Die beste Lösung für Servomotoren mit präziser Steuerung

Servomotoren bieten eine präzise Steuerung der Bewegung

Servomotor ist ein allgemeiner Begriff für Motoren, die Servomechanismen verwenden. Das sogenannte Servosystem ist ein Steuergerät, das gemäß Anweisungskommandos arbeitet. Es wird für die Servosteuerung von Motoren eingesetzt. Sensoren sind an Motoren und gesteuerten Maschinen installiert, und die Erkennungsergebnisse werden an die Servoverstärker zurückgegeben, um sie mit den Anweisungswerten zu vergleichen. Es unterscheidet sich von Schrittmotoren, die durch ein Eingangsimpuls-Signal gesteuert werden, da ein Servomotor durch ein Rückmeldesignal gesteuert wird.

Die Aktionsmerkmale von Servomotoren sind die Positionssteuerung und die Geschwindigkeitssteuerung. Ihre Hauptmerkmale sind, dass die Geschwindigkeit präzise gesteuert werden kann, der Geschwindigkeitsbereich breit ist (zusätzlich dazu, dass der Antrieb bei konstanter Geschwindigkeit stabil und gleichmäßig läuft), die Geschwindigkeit jederzeit den Anforderungen entsprechend geändert werden kann, sie stabil bei extrem niedrigen Geschwindigkeiten rotieren können und schnelle Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen sowie Beschleunigungen und Verzögerungen ermöglichen. Servomotoren benötigen nur eine sehr kurze Zeit, um vom statischen in den dynamischen Betrieb oder umgekehrt zu wechseln, können ihre Position auch bei äußerer Krafteinwirkung beibehalten und innerhalb des Nennkapazitätsbereichs sofort ein hohes Drehmoment erzeugen. Zudem bieten sie eine hohe Ausgangsleistung und Effizienz.

Servoantriebslösungen mit Unterstützung für industrielles Ethernet

Um einen Servomotor genauer und schneller zu steuern, entwickelte Arrow Electronics das ARROW-ADI ADP SERVOMOTOR-Steuersystem ── den ADSP-CM4xx Mixed-Signal-Steuerprozessor basierend auf ADI-Produkten, der einen ARM Cortex-M4-Prozessorkern verwendet, hochpräzise ADCs, einen digitalen Beschleuniger und Filter, SRAM und Flash-Speicher sowie zahlreiche Peripheriegeräte integriert. Der ADSP-CM4xx-Prozessor ist für eine Vielzahl eingebetteter Anwendungen geeignet, die eine hochleistungsfähige Echtzeitsteuerung und analoge Umwandlung erfordern.

Der ARROW-ADI ADP SERVO nutzt einen 240 MHz ARM Cortex M4 Kern mit integriertem Fließkomma-Rechenwerk, das fortschrittliche Programmiermodelle und komplexe Algorithmen unterstützt. Er verfügt über 384KB eingebauten SRAM und 2MB Flash-Speicher, wodurch er problemlos große Programme bewältigen kann. Er besitzt einen dualen 16-Bit SAR ADC. Es gibt keine fehlenden Codes, über 13 ENOB, und die Umwandlungsrate erreicht 380ns, was ihn für hochpräzise Regelkreissteuerungsanwendungen geeignet macht. Mit einer harmonischen Analyse-Engine (HAE) ist er netzkompatibel und unterstützt fortschrittliche PWM- und Timerfunktionen, die Schwankungen im Drehmoment und die Motorleistung effektiv verbessern können. Er verfügt über einen integrierten SINC-Filter, kann nahtlos mit einem AD74xx-isolierten Konverter verbunden werden und unterstützt 2 CAN-Schnittstellen, 3 UART-Schnittstellen, 2 SPI-Schnittstellen, 8 32-Bit-Timer, 2 Zwei-Draht-Schnittstellen und 4 orthogonale Encoder-Schnittstellen. Der ARROW-ADI ADP SERVO wird in einem 24x24 176-Pin-LQFP-Gehäuse mit 91 GPIO-Pins und 16 ADC-Eingangspins geliefert, das für Anwendungen in der Motorsteuerung optimiert ist.

Eine Vielzahl von Kernchips für leistungsstarke Anwendungen

Der ARROW-ADI ADP SERVO umfasst eine Leistungsplatine und eine Steuerplatine. Die Leistungsplatine wird hauptsächlich zur Eingangs- und Ausgangsverarbeitung von Hochspannungs- und starken elektrischen Signalen verwendet, während die Steuerplatine ADI's DSP (ADSP-CM408), ADI's industriellen Ethernet-Schnittstellenchip (FIDO5200) und Altera's FPGA (10CL025) enthält. Diese sind hauptsächlich für das Einlesen von Signalen aus dem Erkennungskreis und die Ausgabe von Steuersignalen verantwortlich, mit zusätzlichen Funktionen wie serielle Kommunikationsschnittstelle, Anzeige und Tasteninteraktion.

Das CM40X DSP-Funktionsmodul umfasst einen ADC und eine analoge Schaltung, und einer der größten Vorteile der CM40x-Prozessorreihe liegt in der Genauigkeit des On-Chip SAR-ADCs. Am Beispiel des CM403 zeigt sich, dass der CM403 insgesamt 26 analoge Eingänge besitzt, von denen jedoch nur 24 zur Aufnahme externer analoger Signale genutzt werden können. Die anderen beiden Kanäle sind jeweils mit den Ausgängen von zwei internen DACs verbunden, die in einigen Anwendungen, die eine Selbstdiagnose erfordern, verwendet werden, um zu überprüfen, ob der ADC normal funktioniert. Die höchste Abtastrate des ADC im CM403 kann bis zu 2,6Msps erreichen, und sein SINAD kann bei der Abfrage von 0~11 analogen Eingängen mit einer Abtastrate von 2,6M 81dB erreichen.

Der fido5000 Multiprotokoll- (REM) Switching-Chip von ADI hat zwei Modelle, fido5100 und fido5200. Der einzige Unterschied zwischen diesen beiden Modellen liegt im Ethernet-Protokoll, das sie unterstützen. Der fido5100 unterstützt verschiedene wichtige industrielle Ethernet-Protokolle mit Ausnahme von EtherCAT, während der fido5200 verschiedene wichtige industrielle Ethernet-Protokolle einschließlich EtherCAT unterstützt.

FPGA ist die Abkürzung für ein Field Programmable Gate Array. Es handelt sich um eine integrierte Halbleiterschaltung, die eine Vielzahl elektrischer Funktionen in Geräten verändern kann. Diese kann von Designingenieuren während der PCB-Montage oder „vor Ort“ nach der Auslieferung des Geräts an Kunden geändert werden. Der ARROW-ADI ADP SERVO nutzt Alteras 10CL025YE144I8-Chip, der 24.624 LEs und 76 allgemeine IOs besitzt und eine Vielzahl komplexer Funktionen realisieren kann.

Das DEMO-Board beschleunigt die Produktentwicklung

Arrow Electronics hat die ADI-Servomotorsteuerungslösung basierend auf ADI-Produkten entwickelt, welche ein Servotreiber mit industriellen Ethernet-Lösungen basierend auf dem ADSP-CM408 und FIDO5200 ist. ADI bietet ein komplettes Produktportfolio, einschließlich Datenwandlern, Verstärkern, eingebetteten Prozessoren, iCoupler®-Digitalisolatoren und Leistungsmanagementgeräten. Die Demo-Platine umfasst hauptsächlich ein Stromversorgungsmodul, ein Steuerungsmodul und ein Anzeigemodul.

Die ADI-Servomotorsteuerungslösung unterstützt eine Eingangsspannung von 200 ~ 240VAC, eine Drehgeschwindigkeit <= 3000rpm, einen Ausgangsstrom <8A, mit hoher Präzision und schneller dynamischer Reaktion. Ihr Kernchip verwendet ADI CM408F, AD7403, ADuM130E, ADuM141E, ADM809, ADM3483, LT1529IQ-3.3, ADP1706ardz-2.5, ADP1706ardz-1.2, FIDO5200BBCZ und Altera 10CL025. Viper53-E, STTH108A, L78L05, L78M24CV, STPS1150A, STTH1R02U von STMicroelectronics (ST), Infineon IKCM30F60GA, IKW30N60DTP, GBU8M, FOD3184, FOD817, 74ACT244SC von onsemi, SiT8208, Nexperia 74HC165D, 74HC595D, 74VHC14D, 74LVC1G08GV, TE RZ03-1A3, USB_1734035, D_sub-26-5178238, RJ45-6116353 usw.

Fazit

Immer mehr industrielle Anwendungen nutzen hochpräzise Servomotoren im Zeitalter der rasanten Entwicklung von Industrie 4.0 und müssen industrielles Ethernet integrieren, um die Systemverbindungsfunktion zu vervollständigen, was die zukünftige Entwicklung industrieller Anwendungen verändert. Angesichts der steigenden Marktnachfrage hat Arrow Electronics eine Servomotorsteuerungslösung auf Basis von ADI eingeführt, die zur schnellen Entwicklung der Anwendungen von Industrie 4.0 beitragen wird. Es lohnt sich für die entsprechenden Produktentwickler, diese Lösung gründlich zu verstehen und größere Anstrengungen zu unternehmen, um in den relevanten Anwendungsmarkt zu investieren.