Anforderung: kompakte mehrachsige Systemkonzepte
Insbesondere Operationsroboter, Analysegeräte der Medizinal- und Labortechnik sowie Multileaf-Kollimatoren in der Bestrahlungstechnik sind auf miniaturisierte Antriebssysteme angewiesen, die aufgrund eines hohen Wirkungsgrads dicht gepackt installiert werden können. Zum idealen «Antriebspaket» gehören neben Elektromotoren aber ebenso kompakte, vernetzbare Motorsteuerungen, die direkt im Gerät dicht bei den Motoren und Sensoren integrierbar sind.
Im Fokus: 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 Regleralgorithmen, 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 Plugin-Module in der eigenen Elektronik in der benötigten 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 der 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 Potenzialunterschieden 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 jede 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.
EPOS4 Micro im Grössenvergleich mit einem USB-Stick.
«Micro» und einfach zu integrieren
Der Datenaustausch und die Kommandierung der EPOS4 Micro über CANopen oder EtherCAT folgen dem Protokoll CiA® 402 («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 EPOS4 Micro (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 EPOS Command Library von maxon kommandiert werden, sind ebenfalls möglich.
«Micro» und bereit für IIoT
Die EPOS4 ist unterster Informationslieferant im IIoT-Umfeld (= «Industrial Internet of Things») 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 EPOS4-Bus-Schnittstellen zugegriffen werden, oder die Daten werden zyklisch übertragen.
«Micro», aber multifunktional
Die EPOS4 Micro besitzt mit 25-kHz-Stromreglertakt und 2,5-kHz-Drehzahl-/Positionsreglertakt identische Taktraten wie alle anderen Varianten der EPOS4- Produktlinie. Modernste Reglerkonzepte wie Field Oriented Control (FOC), Feed Forward und Observer Control sowie die Dual-Loop-Regelung erlauben auch bei der EPOS4 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.
EPOS Studio: Dual-Loop Regulation Tuning
«Micro», aber vielseitig
EPOS4 Micro unterstützt bürstenbehaftete und bürstenlose DC-Motoren mit Hallsensoren, Digital-Inkrementalgebern und SSI-Absolutgebern. Insgesamt 5 digitale Eingänge, 3 digitale Ausgänge, 2 analoge Eingänge (+/–10 V) und 1 analoger Ausgang (+/–4 V) erlauben die Anbindung und Auswertung zusätzlicher Aktoren und Sensoren.
«Micro», aber leistungsstark
EPOS Micro bietet eine Leistungsdichte von grösser 50?W Spitzenleistung pro cm2 Baufläche ohne?(!) zusätzliche Kühlung bei einer Umgebungstemperatur von –30?°C bis 45?°C. In der Praxis bedeutet dies eine Dauerabgabeleistung von 120?W und Spitzenleistung von 360?W während 10 Sekunden bei einem Flächenbedarf für Controller und Leistungsendstufe von nur 32 × 22 mm (EPOS 24/5 Micro CAN) und 7 mm Dicke.
«Micro», auch bei der Inbetriebnahme
Die intuitive Inbetriebnahme-Software EPOS Studio bietet mit dem Start-up Wizard eine geführte Grundkonfiguration sowie ein automatisches Tuning aller Reglerparameter; auch für komplexe Dual-Loop-Reglerstrukturen.
Mehr als nur Produkte: maxon als Systempartner
maxon bietet mit dem Support-Portal http://support.maxongroup.com und verschiedensten Dienstleistungen weit mehr als nur Katalogprodukte. Für die Integration der EPOS4 Micro auf kundenspezifischen Elektronikboards steht maxon auch als Entwicklungs- und Produktionspartner zur Verfügung. maxon ist in diesem Fall nicht nur Produktlieferant, sondern übernimmt Systemverantwortung als kompetenter Engineeringpartner im Bereich der Antriebstechnik. Ein frühzeitiger Informationsaustausch und die Ideenfindung gemeinsam mit maxon sind hierbei der erste Schritt zu einer technisch wie kommerziell optimierten Lösung.
Kurz gesagt: Kompetent und zielorientiert mit EPOS4 Micro und maxon Dienstleistungen zum Erfolg!
SUMMARY
- Die EPOS4 Micro Module kommen in Briefmarkengrösse daher.
- Sie bieten EtherCAT auf kleinstem Raum.
- IIoT-Daten im 1-ms-Takt.
- EPOS4 = FOC, Observer, Dual Loop und mehr!
Autor: Jürgen Wagenbach, Head of Customer Support Motion Control bei maxon