Thomson Linear Motion Optmized
Schrittmotor-Linearantriebe - Auswahl
Produktdetails
Bei der Auswahl der Komponenten für einen neuen Schrottmotor-Linearantrieb ist Erfahrung letztlich das beste verfügbare Hilfsmittel. Systementwickler haben zahlreiche Präferenzen, wenn es um die SPS, den Motion Controller, Treiber usw. geht, d.h. es gibt nicht die eine richtige Konfiguration. Dennoch kann man sich an einigen allgemeinen Richtlinien orientieren, die im Folgenden skizziert werden.
Auswahl des Schrittmotor-Linearantriebs
Bei der Auswahl des zu Ihrer Anwendung passenden Schrittmotor-Linearsystems sind viele Faktoren zu berücksichtigen, beispielsweise die Last und Geschwindigkeit, die verfügbare Antriebsstromstärke und -spannung, die bevorzugte Konfiguration (MLS, MLN oder MLA) usw. Abhängig von Ihren Anforderungen kann der im SMLA enthaltene Motor auf die gewünschte Drehzahl, Beschleunigung und das erforderliche Bewegungsprofil programmiert werden. Das Hauptaugenmerk gilt der Auswahl der geeigneten Motorgröße für die Anforderungen an Last und Geschwindigkeit. Die Leistungskurven der einzelnen Motoren finden sich in der SMLA-Broschüre und sollten unbedingt beachtet werden. Üblicherweise empfiehlt sich bei der Dimensionierung des Motors eine Leistungsreserve von 50 Prozent. Bei einer kritischen und/oder genaueren Dimensionierung sollten Sie Ihre Anforderungen mit einem Thomson-Ingenieur erörtern.
SPS, PC oder Mikrocontroller?
Die Auswahl der zentralen Steuereinheit (CPU) ist die alleinige Entscheidung des Systementwicklers. Häufig kann eine bereits im System vorhandene CPU in Form von SPS, PC oder Mikrocontroller genutzt werden. Wenn Sie dagegen bei null anfangen, können Sie sich die folgenden Fragen stellen: Wird die CPU rauen industriellen Bedingungen ausgesetzt sein, wo eine SPS vorteilhaft sein kann? Werde ich meine eigene Software schreiben, was mittels PCs einfacher wäre? Oder wäre die Integration der CPU auf einer Platine mit einen kleinen Mikrocontroller am sinnvollsten?
Auswahl von Motion Controller und Treiber
Motion Controller
Bei der Auswahl eines Motion Controllers sollte zunächst die Kompatibilität mit anderen Systemkomponenten wie SPS/PC, Schrittmotortreiber und Spannungsquellen geprüft werden. Die Motordrehzahl wird über die Impulsrate (Impulse pro Sekunde) gesteuert, die der Treiber über den Controller liefert. Je nach erforderlicher Drehzahl bzw. Geschwindigkeit muss sichergestellt sein, dass der Motion Controller die entsprechende Impulsrate ausgeben kann, um diese Geschwindigkeit zu erreichen. Der Motion Controller muss diese Impulsrate ausgeben können; der Treiber muss diese Impulsrate empfangen und an den SMLA übermitteln können. Hier die Gleichung zur Bestimmung der erforderlichen Impulsfrequenz:
- Lineargeschwindigkeit: gewünschte lineare Verfahrgeschwindigkeit (Zoll/s)
- Steigung: Spindelhub pro volle Umdrehung der Spindel (Zoll/U)
- Motorschritte pro Umdrehung: Anzahl der Schritte für eine volle Umdrehung des Motors (Schritte/U). Für alle SMLAs gelten 200 Schritte pro Umdrehung
- Impulse pro Schritt: Anzahl der Impulse pro Schritt (Impuls/Schritt). SMLAs haben 1 Impuls pro Einzelschritt.
- Mikroschritt: Mikroschritt-Auflösung (Mikroschritt/Schritt)
- Lineargeschwindigkeit: gewünschte lineare Verfahrgeschwindigkeit (Zoll/s)
- Steigung: Spindelhub pro volle Umdrehung der Spindel (Zoll/U)
- Motorschritte pro Umdrehung: Anzahl der Schritte für eine volle Umdrehung des Motors (Schritte/U). Für alle SMLAs gelten 200 Schritte pro Umdrehung
- Impulse pro Schritt: Anzahl der Impulse pro Schritt (Impuls/Schritt). SMLAs haben 1 Impuls pro Einzelschritt.
- Mikroschritt: Mikroschritt-Auflösung (Mikroschritt/Schritt)
Schrittantrieb
Genau wie beim Controller sollte bei der Auswahl des Treibers dessen Fähigkeit berücksichtigt werden, mit den übrigen Komponenten im System zu kommunizieren – insbesondere mit dem Schrittmotor und dem Controller. Für die Schrittmotoren der Thomson Standard-SMLAs muss der Treiber den Anschluss eines vieradrigen, zweipoligen Motors erlauben. Die elektrischen Eigenschaften des Systems müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Hierzu zählen Faktoren wie der gewünschte Ausgangsstrom zum Motor, die maximale Eingangsspannung von der Spannungsversorgung und die Motorinduktivität. Wie beim Controller muss außerdem die erforderliche Impulsfrequenz in Betracht gezogen werden, damit der Treiber den Motor auf die gewünschte Drehzahl bringen kann.
Mikroschritt-Auflösung
Es gibt zahlreiche Schrittmotor-Treiber auf dem Markt mit unterschiedlichen Mikroschritt-Auflösungen. Abhängig von Ihren Anforderungen kann das Mikroschrittverfahren infrage kommen, insbesondere wenn eine besonders fließende Bewegung erforderlich ist. Im Wesentlichen arbeitet das Mikroschrittverfahren mit den standardmäßigen 200 Schritten pro Umdrehung des SMLA-Motors und unterteilt jeden Schritt in kleinere Einheiten von ½ Schritten und ¼ Schritten bis zur Auflösung von 1/256 Schritten. Die untenstehende Abbildung verdeutlicht den Unterschied zwischen Vollschritt und Mikroschritt.
Vergleich der Bewegung zwischen Vollschritt und Mikroschritt
Wichtig ist anzumerken, dass die höhere Mikroschritt-Auflösung nicht die Positioniergenauigkeit verbessert. Die typische Rotationsgenauigkeit für einen Schrittmotor liegt bei etwa ±0,09 Grad, unabhängig von der Mikroschrittauflösung.
Vergleich der Bewegung zwischen Vollschritt und Mikroschritt
Wichtig ist anzumerken, dass die höhere Mikroschritt-Auflösung nicht die Positioniergenauigkeit verbessert. Die typische Rotationsgenauigkeit für einen Schrittmotor liegt bei etwa ±0,09 Grad, unabhängig von der Mikroschrittauflösung.
Abschließende Überlegungen
Die oben genannten Hinweise sollen als Anhaltspunkt für die Planung eines Systems dienen. Möglicherweise sind einige praktische Experimente notwendig, um zu einem vollständig funktionierenden System zu gelangen. Nehmen Sie immer die Hilfe eines erfahrenen Systemdesigners in Anspruch und sehen Sie soweit möglich eine angemessene Reserve in den Systemberechnungen vor. Thomson kann Sie bei der Auswahl des passenden SMLA-Produkts unterstützen, das die von Ihnen benötigte Leistung liefert. SPS-, Motion-Controller- und Treiber-Hersteller verfügen zudem ebenfalls über spezialisierte Experten, die Sie bei der Auswahl eines ihrer Produkte unterstützen.
