Digitale
aandrijftechniek
voor meer flexibiliteit
Steeds korter wordende
marktcycli brengen met zich mee dat de fabrikanten over steeds maar minder
ontwikkelingstijd beschikken. Maar een volledig digitale positioneermodule is in
staat daar wat aan te doen. Niet alleen beschikt men in dat geval over meer
flexibiliteit, maar is men ook in de mogelijkheid om de resultaten beter in te
schatten.
Om aandrijfproblemen op te lossen
bestaan er in principe twee verschillende manieren :
- men maakt gebruik van gestandaardiseerde modules die uit een digitale
positieregeling en versterker bestaan of
- men ontwerpt voor een bepaalde toepassing een specifieke regeling en
vermogeneindtrap.
De eerste manier heeft het voordeel dat er functiemodellen ter beschikking
staan. Zo een module bevat immers veel mogelijke functies en
vermogenkarakteristieken. Helaas stelt men regelmatig vast dat de meeste
functies overbodig zijn en dat sommige ontbreken. Voor een bepaalde concrete
toepassing is een dergelijke module dan meestal overgedimensioneerd.
Een andere aanpak bestaat erin om de complete regeling en vermogensturing van
nul af aan op te bouwen en precies op de eisen van de toepassing af te stemmen.
Bij kleine productie-aantallen betekent dit evenwel een niet te onderschatten
risico op gebied van kostprijs en bedrijfszekerheid.
Een tussenoplossing bestaat uit Motion-Control-Chips (MCC) in verbinding te
stellen met gestandaardiseerde vermogenversterkers. Hierbij schrijft men zelf de
noodzakelijke software voor de sturing en de microcontrolleromgeving. De
instelwaarden van de versterker gebeuren analoog (+-10V). Toch is deze oplossing
ook niet geheel vrij van nadelen : voor veel toepassingen klaagt men bij de
huidige MCC’s over een geringe flexibiliteit op het gebied van
bewegingsprofielen en regelnauwkeurigheid. In het vermogengedeelte van de MCC
bevinden er zich doorgaans veel onbenutte vermogenversterkers.
Tussenoplossing
De Zwitserse firma MAXON MOTOR ontwikkelde een module (MIP10) die een
synthese vormt tussen zelfontwerp en het gebruik van standaardcomponenten.
Typische onderdelen zoals voeding, beveiligingen,enz. bevinden zich op een
moederbord. Maar functieblokken bevinden zich op inplugbare modules. De
MIPmodule is een 16bit controller die baanbeschrijving, positie, stroomregeling,
snelheid en klassieke beveiligingen omvat. De controller bevat nog genoeg
rekencapaciteit om bijkomende toepassingsfuncties uit te voeren.
Via seriële poorten kan de software te allen tijde geladen worden. Voor de
gegevensverwerking staat een snel SRAM geheugen ter beschikking, maar ook 20
digitale in- en uitgangen voor allerhande sensoren en actoren. Voor de
communicatie met IPC of PLC zorgen twee seriële poorten. Ook een seriëel
Bus-protocol is voorzien. Applicaties tot 50W kunnen direct op de module
geschakeld worden. Dank zij de digitale technieken in het vermogengedeelte is
een betere afstemming tussen positie en stroomregeling mogelijk geworden en zijn
de instellingen voor overstroombeveiliging preciezer. De digitale modules zijn
in principe ongevoelig voor warmte-invloeden en veroudering. Dit betekent dat
hierdoor geen toerentalafwijkingen ontstaan. De module heeft de grootte van een
bankkaart.
De hoofdtaak van elke positiesturing bestaat erin om de beweging tussen twee
punten zo exact mogelijk uit te voeren. Daarnaast spelen parallelle en
feedbackoperaties een belangrijke rol. De beweging zelf wordt meestal door de
parameters versnelling, snelheid en eindpositie beschreven. In het meest
eenvoudige geval is de snelheid-tijdgrafiek trapeziumvormig : versnelling
en vertraging hebben dan dezelfde constante waarde. Maar bij delicate bewegingen
moet het verloop meer afgerond zijn en is een feedback noodzakelijk. Denken we
aan het transport van vloeistoffen in open proefbuisjes, de positionering van
optische onderdelen, enz. Voor deze bewegingen bestaat een functie waarvan het
verloop van de versnelling sin² -vormig is.
Naast zuivere positioneertaken is de module in staat om voor een hoogprecieze
snelheidsregeling of een koppelbegrenzing te zorgen. Dit is het geval bij pompen
in de medische sector, schroefbewegingen in de precieze mechanica, enz.
Wie experimenteert met nieuwe bewegingsontwerpen wil zo gauw mogelijk testen
uitvoeren. Zo komt men vlug te weten of iets realiseerbaar is en krijg men vlug
uitsluitsel over het kwaliteitsniveau. Hiervoor bestaat er voor de MIP10 module
een evaluatiekit die met de noodzakelijke kabels, documentatie en software
aangeboden wordt. Deze evaluatiekit heeft een 24V in- en uitgang, RS232 alsook
RS485 poorten en kan zonder probleem op een PC of PLC aangesloten worden.
Wanneer men niet weet hoe de last zal reageren, is het instellen van de PI en
PID parameters nogal tijdrovend. Om die reden kunnen alle modulen zich
optimaliseren en als criteria worden parameters als « vermijden van
trillingen » of « snel doel bereiken » voorgesteld. De
kwaliteit van deze ingestelde parameters kan men dan grafisch beoordelen. Naast
een menusysteem voor de verschillende configuratie- bewegings- en
optimalisatiefuncties zijn er nog 2 commandointerpreters. Met de
RS232-ASCII-interpreter kan men gebruik maken van een rekensysteem naar keuze
(PC, UNIX, PLC), maar ook van een eenvoudige terminal om de gewenste bewegingen
en I/O-bevelen in te brengen. De RS485 bezit een ingewikkelder protocol dat
toelaat verschillende MIP-toestellen met elkaar te verbinden.
Om tot een serieproduct te komen is er evenwel een minimum aan software nodig,
en in sommige gevallen een specifiek moederbord. Er zijn twee
mogelijkheden : ofwel doet men het zelf, ofwel besteedt men deze opdracht
uit. In het eerste geval, wanneer men het zelf doet, staan er gestandaardiseerde
moederborden als voorbeeld ter beschikking en voor software-uitbreidingen zijn
er speciale microcontrollersystemen voor regelingen, periferiefuncties, enz. Men
kan het zich gemakkelijker maken er een lastenboek opstellen. Met vaste prijzen
en levertermijnen stelt een ploeg MIP-specialisten dan een goede oplossing voor,
gebruik makend van meerdere manjaren ervaring.
Mogelijkheden
De MIP-modules vormen in beginsel een productfamilie. De MIP10-module bevat
een geïntegreerde eindtrap, terwijl de MIP0-module aangewezen is voor het
koppelen van digitale eindtrappen. Eindgebruikers kunnen zich de evaluatiekit
aanschaffen maar ook een MIP-Europakaart. Deze laatste staat een gemengde
configuratie van meerassystemen voor DC- en ECmotoren (EC = elektronisch
gecommuteerde DC-servomotoren).
Verder is een low-cost versie (tot 50W) in ontwikkeling speciaal gericht op
gedecentraliseerde aandrijfsystemen (via een RS485). Met het oog op de sturing
van gedecentraliseerde meerassige systemen bereidt men momenteel de modules voor
op C, Delphi, Visual Basic en LabView. (hp)
