Absolutgeber in periodischen Applikationen
Absolutgeber stellen eine wichtige Funktionsvoraussetzung dar, wenn eine Referenzfahrt nach dem Einschalten unerwünscht ist. Bei periodischen Anwendungen muss die Position nach dem Einschalten nur einmal in Bezug auf einen Maschinentakt bestimmt werden.
Danach erfolgt die zyklische Positionierung je Maschinentakt relativ. Im periodischen Betrieb tritt nach einer definierten Anzahl Umdrehungen des Absolutgebers systembedingt ein sogenannter „Gebersprung“ auf. Für die relative Positionierung im eingeschalteten Zustand ist dies nicht weiter von Bedeutung, wohl aber bei der Ermittlung der absoluten Position im Bezug auf einen Maschinentakt direkt nach dem Einschalten.
Der folgende Bericht beschreibt Lösungsmöglichkeiten und Bedingungen zur Bestimmung der absoluten Position, wenn im ausgeschalteten Zustand durch Bewegung der Mechanik „Gebersprünge“ auftreten.
Dieser Abschnitt beinhaltet folgende Unterthemen:
oErhalt der absoluten Position durch mechanische Konstruktionen
oErhalt der absoluten Position durch Software
Periodische Applikationen mit Absolutgeber sind bei verschiedenen mechanischen Bauweisen möglich. Ein allgemeiner mechanischer Aufbau sieht wie folgt aus:
Allgemeiner mechanischer Aufbau einer periodischen Applikation für Endlosbetrieb
Zum Verständnis der Problemstellung werden die technischen Hintergründe und Begriffe nachfolgend kurz erklärt.
Im Gegensatz zu einem Inkrementalgeber liefert ein Absolutgeber ohne Auffinden eines Nullimpulses direkt nach dem Einschalten die absolute Position bezogen auf mindestens eine Umdrehung der Geberwelle. Der Begriff absolut kann dabei auf nur eine Umdrehung verstanden werden, dann ist von einem Singleturngeber die Rede. Wenn der Absolutgeber mehrere Umdrehungen absolut auflösen kann, spricht man von einem Multiturngeber.
Beim Multiturngeber ist die Anzahl der auflösbaren Umdrehungen begrenzt. Typischerweise können 4096 Umdrehungen unterschieden werden. Danach wiederholt sich die vom Geber ausgegebene Position. Beim Übergang der maximal möglichen Position auf 0 spricht man vom sogenannten Gebersprung.
Die Vorschubkonstante beschreibt, wie viele mechanische Einheiten sich die Maschine weiterbewegt, wenn sich der Getriebeabgang um eine Umdrehung dreht. Im Bild ist die Vorschubkonstante sinnigerweise der Umfang der Abtriebsrolle. Prinzipiell kann die Einheit und die absolute Dimension der Vorschubkonstante frei gewählt werden.
Im PacDrive-System zeigt „EncoderPosition“ die Istposition der der Geberwelle an, die über die Vorschubkonstante und den Getriebefaktor skaliert wird.
4096 steht hier für die auflösbare Anzahl Umdrehungen des eingesetzten Multiturngebers. GearIn/GearOut beschreibt den Übersetzungsfaktor des Getriebes, also wie viele Umdrehungen (GearOut) man den Getriebeeingang drehen muss, damit sich der Getriebeabgang um GearIn Umdrehungen dreht.
Möglicher Bereich der „Geberposition“ im PacDrive-System
Geberperiode (Encoder Period) EPer
Die Geberperiode „EncoderPeriod“ stellt praktisch die maximale Position der EncoderPosition dar, d. h. den Wert, von dem aus die EncoderPosition auf 0 zurückspringt. Die Einheit wird in diesem Fall mithilfe der Vorschubkonstante festgesetzt.
EncoderPeriode = 4096 * VK * GearIn / GearOut
Die „MachinePeriod“ beschreibt im Bezug auf die Vorschubkonstante die Anzahl mechanischer Einheiten pro Maschinentakt.
Erhalt der absoluten Position durch mechanische Konstruktion
Die Kompensation eines Gebersprungs im ausgeschalteten Zustand kann einmal durch mechanische Konstruktion erfolgen.
Die Abbildung „Allgemeiner mechanischer Aufbau...” kann zur Veranschaulichung verwendet werden. Folgende Größen werden dabei zugrunde gelegt:
Parameter für Veranschaulichungsbeispiel
|
Parameter Beispielapplikation |
Wert |
|---|---|
|
GearIn |
1 |
|
GearOut |
64 |
|
Umfang Abtriebsrad |
480 mm |
|
Vorschubkonstante VK |
480 mm / Umdrehung |
|
MachinePeriod MPer |
80 mm |
|
EncoderPeriod EPer |
4096*480 mm*1/64 = 30720 mm |
|
Anzahl Maschinentakte in Encoderperiode |
30720 mm / 80 mm = 384 |
Das nachfolgende Bild zeigt den Zusammenhang zwischen Maschinentakt und Gebersprung auf Basis der angenommenen Größen:
Ganzzahlige Anzahl Maschinenperiode in der Geberperiode
Unter Einhaltung folgender Bedingungen können im ausgeschalteten Zustand beliebig viele „Gebersprünge“ auftreten, ohne dass nach dem Einschalten die absolute Position im Bezug auf einen Maschinentakt verloren geht:
1.Es muss ein ganzzahliges n mit -<Unendlich> <n<= 12 geben, für das gilt: Nach 2n Motorumdrehungen wurde eine ganze Anzahl an Maschinentakten abgearbeitet.
2.EPer/MPer ist eine ganze positive Zahl
1.Dividiert man 4096 durch 2n und ist n eine ganze Zahl, so erhält man immer ein ganzzahliges Ergebnis. Anders ausgedrückt könnte man auch sagen: Gibt es ein -<Unendlich> < n < 12 mit 2 hoch n Motorumdrehungen, bei dem einige Maschinentakte vollständig abgearbeitet wurden, so wird auch bei 4096 Motorumdrehungen (=Gebersprung) eine ganze Anzahl an Maschinentakten abgearbeitet. Dies ist eine Voraussetzung dafür, dass der Gebersprung immer nach einer ganzen Anzahl von Maschinentakten erfolgt.
2.Die zweite Bedingung hat zur Folge, dass innerhalb einer Geberperiode immer komplette Maschinentakte untergebracht werden können. Damit tritt der Gebersprung ebenfalls immer an der gleichen Stelle des Maschinentaktes auf. So kann die Position relativ zu den Maschinentakten immer absolut bestimmt werden.
In der Praxis ist die Maschinenperiode vorgegeben. Getriebe und Durchmesser des Abtriebsrades bzw. Teilung des Abtriebsrades sind die Design-Paramter für die Konstruktion. Hierfür gilt folgende Funktionsbedingung:
(4096 * GearIn/GearOut * VK/MPer) ergibt eine positive ganze Zahl
Damit muss je nach Maschinenperiode die entstehende Vorschubkonstante (Durchmesser des Abtriebsrades) auf das gewählte Getriebe angepaßt werden. Die gewählte Getriebestufe muss also kein Übersetzungsverhältnis von 2n aufweisen bzw. pro Maschinentakt muss die Motorwelle nicht zwangsläufig 2n Umdrehungen ausführen.
Bei Produktvarianten sollte die Maschinenperiode so gewählt werden, dass Sie für die Varianten eine ganze Zahl an Maschinentakten enthält.
Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 2n (0 < n < 4096, n ganzzahlig) bieten den Vorteil, dass der Gebersprung immer in der gleichen Stellung der Getriebeabtriebswelle auftritt. Damit wird die mechanische Funktionsbedingung automatisch eingehalten, wenn pro Umdrehung der Abtriebswelle eine ganze Anzahl an Maschinentakten abgearbeitet wird.
Erhalt der absoluten Position durch Software
Die Mechanik kann nicht immer die zuvor genannten Voraussetzungen für die Bestimmung einer überlaufsicheren Position nach dem Einschalten bieten. Dies kann z. B. der Fall sein, wenn die Maschine schon konstruiert ist oder die Produktvarianten dies nicht zulassen. Dann kann mit folgender Lösung ein einzelner während des ausgeschalteten Zustands aufgetretener Gebersprung erkannt werden und die absolute Position erhalten bleiben.
Die absolute Position des Gebers wird zyklisch in eine Retain-Variable gepuffert und im PacDrive Controller gespeichert.
Nach dem Einschalten wird die aktuelle Position des Gebers mit der abgespeicherten Position verglichen. Auf diese Weise kann die absolute Position auch über einen einzigen Gebersprung hinweg ermittelt werden.
Das Erhalten der absoluten Position durch die Software ist als Standardfunktion in der Vorlage enthalten.
Für nicht vorlagenbasierte Applikationen ist auf Anfrage ein Funktionsmodul für diese Applikation verfügbar.
