Antriebstechnik: Diese Motorsteuerung ist wirklich Micro

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Robotik-, Analyse- und Handlingsysteme benötigen eine kompakte Integration einer grossen Zahl von energieeffizienten, kompakten Antrieben kombiniert mit hochdynamischen Reglern und vernetztem Bus-System. Diese Steuerung ist eine Lösung.
Antriebstechnik: Diese Motorsteuerung ist wirklich Micro

Quelle: Copyright alle Bilder maxon

Insbesondere Operationsroboter, Analysegeräte der Medizinal- und Labortechnik sowie Multileaf-Kollimatoren in der Bestrahlungstechnik sind auf miniaturisierte Antriebstechnik angewiesen, die aufgrund eines hohen Wirkungsgrades dicht gepackt installiert werden kann. Zu dem idealen «Antriebspaket» gehören neben Motoren aber ebenso kompakte, vernetzbare Motorsteuerungen, die direkt im Gerät dicht bei den Motoren und Sensoren integrierbar sind.

Antriebstechnik: 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 x 22 x 7mm). 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.

Antriebstechnik: Diese Motorsteuerung ist wirklich Micro
In der Konfigurationssoftware: Dual-Loop Regulation Tuning.

«Micro»-Antriebstechnik 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 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 x 56 mm Baufläche (entsprechend der Grösse einer Visitenkarte), bestückt mit 3 «EPOS4 Micro 24/5 EtherCAT» Modulen an.

Einfach zu integrierende Antriebstechnik

Der Datenaustausch und die Kommandierung der «EPOS4 Micro» 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 «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 maxon’s EPOS Command Library kommandiert werden sind ebenfalls möglich.


Kopplung via RJ45 extern. Kapazitive Kopplung intern auf 3-Achs Board.

Das bietet die neue Mikrosteuerung

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 oder die Daten zyklisch übertragen werden.

Die EPOS4 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.

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 (+/-10V) und 1 analoger Ausgang (+/-4V) erlauben die Anbindung und Auswertung zusätzliche Aktoren und Sensoren.

«Micro»-Antriebstechnik, aber leistungsstark

«EPOS Micro» bietet eine Leistungsdichte von grösser 50W Spitzenleistung pro cm2 Baufläche ohne(!) zusätzliche Kühlung bei einer Umgebungstemperatur von -30°C bis 45°C. In der Praxis bedeutet dies eine Dauerabgabeleistung von 120W und Spitzenleistung von 360W während 10 Sekunden bei einem Flächenbedarf für Controller und Leistungsendstufe von nur 32 x 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.

Maxon als Systempartner

maxon bietet mit dem Support-Portal http://support.maxongroup.com und verschiedensten Dienstleistungen weit mehr als nur Katalogprodukte. Für die Integration von der «EPOS4 Micro» auf kundenspezifischen Elektronikboards steht maxon auch als Entwicklungs- und Produktionspartner zu Verfügung. maxon ist in diesem Fall nicht nur Produktlieferant, sondern übernimmt Systemverantwortung als kompetenter Engineeringpartner im Bereich der Antriebstechnik. Ein frühzeitiger Informationsaustausch und Ideenfindung gemeinsam mit maxon ist hierbei der erste Schritt zu einer technisch wie kommerziell optimierten Lösung.

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