrische Welle“ kann nur erreicht werden, wenn keiner dieser Servoantriebe an
der Drehmomentbegrenzung M max , I max betrieben wird. Natürlich darf auch keiner dieser
Antriebe seinen maximalen Wert der Drehzahl n max überschreiten. Der Synchronlauf wird mit
verschiedenen Funktionsbausteinen realisiert, die für die jeweilige Schnittstelle herstellerspezifisch
zugeschnitten sind.
Der Hochlaufgeber ist ein Funktionsbaustein, der die Motorwelle des Slave-Antriebs auf eine
Leitfrequenz (Winkelvorgabe) synchronisiert. Dieser Antrieb führt danach einen winkelsynchronen
Gleichlauf zur Leitfrequenz aus. Mit dem Profilgenerator werden dazu Rampen
erzeugt, die den Winkelsollwert in seinen Zielpunkt führen. Die Aufsynchronisierung wird
ausgelöst, wenn die Nullimpulse oder ein externer Impuls (Touch-Probe) empfangen werden.
Einstellbar sind Differenz-Inkremente zwischen Touch-Probe und Start der Task. Für das
Aufsynchronisieren sind die Hoch- und die Ablaufzeit, die maximale Drehzahl n max während
des Synchronisiervorganges und ein Synchronisierfenster n syn , das die maximale Abweichung
zwischen dem Sollwert der Leitfrequenz und dem Drehzahl-/Winkelsollwert des Antriebes
überwacht, einstellbar. Das Synchronisierfenster n syn wird in Inkrementen vorgegeben;
bei einem Inkrement wird die größte Genauigkeit mit 20 Bogensekunden erreicht. Sofern
eine Ruckbegrenzung erforderlich ist, werden S-förmige Rampen verwendet (siehe Kap. 5.2).
G. Schenke, 1.2013 Mechatronik FB Technik, Abt. E+I 65