Sechs verschiedene Servokontroller bilden eine Familie mit einheitlicher Funktionalität, die sich durch Leistung, Abmessungen und Anschlusstechnik unterscheiden. Sie zeichnen sich durch hohe Benutzerfreundlichkeit und ein breites Anwendungsspektrum aus. Die kompakten, leistungsstarken 4-Quadranten PWM-Servokontroller sind für die effiziente Ansteuerung von permanentmagneterregten bürstenbehafteten DC-Motoren und BLDC-Motoren (bürstenlose DC-Motoren) mit Hall-Sensoren bis ca. 700 Watt ausgelegt.
Alle ESCON Servokontroller verfügen über gute Reglereigenschaften, besitzen einen sehr schnellen digitalen Stromregler mit hoher Bandbreite zur optimalen Motorstrom-/Drehmomentkontrolle. Das driftfreie, gleichzeitig aber dynamische Drehzahlverhalten erlaubt einen Drehzahlbereich zwischen 0 und 150'000 min-1. Die sehr hohe Bandbreite von Stromregler und Drehzahlregler resultiert aus der hohen Abtastrate für den Motorstrom und die Drehzahl. Die Abtastrate für den Motorstrom beträgt 53.6 KHz, das heißt, dass der Stromregler im Zeitraster von 18.6 µsec gerechnet wird, was bis zu fünf Mal schneller als bei herkömmlichen Kontroller-Systemen ist. Die Abtastrate für die Drehzahl ist 5.36 KHz, das heisst Tachospannung oder Inkrementalgeberzähler werden etwa alle 186 µsec erfasst. Im Ergebnis bewirken diese schnellen Abtastzeiten geringste Phasenverschiebungen im Strom- bzw. Drehzahlreglerkreis, was letztlich die hohe Bandbreite ermöglicht.
Der Servokontroller im Miniformat bietet umfangreiche Funktionalitäten mit frei konfigurierbaren digitalen und analogen Ein- und Ausgängen und ist für dynamische Antriebslösungen mit hohen Anforderungen auf maxon-Motoren abgestimmt. Die ESCON Servokontroller können in diversen Betriebsmodi (Drehzahlregler, Drehzahlsteller, Stromregler) betrieben werden. Über einen analogen Sollwert wird der Servokontroller kommandiert. Dieser kann mittels analoger Spannung, externem oder internem Potentiometer, einem Fixwert oder mittels PWM-Signal mit variablem Tastverhältnis vorgegeben werden. Weitere interessante Funktionalitäten sind beispielsweise die drehrichtungsabhängige Freigabe (Enable) oder Sperrung (Disable) der Endstufe oder das Beschleunigen und Abbremsen mittels definierter Drehzahlrampe. Die Drehzahl kann mittels digitalem Inkremental-Encoder (2 Kanal mit/ohne Line Driver), DC-Tacho oder ohne Geber (IxR Kompensation) geregelt.
Der Servokontroller ist ganz auf eine einfache Inbetriebnahme und komfortable Bedienbarkeit ausgelegt. Über USB-Schnittstelle mit dem PC verbunden wird der Servokontroller mittels der grafischen Benutzeroberfläche "ESCON Studio" einfach und effizient parametriert. Eine Vielzahl von Funktionen und bedienerfreundliche Assistenten, sowie ein ausgeklügeltes automatisches Verfahren zur Abstimmung der Regler helfen während der Inbetriebnahme und bei der Konfiguration der Ein- und Ausgänge, Überwachung, Datenaufzeichnung und Diagnose. Eine Erleichterung für den Benutzer ist es ausserdem, dass die in einer Betriebsart nicht benötigten Eingaben nicht extra abgefragt werden. Das Resultat der Zuweisungen und die Verdrahtung des ESCON kann zudem gespeichert und auch als Diagramm ausgegeben werden.
Diagnose-Werkzeug
Mit diesem leistungsfähigen Software können Probleme bei der Inbetriebnahme und auch bei Störungen aufgedeckt und untersucht werden. Das Diagnose-Werkzeug schlägt automatisch ein geeignetes Vorgehen zur Lösung des Problems vor. Dabei werden Kontroller, Motor, Sensoren zum Detektieren der Rotorposition sowie Drehzahlgeber analysiert.
Besonders nützlich bei der Inbetriebnahme ist die intelligente Überprüfung der Verdrahtung zwischen Kontroller und Motor. Vertauschte Signalleitungen und verwechselte Motorleitungen werden sicher erkannt und vom Diagnose Werkzeug mit Vorschlägen zur Korrektur beantwortet. Damit können auch Motoren mit unbekannten Daten und Anschlussbelegungen zuverlässig und ohne mühevolle, zeitraubende Experimente an die ESCON-Kontroller angeschlossen werden.
Autotuning
Eine Inbetriebnahme und optimale Parametrierung der Reglerparameter für ein bestimmtes System gestaltet sich häufig schwierig, da in der Praxis ein a-priori Wissen über die Parameter des Systems (Massen, Reibungen, etc.) meist nicht vorhanden ist. Eine rechnerische Bestimmung der Reglerparameter ist damit entweder nicht möglich, oder umständlich und zeitaufwendig. Um diese Problematik zu überwinden, bietet ESCON eine über das ESCON Studio geführte Inbetriebnahme an. Für den Stromregler werden die Stromreglerparameter ermittelt und für den Drehzahlregler anschließend zusätzlich die Drehzahlreglerparameter automatisch bestimmt.
Das maxon Autotuning ist ein modellbasiertes Selbsteinstellverfahren, das in zwei Hauptschritten erfolgt:
· Identifikation des Systems
· Berechnung der Reglerparameter
Die Systemidentifikation erfolgt im Frequenzbereich. Der Frequenzgang der Strecke wird durch ein Dauerschwingungsverfahren ermittelt. Dazu wird in den Regelkreis ein Zweipunktglied eingefügt, das den nichtlinearen Regelkreis bei geeigneter Wahl der Parameter zu charakteristischen Eigenschwingungen anregt. Die Grundschwingungen am Eingang X und am Ausgang Y der Strecke werden gemessen. Deren Verhältnis nach Betrag und Phase liefert einen Punkt des gesuchten Frequenzgangs. Durch einen adaptiven Algorithmus wird die Verstärkung des Zweipunktgliedes automatisch so eingestellt, dass eine stationäre Dauerschwingung am Ausgang der Strecke Y eine bestimmte Amplitude erreicht. Durch passendes Einstellen der Zeitkonstante T des Tiefpasses wird auch die Phasenverzögerung des Systems eingestellt. Mit Änderungen von Verstärkung und Zeitkonstanten können verschiedene charakteristische Frequenzen eingestellt werden. So erhält man weitere Werte nach Betrag und Phase zur Rekonstruktion des Frequenzganges der Strecke. Aus der so berechneten Übertragungsfunktion der Strecke können die Reglerparameter zum Beispiel nach der Methode der Polvorgabe berechnet werden.
Per Knopfdruck können so automatisch die passenden Regelparameter bestimmt werden. Die in der Praxis gewonnen Erfahrungen zeigen, dass dieses automatische Einstellverfahren auch bei sehr unterschiedlichen Streckeneigenschaften zuverlässig optimale Reglerparameter liefert.
Dazu können die Reglerparameter je nach Anwendung und Kundenanforderung als "soft" oder "hard" parametriert werden. Die Einstellung "soft" führt zu einem langsamen aber gut gedämpften Regelverhalten. Im Gegensatz dazu führt die Einstellung "hard" zu einem wenig gedämpften aber schnellen Einschwingvorgang auf den Sollwert.
Schutz gegen Überspannung & Co.
Um sich gegen Überstrom, Übertemperatur, Unter- und Überspannung, Spannungstransienten und Kurzschluss in der Motorleitung zu schützen, verfügt die ESCON Servokontroller über diverse Schutzbeschaltungen. Ebenso verfügt sie über geschützte digitale Ein- und Ausgänge und eine einstellbare Strombegrenzung zum Schutz von Motor und Last. Motorstrom und Ist-Drehzahl der Motorwelle können mittels analoger Ausgangsspannung überwacht werden.
Der großzügige Bereich von Eingangsspannung und Einsatztemperatur (-30 bis +81 °C) erlauben einen flexiblen Betrieb in fast allen Antriebsapplikationen; in der Automatisierungstechnik, im Kleingeräte- und Gerätebau oder in der Mechatronik. Für mobile, hocheffiziente und verbrauchsoptimierte Anwendungen bietet der ESCON-Servokontroller mit seinem extrem hohen Wirkungsgrad von 95 Prozent ideale Voraussetzungen für unterschiedlichste Anwendungsbereiche.
Hardwareseitig kommen die ESCON als "Alles-was-es-braucht-Paket". So sind beispielsweise für den Betrieb keine zusätzlichen externen Filter oder Motordrosseln notwendig und für die Inbetriebnahme stehen vorkonfektionierte Kabel als Zubehör zur Verfügung.
