Antriebstechnik

EPOS2 - Neue Generation des erfolgreichen Motion Controllers

Die kleinen, intelligenten und kompakten Positioniersteuerungen «EPOS» von maxon motor erhalten ein neues Kind mit noch mehr Performance und zusätzlichen Features. Damit sind komplette Antriebslösungen für exakte Positionier- und geregelte Drehbewegungen in Verbindung mit maxon Motoren noch einfacher realisierbar.

Typische Bewegungsaufgabe: Mit einem XY¬Tisch eine zweidimensionale Bahn (z.B. um Hindernisse) abfahren.

EPOS ist eine Familie modular aufgebauter, digitaler Positioniersteuerungen nach CANopen Standard für DC- und EC-Motoren mit Inkrementalencoder im Leistungsbereich von 1 bis 700 Watt. Sie bieten den Betrieb im Positions-, Geschwindigkeits- und Stromregel-Modus und können per Softwarekommandos für den Betrieb mit DC-Motoren und EC-Motoren konfiguriert werden. Eine Vielzahl von Betriebsmodi ermöglicht den flexiblen Einsatz in verschiedensten Antriebssystemen der Automatisierungstechnik und Mechatronik.

Die EPOS2 50/5 ist die Weiterentwicklung der erfolgreichen EPOS-Familie, völlig überarbeitet und mit erweiterter Funktionalität, aber trotzdem kompatibel mit dem bestehenden Programm. Mit bis zu 50 VDC Versorgungsspannung und 5 A Dauerstrom ¿ oder 250 W Dauerleistung ¿ schliesst die EPOS2 50/5 die Lücke im Leistungsbereich zwischen der EPOS 24/5 (120 W) und der EPOS 70/10 (700 W). Eingebaute Drosseln ermöglichen den problemlosen Betrieb, selbst mit niederimpedanten Motoren. Bei bürstenlosen EC-Motoren wird eine sinusförmige Stromkommutierung und Space Vektor PWM verwendet. Daraus folgen: hoher Motorwirkungsgrad, kleines Momentenrippel und geringes Motorgeräusch. Neueste 32-bit Digital-Signal-Prozessor Technologie erlaubt eine höhere Rechenleistung. Zusammen mit dem zusätzlichen Speicher ergeben sich Motion Control Funktionalitäten vom Besten. Komplexe mathematische Algorithmen werden effizienter ausgeführt und ermöglichen noch bessere regeltechnische Eigenschaften.

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Die Motion Controller der EPOS-Familie gehorchen dem CANopen Standard CiA DS-301 und DSP-402. Die Kommunikation zwischen allen CAN Busteilnehmern, insbesodere mit dem übergeordneten Master, sowie sämtliche Motion-Control-Funktionen der Antriebe sind mit diesen Standardprofilen definiert; zum Beispiel alle möglichen Positioniermodi, Referenzierungsarten und die Achssynchronisation. Damit sind einfachste Integration in bestehende CANopen Systeme, grösste Kompatibilität mit anderen Antriebsherstellern und Vernetzung mit weiteren CANopen Modulen gegeben. CANopen wird von allen massgeblichen SPS-Herstellern unterstützt. Dieser Datenbus hat sich durch seine enorme Verbreitung im Automobilbereich auch eine sehr starke Position als Feldbus und Gerätebus in der Automatisierungsindustrie gesichert. Es zeichnet sich durch gute Leistungsfähigkeit für motion control Anwendungen, höchste Zuverlässigkeit, Sicherheit und niedrigste Anschaltkosten pro Busknoten aus.

Alternativ sind die EPOS-Controller über die serielle Schnittstelle RS232 ansteuerbar, bei der EPOS2 50/5 zusätzlich über USB. Ein weiteres Feature dieser beiden seriellen Schnittstellen ist, dass standardmässig ein Protokollwandler (Gateway) RS232, respektive USB zu CANopen implementiert ist. Dies ermöglicht eine Vernetzung von Antrieben auch über die seriellen Schnittstellen. Jedes EPOS Modul kann ohne Konfiguration sofort als Gateway eingesetzt werden. Dies vereinfacht zudem die Diagnose von allen Achsen in einem CAN Netzwerk. Detaillierte Informationen zu dieser überaus interessanten Funktion sind in den entsprechenden Application Notes beschrieben.

Die EPOS Motion Controller sind Punkt-zu-Punkt Positionierantriebe, was bedeutet, dass die Bewegungen immer vom Start¬ zu einem Zielpunkt hinführen. Zwischenpositionen werden vom Pfadgenerator der EPOS eigenständig berechnet, wobei das gewählte Bewegungsprofil und die Parameter Beschleunigung und maximale Geschwindigkeit berücksichtigt werden. Typische Anwendungen mit unabhängigen Achsen sind das Verstellen von Anschlägen in komplizierten Bearbeitungsmaschinen, Sortiermaschinen, Produktionsmaschinen, etc. Mit einem geeigneten CAN-Master (z.B. eine programmierbare EPOS P 24/5) und etwas Programmieraufwand können auch synchron verkoppelte Mehrachsensysteme mit 2 bis ca. 6 Achsen pro CAN Bus aufgebaut werden. Typische Anwendungen dafür sind Wickelmaschinen, Druckmaschinen, elektronische Getriebe, Kurvenscheiben und Roboter. Bei dynamischer Synchronisation mit kurzen Zykluszeiten von wenigen Millisekunden stösst man allerdings sehr schnell an die Grenzen der Kapazität des Bussystems. Da der Abgleich verschiedener Achspositionen im Master geschieht, verlangt die Punkt-zu-Punkt Positionierung das ständige Versenden von Positionierbefehlen und Auslesen der Positionen der verschiedenen Achsen. Hier hilft der ¿Interpolated Position Mode¿, der neu in der EPOS2 50/5 implementiert wurde. Die Bewegung wird für mehrere Achsen im Voraus in Form von Stützpunkten (Position, Geschwindigkeit, Zeit) parametriert und in die Motion Controller geladen. Zwischen den Stützpunkten interpolierten die verschiedenen Achsen selbständig und arbeiten das Bewegungsprofil zeitsynchron ab. Damit ist die EPOS2 in der Lage eine durch Stützpunkte vorgegebene Bahn abzufahren. Mit einem geeigneten Master können sowohl koordinierte Mehrachsbewegungen als auch beliebige Profile in einem 1-Achssystem ausgeführt werden.

Die EPOS-Familie ist mit diversen frei konfigurierbaren digitalen und analogen Ein- und Ausgängen versehen, die es erlauben, die in der Antriebsperipherie anfallenden Signale direkt einzulesen und eine Funktionalität zuzuweisen, wie zum Beispiel als Referenz- oder Endschalter. Die digitalen Eingänge der EPOS können so konfiguriert werden, dass beim Auftreten einer positiven oder/und negativen Flanke eines Einganges der aktuelle Positionswert gespeichert wird, sogenannte Capture-Eingänge oder Position-Marker. Ähnlich können die digitalen Ausgänge der EPOS2 als Trigger-Ausgang oder Position Compare eingestellt werden: Bei einem gewählten Positionswert wird ein digitales Signal ausgegeben. Bei der neuen EPOS2 50/5 wurde speziell auf Störsicherheit und wirksamen Schutz gegen elektromagnetische Störsignale geachtet. Die digitalen Ein- und Ausgänge sind entsprechend optoentkoppelt ausgeführt. Ebenfalls stehen zusätzlich vier schnelle differentielle Eingänge nach RS422 zur Verfügung, die viele Möglichkeiten der Signalverarbeitung zulassen. Weiter sind analoge Eingänge verfügbar, die dank den 12-bit Analog-Digital-Wandlern eine hohe Auflösung und somit eine gute Qualität der analogen Signalerfassung erreichen.

Zur Konfigurierung, Inbetriebnahme und für das Autotuning von Reglerparametern steht ein Windows® basiertes, intuitiv bedienbares grafisches User Interface, das EPOS-Studio, zur Verfügung. Verschiedene Wizards (elektronische Assistenten) und Funktionen helfen, den Antrieb problemlos in Betrieb zu nehmen. Sie unterstützen beispielsweise bei der Konfiguration des Antriebs sowie der Ein- und Ausgänge und bei der Sicherung und dem Klonen der Parametern von Antriebsachsen. Dank dem eingebauten ¿Data Recorder¿ lassen sich dynamische Signale einfach abbilden und analysieren. Völlig neu gestaltet wurde die Funktionalität ¿Regulation Tuning¿, die dem Anwender ein wirksames und zeitsparendes Hilfsmittel für die optimale Einstellung sowohl der Strom-, als auch der Geschwindigkeits- oder Positionsregelung in die Hand gibt. Das Regulation Tuning erfolgt in drei Schritten: Streckenidentifikation, Vorsteuerungs- und Reglerparametrierung sowie Verifikation der Regelung. Für die Identifikation wird die Regelstrecke der Anwendung durch eine Rückkopplungsstruktur ergänzt, in der sich kontrollierte Dauerschwingungen aus¬bilden. Die Charakteristika der Dauer¬schwingungen repräsentieren wesentliche Streckeneigenschaften. Aus diesen Streckeneigenschaften, sowie qualitativen Anforderungen der Anwendung werden geeignete Vorsteuerungs- und Reglerparameter berechnet. Die abschliessende Verifikation dient zur Kontrolle des Gesamtsystems.

Für die einfache Programmierung stehen zahlreiche vorbereitete IEC 61131-3 Bibliotheken für CAN-Master Einheiten diverser SPS-Hersteller (Beckhoff, Siemens/Helmholz, VIPA) und 32-bit Windows-DLLs für PC Master (IXXAT, Vector und National Instruments) bereit. Diverse Programmierbeispiele für MS Visual C++, MS Visual Basic, Borland C++, Borland Delphi, National Instruments Lab VIEW und National Instruments LabWindows/CVI sind frei verfügbar. Die Bedienungsanleitungen und die Software können von der maxon Homepage http://www.maxonmotor.com kostenlos herunter geladen werden.

Die maxon motor ag ist seit 1970 spezialisiert auf die Entwicklung, Herstellung und den Vertrieb von hochwertigen Antriebskomponenten und -systemen unter dem Markenzeichen maxon motor. Die Firma beschäftigt weltweit rund 1600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter.

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