C5 USB Online-Handbuch

Betriebsarten

Allgemein

Die Betriebsart von Systemen ohne Rückführung wird als Open Loop, die mit Rückführung als Closed Loop bezeichnet. In der Betriebsart Closed Loop ist es zunächst unerheblich, ob die zurückgeführten Signale vom Motor selbst oder aus dem beeinflussten Prozess kommen.

Bei Steuerungen mit Rückführung wird die gemessene Regelgröße (Istwert) permanent mit einer Führungsgröße (Sollwert) verglichen. Bei Abweichungen zwischen diesen Größen regelt die Steuerung entsprechend den vorgegebenen Regelparametern nach.

Dagegen fehlt den reinen Steuerungen die Rückführung der zu regelnden Größe. Die Führungsgröße (Sollwert) wird lediglich vorgegeben.

Aufgrund einer fehlenden Rückführung ist bei der C5 die Betriebsart Closed Loop nicht möglich.

Open Loop

Einführung

Die Betriebsart Open Loop wird nur bei Schrittmotoren angewendet und ist ein reiner Stellbetrieb. Die Felddrehung im Stator wird durch die Steuerung vorgegeben. Der Rotor folgt der magnetischen Felddrehung ohne Schrittverluste unmittelbar, solange keine Grenzparameter - wie beispielsweise das maximal mögliche Drehmoment - überschritten werden. Im Vergleich zum Closed Loop werden keine komplexen internen Regelungsprozesse in der Steuerung benötigt. Dadurch sind die Anforderungen an die Steuerungshardware wie auch an die Steuerungslogik sehr gering. Im Besonderen bei preissensitiven Anwendungen und einfachen Bewegungsaufgaben wird deshalb die Betriebsart Open Loop vorwiegend eingesetzt.

Da es im Gegensatz zu Closed Loop keine Rückkopplung über die aktuelle Rotorposition gibt, kann auch kein Rückschluss auf das an der Abtriebsseite der Motorwelle anstehende Gegenmoment gezogen werden. Um eventuell an der Abtriebswelle des Motors auftretende Drehmomentschwankungen auszugleichen, liefert die Steuerung in der Betriebsart Open Loop über den gesamten Drehzahlbereich immer den maximal möglichen (bzw. durch Parameter vorgegebenen) eingestellten Strom an die Statorwicklungen. Die dadurch erzeugte hohe magnetische Feldstärke zwingt den Rotor, in kürzester Zeit den neuen Beharrungszustand einzunehmen. Diesem Moment steht jedoch das Trägheitsmoment des Rotors und des Gesamtsystems entgegen. Unter bestimmten Betriebsbedingungen neigt diese Kombination zu Resonanzen, vergleichbar einem Feder-Masse-System.

Inbetriebnahme

Um die Betriebsart Open Loop anzuwenden, sind folgende Einstellungen notwendig:

  • Im Objekt 2030h (Pole Pair Count) die Polpaarzahl eingeben (siehe Motordatenblatt: Ein Schrittwinkel von 1,8° entspricht bei einem Schrittmotor mit 2 Phasen 50 Polpaaren und von 0,9° entspricht 100 Polpaaren).
  • Im Objekt 2031h:00h den maximal zulässigen Motorstrom (Motorschutz) in mA eingeben (siehe Motordatenblatt)
  • Im Objekt 6075h:00h den Nennstrom des Motors in mA (siehe Motordatenblatt) eingeben.
  • Im Objekt 6073h:00h: den Maximalstrom (entspricht bei einem Schrittmotor in der Regel dem Nennstrom, Bipolar) in Promille des eingestellten Nennstroms eingeben (siehe Motordatenblatt). Werkseinstellung: "1000", was 100% des Wertes in 6073h entspricht. Ein Wert größer "1000" wird intern auf "1000" limitiert.
  • Im Objekt 3202h (Motor Drive Submode Select) das Bit 0 (CL/OL) mit dem Wert "0" belegen.

Nanotec empfiehlt, die Stromabsenkung bei Stillstand des Motors zu aktivieren, um die Verlustleistung und Wärmeentwicklung zu reduzieren. Um die Stromabsenkung zu aktivieren, sind folgende Einstellungen notwendig:

  • Im Objekt 3202h (Motor Drive Submode Select) das Bit 3 (CurRed) auf "1" setzen.
  • Im Objekt 2036h (Open Loop Current Reduction Idle Time) wird die Zeit in Millisekunden angegeben, die sich der Motor im Stillstand (der Sollwert wird geprüft) befinden muss, bis die Stromabsenkung aktiviert wird.
  • Im Objekt 2037h (Open Loop Current Reduction Value/factor) wird der Effektivwert angegeben, auf den der Nennstrom reduziert werden soll, wenn die Stromabsenkung im Open Loop aktiviert wird und sich der Motor im Stillstand befindet.

Optimierungen

Systembedingt können in der Betriebsart Open Loop Resonanzen auftreten, besonders bei geringer Belastung ist die Resonanzneigung hoch. Aus praktischen Erfahrungen heraus haben sich in Abhängigkeit der Applikation verschiedene Maßnahmen bewährt, um Resonanzen weitgehend zu reduzieren:

  • Strom reduzieren oder erhöhen, siehe Objekt 6073h bzw. 6075h. Eine zu hohe Drehmomentreserve begünstigt Resonanzen.
  • Die Betriebsspannung unter Berücksichtigung der produktspezifisch zugelassenen Bereiche reduzieren (bei genügender Drehmomentreserve) oder erhöhen. Der zulässige Betriebsspannungsbereich kann dem Produktdatenblatt entnommen werden.
  • Die Regelparameter des Stromreglers über die Objekte 3210h:09h (I_P) und 3210h:0Ah (I_I) optimieren (in der Regel nicht notwendig).

  • Anpassen der Beschleunigung, Verzögerung und/oder Zielgeschwindigkeit in Abhängigkeit des gewählten Betriebsmodus:
    Betriebsmodus Profile Position
    Objekte 6083h (Profile Acceleration), 6084h (Profile Deceleration) und 6081h (Profile Velocity).
    Betriebsmodus Velocity
    Objekte 6048h (Velocity Acceleration), 6049h (Velocity Deceleration) und 6042h (Target Velocity).
    Betriebsmodus Profile Velocity
    Objekte 6083h (Profile Acceleration), 6084h (Profile Deceleration) und 6081h (Profile Velocity).
    Betriebsmodus Homing
    Objekte 609Ah (Homing Acceleration), 6099h:01h (Speed During Search For Switch) und 6099h:02h (Speed During Search For Zero).
    Betriebsmodus Interpolated Position Mode
    Mit der übergeordneten Steuerung können die Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen beeinflusst werden.
    Betriebsmodus Cyclic Synchronous Position
    Über die externen Zielvorgaben "Positionsvorgabe/Zeiteinheit" können die Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen beeinflusst werden.
    Betriebsmodus Cyclic Synchronous Velocity
    Über die externen Zielvorgaben "Positionsvorgabe/Zeiteinheit" können die Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen beeinflusst werden.
    Betriebsmodus Takt-Richtung
    Änderung der Schrittauflösung über die Objekte 2057h (Clock Direction Multiplier) und 2058h (Clock Direction Divider). Beschleunigungs-/Verzögerungsrampen durch Anpassen der Impulsfrequenz optimieren, um den Resonanzbereich möglichst schnell zu durchlaufen.
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