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INDUSTRIELLE AUTOMATION 3/2021

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INDUSTRIELLE AUTOMATION 3/2021

STEUERN UND ANTREIBEN

STEUERN UND ANTREIBEN Ein Operationsroboter als typisches Beispiel einer Anwendung mit mehrachsigen Systemen Präzise positioniert Motion Controller Plattform für eine optimale Einbindung in unterschiedlichste Anwendungen Robotik-, Analyse- und Handlingsysteme erfordern häufig eine kompakte Integration einer großen Zahl von platzsparenden und energieeffizienten Antrieben, kombiniert mit hochdynamischen Reglern und vernetztem Bus-System. Wir stellen Ihnen eine Systemlösung vor, die all diesen Anforderungen gerecht wird. Insbesondere Operationsroboter, Analysegeräte der Medizin- und Labortechnik sowie Multileaf-Kollimatoren in der Bestrahlungstechnik sind auf miniaturisierte Antriebssysteme angewiesen, die aufgrund eines hohen Wirkungsgrades dicht gepackt installiert werden können. Zu einem optimalen Antriebspaket gehören neben Motoren aber ebenso kompakte, vernetzbare Motorsteuerungen, die direkt im Gerät dicht bei den Motoren und Sensoren integrierbar sind. Miniaturisierte Motorsteuerungen Wichtigste Merkmale der Motorsteuerungen sind eine hohe Energieeffizienz und eine hohe Leistungsdichte für die platzsparende Integration aller Komponenten. Ebenso bedeutend sind Anschlüsse für diverse Sensoren und Aktoren sowie eine schnelle Bus-Schnittstelle. Die Epos4 Micro-Module bieten einen hohen standardisierten Funktionsumfang, modernste Regler-Algorithmen, eine kompakte Leistungsendstufe sowie eine CANopen- oder EtherCAT-Schnittstelle – und sind dabei ähnlich groß wie eine Briefmarke (ab 32 × 22 × 7 mm). Gerätehersteller können die Plug in Module in der eigenen Elektronik in der benötigen Achsanzahl integrieren. Dies ermöglicht kostenoptimierte Mehrachssysteme mit kompaktesten Abmessungen. Bus-Schnittstelle als Rückgrat des Gesamtsystems Über die Bus-Schnittstelle werden von jeder Antriebseinheit mit dem Master-Controller (z. B. SPS oder Maxon MasterMACS) im schnellen zyklischen Takt Befehls- und Zustandsdaten ausgetauscht. Gängige Feldbus-Systeme sind hierbei CANopen und EtherCAT. EtherCAT bietet aufgrund höchster Übertragungsraten insbesondere Vorteile bei komplexen Mehrachsanwendungen, besitzt aber den Nachteil zusätzlich notwendiger Hardware und der großen, standardisierten RJ45-Anschlussstecker bei der Kopplung als Einzelachsen. Die Baugröße der Steuerung und Bus-Stecker kann bei Handgeräten und der Robotik teilweise zum Killer-Kriterium für EtherCAT werden. Micro auch mit EtherCAT Bei EtherCAT werden induktive Übertrager eingesetzt, um DC-Signalkomponenten aufgrund von Potentialunterschieden auszublenden, sowie Störungen zu unterdrücken und die Signalintegrität sicherzustellen. Diese Bauteile und der RJ45-Stecker benötigen auf der Leiterplatte jedoch viel Bauraum und sind kostentreibend, sofern diese für je- Jürgen Wagenbach Leiter Customer Support, Motion Control bei der maxon motor ag, Sachseln in der Schweiz 22 INDUSTRIELLE AUTOMATION 03/2021 www.industrielle-automation.net

STEUERN UND ANTREIBEN Bei der Integration mehrerer Epos4 Micro auf einem Elektronik-Board lassen sich die EtherCAT-Ports über eine kapazitive Kopplung sehr kompakt verbinden de einzelne Antriebssteuerung integriert werden müssen. Bei der Integration mehrerer Epos4 Micro auf einem gemeinsamen Elektronik-Board besteht alternativ die Möglichkeit, die EtherCAT-Ports intern über eine kapazitive Kopplung sehr kompakt und kostensparend zu verbinden. So werden nur noch für den externen EtherCAT-Anschluss RJ45-Stecker benötigt. Maxon bietet basierend auf diesem Prinzip einen extrem kompakten Multiachscontroller mit 90 × 56 mm Baufläche (entsprechend der Größe einer Visitenkarte), bestückt mit drei Epos4 Micro 24/5 EtherCAT Modulen an. Einfach zu integrieren Der Datenaustausch und die Kommandierung der Motorsteuerung über CANopen oder EtherCAT folgt dem CiA 402 Protokoll (Device Profile for Drives and Motion Control). Unterstützt werden die standardisierten Betriebsarten PPM – Profile Position Mode, PVM – Profile Velocity Mode, HM – Homing Mode, CSP – Cyclic Synchronous Position, CSV – Cyclic Synchronous Velocity sowie CST – Cyclic Synchronous Torque. Als standardisierter Motion Control Slave kann die Motorsteuerung (wie alle Epos4-Varianten) in die Systemmanager-Tools und Motion Libraries von verschiedenen SPS-Herstellern eingebunden werden. Anwendungen, die von einem PC oder Raspberry Pi via Maxon’s Epos Command Library kommandiert werden sind ebenfalls möglich. Bereit für das Industrial Internet of Things Die Epos4 ist unterster Informationslieferant im IIoT-Umfeld einer Maschine bzw. des Antriebsstrangs. Auf Motorströme und Drehmomente, Drehzahlen, Positionswerte, Fehlerzustände, Temperatur- und Lastwerte von Steuerung und Motor, sowie Sensoren- und Aktorenzustände kann über die Bus-Schnittstellen der Motorsteuerung zugegriffen oder die Daten zyklisch übertragen werden. Mit 25 kHz Stromreglertakt und 2,5 kHz Drehzahl-/Positionsreglertakt besitzt die Motorsteuerung identische Taktraten wie alle anderen Varianten der gleichen Produktlinie. Moderne Reglerkonzepte wie Field Oriented Control (FOC), Feed Forward und Observer Control, sowie die Dual-Loop Regelung erlauben auch bei der Epos Micro eine maximale Motorperformance und Bewegungspräzision. Die Dual-Loop Regelung mit einem Inkrementalgeber auf der Motor- und einem SSI-Absolutgeber auf der Abgangswelle ermöglicht eine präzise Positionierung der Last auch bei spielbehafteten oder elastischen Antriebssystemen. Unterstützt werden bürstenbehaftete und bürstenlose DC-Motoren mit Hallsensoren, Digital-Inkrementalgebern und SSI-Absolutgebern. Insgesamt fünf digitale Eingänge, drei digitale Ausgänge, zwei analoge Eingänge (± 10 V) und ein analoger Ausgang (± 4 V) erlauben die Anbindung und Auswertung zusätzliche Aktoren und Sensoren. Leistungsstark und komfortabel in der Inbetriebnahme Die Leistungsdichte von größer 50 W Spitzenleistung pro cm 2 Baufläche ohne(!) zusätzliche Kühlung bei einer Umgebungstemperatur von - 30 bis + 45 °C. In der Praxis bedeutet dies eine Dauerabgabeleistung von 120 W und Spitzenleistung von 360 W während 10 s bei einem Flächenbedarf für Controller und Leistungsendstufe von nur 32 × 22 mm («EPOS 24/5 Micro CAN») und 7 mm Dicke. Die intuitive Inbetriebnahme-Software Epos Studio bietet mit dem Startup Wizard eine geführte Grundkonfiguration sowie ein automatisches Tuning aller Reglerparameter, auch für komplexe Dual Loop Reglerstrukturen. Bilder: Aufmacher istock/surgical_robot, sonst.maxon www.maxongroup.de

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