Jahresbericht 2009 - IMMS Institut für Mikroelektronik

sinusförmige analoge Signale, welche von einem
Analog-Digital (A/D)-Wandler mit bis zu 50 MHz abgetastet
werden. Die Weiterverarbeitung der digitalen
Sensorsignale wurde mit einer programmierbaren
Hardware (FPGA) realisiert. Diese eignet sich besonders
zur schnellen Verarbeitung digitaler Signale, ist
reprogrammierbar und kostengünstig.
Über eine Schnittstelle zum A/D-Wandler werden die
digitalisierten Sensorsignale in den FPGA eingelesen.
Die Positionsberechnung erfolgt parallel mit je einem
Interpolator pro Messkanal. Dieser beinhaltet eine
Amplituden- und Offsetkorrektur der Sensorsignale,
die eigentliche Positionsberechnung erfolgt mittels eines
iterativen Algorithmus. Über eine parallele Schnittstelle
erfolgt die Kommunikation des nachfolgenden
Mikrocontrollers mit dem FPGA. Diese beinhaltet die
Parametrisierung und das Auslesen der Daten, z.B.
die der aktuellen Position. Der Mikrocontroller realisiert
die Anbindung an den EtherCAT ® Bus, der die
Integration in ein Gesamtsystem gewährleistet.
Es ist ebenfalls möglich, die in den Messkopf integrierte
Elektronik als separate Baugruppe zu verwenden.
Sehr einfach können dann Standard-Encoder
in EtherCAT ® -basierte Netzwerke eingebunden werden.
Der Entwurf der digitalen Signalverarbeitung im
FGPA erfolgte modellbasiert mit Matlab/Simulink ® .
Dies erlaubt einen grafischen Entwurf, die Simulation
und die Verifikation der Algorithmen auf Systemebene
und verringert somit die Entwicklungszeit. Die so
entwickelten Signalverarbeitungsalgorithmen wurden
anschließend in eine Hardwarebeschreibungssprache
umgesetzt und auf der Zielplattform implementiert.
ÜBERFÜHRUNG IN
INDUSTRIELLE LÖSUNGEN
Die vorgestellte Lösung beinhaltet ein abgeschlossenes
Modul zur Positionsmessung an planaren Direktantrieben
(siehe Abbildung 2).
Jahresbericht 2009 I Verdian – Messkopf
Abbildung 2: Messkopf – Modul zur Positionsmessung an planaren
Direktantrieben
Durch die direkte und hochperformante Signalverarbeitung
direkt im Messkopf sowie die Implementierung
eines EtherCAT ® Interfaces, welches eine störungsfreie
Echtzeit-Übertragung der Messsignale an
die zugehörige Antriebssteuerung ermöglicht, entfällt
die Übertragung der analogen Sensorsignale zu einem
entfernten PC und die dortige Verarbeitung.
Als reines EtherCAT ® Interface mit Signalvorverarbeitung
und Interpolation ermöglicht das vorgestellte System
die Einbindung von drei vollsynchronen Encoderkanälen
in ein EtherCAT ® -basiertes Steuerungssystem
bei höchster Auflösung und Verfahrgeschwindigkeit.
Durch den Einbau dieses innovativen Messsystems
bei den Direktantrieben von TETRA GmbH wurde es
möglich, die Prozessqualität für die Kunden deutlich
zu verbessern. Der Messkopf stellt somit einen flexiblen
Baustein für die zukünfigen Anforderungen in der
Automatisierungtechnik dar und unterstützt maßgeblich
das erklärte Ziel dieser Branche, standardisierte
EtherCAT ® -Verkabelung für solche Produktionsprozesse
umzusetzen.
Dipl.-Inf. Marco Götze, Wissenschaftlicher Mitarbeiter,
System Design, marco.goetze@imms.de
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