Sensoren - beam - Elektronik & Verlag

EPOS2 Positioniersteuerung: Wenn die Anforderungen an
Antriebssysteme über reine Drehzahl- und Drehmomentregelungen
hinausgehen und wiederkehrende Positionierprozesse in
komplexen Bewegungsbahnen erfolgen müssen, kommen
Positioniersteuerungen zum Einsatz.
bei kleinen Geschwindigkeiten
statt, sind zeitraubend und in
manchen Systemen nicht zulässig.
In Mehrachssystemen, beispielsweise
in kinematisch komplexen
Robotikanwendungen
mit mechanisch voneinander
abhängigen Achsen, könnte
ein Homing zur Kollision und
Beschädigung führen. In diesen
Fällen bieten sich als Alternative
zu den inkrementellen die
absoluten Encoder an, die vermehrt
auch in kleinen Baugrößen
erhältlich sind.
Absolutencoder geben beim
Einschalten direkt und ohne
Referenzfahrt die aktuelle Position
innerhalb einer Motorumdrehung
(single turn) oder über
mehrere Umdrehungen (multiturn)
an.
In industriellen Applikationen
finden sich oft absolute Drehgeber
mit SSI-Schnittstelle (Synchron-Seriell-Interface).Positionswerte
werden von der SSI-
Schnittstelle bitweise seriell
vom Drehgeber zur Steuerung
übertragen (Bild 6). Lediglich
sechs Leitungen reichen aus für
Betriebsspannung, Datenübertragung
und Synchronisierung
des Übertragungstaktes (Bild 7).
Singleturn-Absolutencoder
Beim Singleturn-Absolutencoder
ist eine Achsumdrehung
in n-Schritten codiert. Bei einer
Drehung von über 360° wiederholt
sich somit die Codie-
Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik 2012
rung. Typische Auflösungen liegen
bei 12 Bit (4096 Positionen)
und mehr pro Umdrehung. Interessant
ist, dass ein analoger
Inkrementalencoder mit einer
Sinusperiode pro Umdrehung
als Singleturn-Absolutencoder
betrachtet werden kann. Zum
hier beschriebenen digitalen
Absolutencoder fehlt nur noch
die Interpolation und Digitalisierung
der Signale.
Multiturn-Encoder
In Multiturn-Encodern können
neben der Messung von 360°
(1 Umdrehung) weitere Umdrehungen
codiert erfasst werden;
häufig geschieht dies über
ein Getriebe. Multiturn-Encoder
sind erforderlich, wenn die
Anzahl der Messschritte eines
Singleturn-Drehgebers nicht
ausreicht, beispielsweise bei langen
Verfahrwegen.
SSI-Absolutencoder haben
digitale Signale, die störungsresistent
(oft differentiell mit
RS-422-Standard) übertragen
werden. Dabei kommt zur
Codierung der Position meist
der Gray-Code zur Anwendung,
der weniger fehleranfällig ist als
eine Binärcodierung. Übertragungsraten
gehen in der Praxis
bis einige Hundert kbit/s bei
Kabellängen von 100 m, was für
gängige Zykluszeiten von Positionsregelkreisen
(z.B. 1 ms bei
EPOS2) bei Weitem ausreichend
ist. EPOS2 unterstützt die Ver-
wendung der meisten Varianten
von SSI-Absolutencodern: Single-
oder Multiturn, mit 6 bis 32 Bit
Auflösung, gray- oder binärcodiert
und RS-422-Schnittstelle.
Eine klassische Anwendung
mit Absolutencoder ist der Nachführmechanismus
für Solaranlagen,
die mit einem Inkrementalencoder
sehr zeitaufwändig
zu referenzieren wären, da die
Geschwindigkeiten, für welche
die Anlage ausgelegt ist, sehr
klein sind. Bei allen möglichen
Arten von Durchflussreglern,
Abfüllanlagen und Förderanlagen
möchte man ab dem ersten
Moment die Durchflussmenge
genau kennen. Eine Referenzfahrt
würde eine unkontrollierte
Fördermenge bedeuten. Weitere
Anwendungen mit Absolutencoder
sind die Robotik, Handlingmaschinen
sowie Positionierungen
von Maschinentischen,
Scheinwerfern, Bühnenelementen
und ähnlichem.
Verbessertes Regelverhalten
Die zusätzlichen Anschlussmöglichkeiten
für einen zweiten
digitalen Inkrementalencoder,
einen analogen Sinus-Inkrementalencoder
oder Absolutencoder
erweitern das Anwendungsspektrum
der EPOS2-Positioniersteuerungen.Hochdynamische,
steife und hochauflösende
Regelungen sind realisierbar.
Festzuhalten ist dabei: Alle
Anschlussmöglichkeiten stehen
am Standardprodukt zur Verfügung.
Auch bei einer Änderung
des Gebers aufgrund gestiegener
Anforderungen kann dieselbe
EPOS2 verwendet und einzig
die Ein-und Ausgänge müssen
neu konfiguriert werden.
Der Standard-Encodereingang
der EPOS2 steht immer noch zur
Verfügung und damit erlauben
es diese neuen Encoderoptionen,
auch Regelkreise mit zwei Sensoren
auszurüsten. Der Hauptsensor
misst dabei die Position
der Last und dient der primären
Lageregelung. Der zweite Sensor
auf dem Motor bedient den
Hilfsregelkreis des Motors mit
dem nötigen Feedback. Dieser
sogenannte Dual-Loop-Regelmodus
der EPOS2 [2] kompensiert
eventuelle elastische Spiele
in der mechanischen Ankoppelung
und in Getrieben und ermöglicht
präzise und dynamische
Lastregelung ohne die Gefahr
von unerwünschten Oszillationen
aufgrund von Phasenverschiebungen
und Totzeiten im
Regelkreis.
Referenzen:
Sensoren
[1] www.wikipedia.com
[2] maxon motor control; EPOS2
Application Notes Collection,
Kapitel „Dual Loop Regulation“
� maxon motor ag
www.maxonmotor.com
Mit der EPOS2 (Easy-to-use Positioning-System) steht eine modular
aufgebaute Produktreihe für DC- und EC-Motoren zu Verfügung.
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