Positionsmessung

Die Drehpositionserfassung auf der Basis von magnetischen AMR-Positionssensoren bietet eine kostengünstigere Alternative zu optischen Encodern. Diese Sensoren haben den Vorteil, dass sie in industriellen Umgebungen, in denen sie häufig Staub und Vibrationen ausgesetzt sind, robust sind. Die Rückmeldung des Motorwellenwinkels kann zur direkten Lageregelung in Servosystemen oder zur Bestimmung der Drehzahl verwendet werden.

Der ADA4571BRZ-RL von Analog Devices ist ein AMRSensor mit in das Gehäuse integrierten Signalkonditionierungs- und ADC-Treiberschaltungen (Bild 3).

Der ADA4571BRZ-RL ist ein magnetoresistiver Winkelsensor, der zwei temperaturkompensierte AMR-Sensoren verwendet, um den Wellenwinkel über einen Bereich von 180 ° (±90 °) mit einer Genauigkeit von <0,1 ° Fehler (<0,5 ° über Lebensdauer/Temperatur) zu erfassen. Diese Komponente erzeugt sowohl sinus- als auch cosinusbezogene analoge Ausgänge, die die Winkelposition des umgebenden magnetischen Feldes anzeigen. Die Komponente kann in magnetisch rauen Umgebungen betrieben werden und leidet nicht unter einer Verschlechterung des Winkelfehlers bei großen Luftspalten.

Die Ausgänge des Winkelsensors lassen sich mit dem AD7380BCPZ-RL7 von Analog Devices verbinden, einem Dual-ADC mit 16-Bit-Eingang und sukzessiver Approximation (SAR). Dieser ADC tastet beide differenziellen Eingangskanäle gleichzeitig mit bis zu 4 MS/s ab. Eine interne Funktion zur Überabtastung verbessert die Performance. Überabtastung ist eine gängige Technik, um die ADC-Genauigkeit zu erhöhen. Durch die Erfassung und Mittelung mehrerer Abtastwerte des Analogeingangs reduziert diese Funktion das Rauschen, wobei entweder der normale Mittelwert oder der gleitende Mittelwert als Überabtast-Modus verwendet wird. Überabtastung kann auch unter langsameren Betriebsbedingungen zu einer höheren Genauigkeit beitragen.

Netzwerk-Schnittstelle

Intelligente Fertigung beruht auf einem Netz intelligenter Motion-Anwendungen, die Daten zwischen den Maschinen in der Fabrikhalle und dem zentralen Kontroll- und Verwaltungsnetz austauschen. Diese gemeinsame Nutzung erfordert eine robuste Konnektivität. Hierfür können stromsparende und latenzarme Ethernet-Physical-Layer (PHY) von Analog Devices verwenden, darunter der Ethernet-PHY-Transceiver ADIN1300CCPZ. Der ADIN1300CCPZ arbeitet mit Datenübertragungsraten von 10 Mbit/s, 100 Mbit/s oder 1 000 Mbit/s und ist für den Betrieb in rauen Industrieumgebungen mit Umgebungstemperaturen von bis zu 105 °C ausgelegt.

Switches werden für die Weiterleitung von Ethernet-Verbindungen verwendet. Analog Devices bietet mit dem FIDO5200BBCZ einen eingebetteten Dual-Port-Switch für industrielles Ethernet Layer 2 an. Der Switch entspricht IEEE 802.3 mit 10 Mbit/s und 100 Mbit/s und unterstützt sowohl Halb- als auch Vollduplex-Modi für industrielle Ethernet-Protokolle, wie Profinet, Ethernet/IP, Ethercat, Modbus TCP und Ethernet Powerlink.

Maschinenzustand

Bei der Überwachung des Maschinenzustands werden Sensoren eingesetzt, um physikalische Parameter, wie Vibrationen, Erschütterungen und Temperatur, zu messen und in Echtzeit Einblicke in den Zustand einer Maschine zu erhalten. Durch die Aufzeichnung dieser Daten während der standardmäßigen Motorsteuerungsvorgänge und ihre Analyse im Laufe der Zeit wird es möglich, den mechanischen Zustand der Maschine genau zu beurteilen. Dieser datengesteuerte Ansatz ermöglicht vorausschauende Wartungspläne, die nicht nur die Lebensdauer der Maschine verlängern, sondern auch ungeplante Ausfallzeiten reduzieren.

Um den Zustand der Maschine zu überprüfen, müssen im Motor Vibrations- und Erschütterungssensoren installiert werden. Der MEMS-Beschleunigungsmesser ADXL1001BCPZ-RL für ±100 g ist ein Beispiel für einen rauscharmen Sensor mit einer -3-dB-Bandbreite von 11 kHz. Er ist eine Alternative zu piezoelektrischen Sensoren mit hoher Bandbreite und geringerem Stromverbrauch. Für Anwendungen, die eine Messung entlang von drei Achsen erfordern, kann der ADXL371 eine geeignete Wahl sein.

Fazit

Intelligente Motorsteuerung ist für intelligente Fabriken von entscheidender Bedeutung, und sie erfordert sorgfältig ausgewählte elektronische Komponenten, um effektiv implementiert zu werden. Wie gezeigt, sind viele dieser Komponenten bereits kuratiert, um sofort implementiert werden zu können. Sie umfassen Leistungselektronik für den Antrieb des Motors, Strom- und Positionssensoren, die genaue Rückmeldungen für eine präzise und genaue Motorsteuerung liefern, industrielle Netzwerkverbindungen, die Einblicke auf Systemebene zur Optimierung des Fertigungsflusses bietet, sowie Schwingungs- und Erschütterungssensoren, die eine Überwachung des Maschinenzustands ermöglichen, um ungeplante Ausfallzeiten zu reduzieren und die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern.

Literatur

1. Analog Devices, Inc., Wilmington, MA, USA: www.analog.com 
2. DigiKey Electronics Germany GmbH, München: www.digikey.de