W.E.St. POS-123 U, P, U-SSI, PPC-125 U-PDP, UHC-126 U-ECT Positioniersteuerung Technische Dokumentation
Im Folgenden finden Sie kurze Informationen zu den Positioniersteuerungen POS-123 U, POS-123 P und POS-123 U-SSI. Die Geräte eignen sich zur Steuerung von hydraulischen Positionierantrieben. Sie verfügen über eine integrierte Profilgenerierung, die für das wegabhängige Bremsen oder den NC Regelmodus optimiert ist. Die Positioniersteuerungen ermöglichen eine einfache und intuitive Skalierung von Sensoren und bieten eine umfangreiche Regelungstechnik mit PT1 Regler, Driftkompensation und Feinpositionierung.
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Technische Dokumentation
POS-123-U
POS-123-P
POS-123-U-SSI
Universelle Positionierbaugruppe, alternativ mit Leistungsendstufe oder mit SSI Schnittstelle
INHALT
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1 Allgemeine Informationen
1.1 Bestellnummer
POS-123-U 1 -2030 2 - mit analogem ±10 V Differenzausgang oder 4… 20 mA Ausgang und analoger Sensorschnittstelle
POS-123-P-2030 - mit integrierter Leistungsendstufe bis 2,6 A (siehe Zusatzinformation)
POS-123-U-SSI-2030 - mit analogem ±10 V Differenzausgang oder 4… 20 mA Ausgang, SSI Sensorschnittstelle und 0… 10 V Ausgang als Diagnosesignal für den SSI Sensor (siehe Zusatzin-
formation)
Erweiterte, alternative Versionen
PPC-125-U-PDP
UHC-126-U-ECT
- mit analogem ±10 V Differenzausgang oder 4… 20 mA Ausgang, SSI oder analoger
Sensorschnittstelle und Profibusschnittstelle
- mit analogem ±10 V Differenzausgang oder 4… 20 mA Ausgang, SSI oder analoger
Sensorschnittstelle und Ethercat Schnittstelle
1.2 Lieferumfang
Zum Lieferumfang gehört das Modul inkl. der zum Gehäuse gehörenden Klemmblöcke.
Profibusstecker, Schnittstellenkabel und weitere ggf. benötigte Teile sind separat zu bestellen.
Diese Dokumentation steht als PDF Datei auch im Internet unter www.w-e-st.de
zur Verfügung.
1.3 Zubehör
WPC-300 - Bedienprogramm (auf unserer Homepage unter Produkte/Software)
1 Gegenüber älteren Versionen, bei denen bei der Bestellung: A für Spannung und I für Strom angegeben werden musste, ist in der Variante U der Ausgang programmierbar (U steht für universell).
2 Die Versionsnummer setzt sich aus der Hardwareversion (die ersten zwei Stellen) und der Softwareversion (die letzten beiden Stellen) zusammen. Infolge der Weiterentwicklung der Produkte können diese Nummern variieren. Sie sind zur Bestellung nicht grundsätzlich notwendig. Es wird automatisch immer die neueste Version geliefert.
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1.4 Verwendete Symbole
Allgemeiner Hinweis
Sicherheitsrelevanter Hinweis
1.5 Handhabung der Dokumentation
Diese Dokumentation ist derart strukturiert, dass bis zum Kapitel 6 die Standardbaugruppe beschrieben wird.
Erweiterungen, die die Leistungsendstufe oder die SSI Schnittstelle betreffen, werden in den Kapiteln:
„ZUSATZINFORMATION …“ beschrieben.
1.6 Impressum
W.E.St.
Elektronik GmbH
Gewerbering 31
41372 Niederkrüchten
Tel.: +49 (0)2163 577355-0
Fax.: +49 (0)2163 577355 -11
Homepage: www.w-e-st.de
oder www.west-electronics.com
EMAIL: [email protected]
Datum: 30.12.2015
Die hier beschriebenen Daten und Eigenschaften dienen nur der Produktbeschreibung. Der Anwender ist angehalten, diese Daten zu beurteilen und auf die Eignung für den Einsatzfall zu prüfen. Eine allgemeine Eignung kann aus diesem Dokument nicht abgeleitet werden. Technische Änderungen durch Weiterentwicklung des in dieser Anleitung beschriebenen Produktes behalten wir uns vor. Die technischen Angaben und Abmessungen sind unverbindlich. Es können daraus keinerlei Ansprüche abgeleitet werden.
Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt.
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1.7 Sicherheitshinweise
Bitte lesen Sie diese Dokumentation und Sicherheitshinweise sorgfältig. Dieses Dokument hilft Ihnen, den Einsatzbereich des Produktes zu definieren und die Inbetriebnahme durchzuführen. Zusätzliche Unterlagen (WPC-
300 für die Inbetriebnahme Software) und Kenntnisse über die Anwendung sollten berücksichtigt werden bzw. vorhanden sein.
Allgemeine Regeln und Gesetze (je nach Land: z. B. Unfallverhütung und Umweltschutz) sind zu berücksichtigen.
Diese Module sind für hydraulische Anwendungen im offenen oder geschlossenen Regelkreis konzipiert. Durch Gerätefehler (im Modul oder an den hydraulischen Komponenten), Anwendungsfehler und elektrische Störungen kann es zu unkontrollierten Bewegungen kommen. Arbeiten am Antrieb bzw. an der Elektronik dürfen nur im ausgeschalteten und drucklosen Zustand durchgeführt werden.
Dieses Handbuch beschreibt ausschließlich die Funktionen und die elektrischen Anschlüsse dieser elektronischen Baugruppe. Zur Inbetriebnahme sind alle technischen Dokumente, die das System betreffen, zu berücksichtigen.
Anschluss und Inbetriebnahme dürfen nur durch ausgebildete Fachkräfte erfolgen. Die Betriebsanleitung ist sorgfältig durchzulesen. Die Einbauvorschrift und die Hinweise zur Inbetriebnahme sind zu beachten. Bei Nichtbeachtung der Anleitung, bei fehlerhafter Montage und/oder unsachgemäßer Handhabung erlöschen die Garantie- und Haftungsansprüche.
ACHTUNG!
Alle elektronischen Module werden in hoher Qualität gefertigt. Es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass es durch den Ausfall von Bauteilen zu Fehlfunktionen kommen kann.
Das Gleiche gilt, trotz umfangreicher Tests, auch für die Software. Werden diese Geräte in sicherheitsrelevanten Anwendungen eingesetzt, so ist durch geeignete Maßnahmen außerhalb des Gerätes für die notwendige Sicherheit zu sorgen. Das Gleiche gilt für Störungen, die die
Sicherheit beeinträchtigen. Für eventuell entstehende Schäden kann nicht gehaftet werden.
Weitere Hinweise
Der Betrieb des Moduls ist nur bei Einhaltung der nationalen EMV Vorschriften erlaubt. Die
Einhaltung der Vorschriften liegt in der Verantwortung des Anwenders.
Das Gerät ist nur für den Einsatz im gewerblichen Bereich vorgesehen.
Bei Nichtgebrauch ist das Modul vor Witterungseinflüssen, Verschmutzungen und mechanischen Beschädigungen zu schützen.
Das Modul darf nicht in explosionsgefährdeter Umgebung eingesetzt werden.
Die Lüftungsschlitze dürfen für eine ausreichende Kühlung nicht verdeckt werden.
Die Entsorgung hat nach den nationalen gesetzlichen Bestimmungen zu erfolgen.
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2 Eigenschaften
Dieses Elektronikmodul wurde zur Steuerung von hydraulischen Positionierantrieben entwickelt. Proportionalventile mit integrierter oder externer Elektronik können mit dem Differenzausgang angesteuert werden.
Die interne Profilgenerierung ist optimiert für das wegabhängige Bremsen oder den NC Regelmodus. Der Regler und die Einstellung des Reglers sind an die typischen Anforderungen angepasst und ermöglichen so eine schnelle und unkritische Optimierung des Regelverhaltens. Die Regelfunktionen bieten dabei eine hohe Genauigkeit bei gleichzeitig hoher Stabilität für hydraulische Antriebe. Über die externe Positions- und Geschwindigkeitsvorgabe wird der Bewegungszyklus gesteuert, im SDD-Modus als besonders robuste und einfach zu parametrierende Regelung und im NC-Modus über den internen Profilgenerator.
Alternativ ist das Modul (P-Version) mit integrierter Leistungsendstufe (siehe Zusatzinfo: LEISTUNGS-
ENDSTUFE) verfügbar. Der Vorteil der integrierten Leistungsendstufe liegt in dem integrierten Regelverhalten ohne zusätzliche Totzeiten. Hierdurch wird eine höhere Dynamik bzw. höhere Stabilität erreicht.
Für den Einsatz mit digitalen Sensoren (siehe Zusatzinfo: SSI SCHNITTSTELLE) ist die Erweiterung SSI möglich. Sensoren mit bis zu einem µm Signalauflösung können eingesetzt werden.
Die Parametrierung (USB Schnittstelle) wird durch unser WPC-300 Programm unterstützt. Diverse Funktionen unterstützen die Inbetriebnahme und Fehlersuche.
Typische Anwendungen: Allgemeine Positionierantriebe, schnelle Transportantriebe, Handhabungssysteme, geschwindigkeitsgeregelte Achsen sowie Kopiersteuerungen.
Merkmale
Analoge Positions- und Geschwindigkeitsvorgabe
Analoge Wegsensoren
Einfache und intuitive Skalierung des Sensors
Optional: Start-Up Assistent zur einfachen und schnellen Inbetriebnahme
Datenvorgabe für die Bewegung in mm bzw. mm/s
Interne Profildefinition durch Vorgabe von Beschleunigungen, Geschwindigkeit und Verzögerungen
Prinzip des wegabhängigen Bremsens für kürzeste Hubzeiten
NC Profilgenerator für konstante Geschwindigkeit
Erweiterte Regelungstechnik mit P
T1
Regler, Driftkompensation und Feinpositionierung
Optimaler Einsatz mit überdeckten Proportionalventilen und mit Nullschnitt Regelventilen
Fehler Diagnostik und erweiterte Funktionsüberprüfung
Vereinfachte Parametrierung mit WPC-300 Software
Optional: o Integrierte Leistungsendstufe (P-Version) o SSI Sensorschnittstelle
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2.1 Kompatibilität
Infolge der Weiterentwicklung der Produkte kommt es zu folgenden kleineren Unterschieden bei der Parametrierung und der Funktionalität:
Funktionalität:
1. Abwärtskompatibel zu den älteren Modulen.
2. Anschlusskompatibel.
3. Baudrate: Die Standardbaudrate wurde von 9600 Baud auf 57600 Baud erhöht. Dies ist im WPC-300 unter OPTIONS/SETTINGS/INTERFACE anzupassen.
FIXBAUDRATE = 57600 und/oder AUTO BAUDRATE DETECTION = 57600
4. Regelungstechnische und funktionale Erweiterungen: a. Programmierbarer analoger Ausgang: dadurch vereinfachte Lagerhaltung, da nur noch eine
Version (U statt A und I) notwendig ist. b. Verbesserter Profilgenerator. c. Bessere Trennung zwischen dem SDD und NC Modus. d. PT1-Filter zur Stabilisierung des Regelverhaltens e. Driftkompensation / Feinpositionierung f. Optional: automatische Inbetriebnahme
Parametrierung:
1. Standardisierung von Parameternamen.
2. Einfachere und intuitivere Signalanpassung von Sensoren und analogen Eingängen.
3. Kompatibilitätsmodus für die Eingangssignalskalierung (AINMODE), falls notwendig.
4. Ausgangssignalanpassung über das Kommando SIGNAL:U zur Strom / Spannungsumschaltung und zur Anpassung der Polarität (das POL Kommando entfällt).
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2.2 Gerätebeschreibung
Standardmodul, Modul inkl. Leistungsendstufe siehe Punkt 7.2.
99,0000 mm
9 10 11 12
13 14 15 16
23,0000 mm
114,0000 mm
Made in Germany
Date:
ID:
V:
Add.:
W .
E .
ST .
Elektronik
D-41372 Niederkrüchten
Homepage: http://www.w-e-st.de
Typenschild und Anschlussbelegung
Type plate and terminal pin assignment
LEDs
1 2 3 4
5 6 7 8
W.E.ST.
Ready A B
USB-Interface
9 10 11 12
13 14 15 16
Klemmblöcke (steckbar)
Terminals (removable)
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3 Anwendung und Einsatz
3.1 Einbauvorschrift
Dieses Modul ist für den Einbau in einem geschirmten EMV-Gehäuse (Schaltschrank) vorgesehen. Alle nach außen führenden Leitungen sind abzuschirmen, wobei eine lückenlose Schirmung vorausgesetzt wird. Beim Einsatz unserer Steuer- und Regelmodule wird vorausgesetzt, dass keine starken elektromagnetischen Störquellen in der Nähe des Moduls installiert werden.
Typischer Einbauplatz: 24 V Steuersignalbereich (nähe SPS)
Durch die Anordnung der Geräte im Schaltschrank ist eine Trennung zwischen dem Leistungsteil und dem Signalteil sicherzustellen.
Die Erfahrung zeigt, dass der Einbauraum nahe der SPS (24 V-Bereich) am besten geeignet ist. Alle digitalen und analogen Ein-und Ausgänge sind im Gerät mit Filter und Überspannungsschutz versehen.
Das Modul ist entsprechend den Unterlagen und unter EMV-Gesichtspunkten zu montieren und zu verdrahten. Werden andere Verbraucher am selben Netzteil betrieben, so ist eine sternförmige Masseführung zu empfehlen. Folgende Punkte sind bei der Verdrahtung zu beachten:
Die Signalleitungen sind getrennt von leistungsführenden Leitungen zu verlegen.
Analoge Signalleitungen müssen abgeschirmt werden.
Alle anderen Leitungen sind im Fall starker Störquellen (Frequenzumrichter, Leistungsschütze) und Kabellängen > 3 m abzuschirmen. Bei hochfrequenter Einstrahlung können auch preiswerte Klappferrite verwendet werden.
Die Abschirmung ist mit PE (PE Klemme) möglichst nahe dem Modul zu verbinden. Die lokalen Anforderungen an die Abschirmung sind in jedem Fall zu berücksichtigen. Die Abschirmung ist an beiden Seiten mit PE zu verbinden. Bei Potentialunterschieden ist ein Potentialausgleich vorzusehen.
Bei größeren Leitungslängen (> 10 m) sind die jeweiligen Querschnitte und Abschirmungsmaßnahmen durch Fachpersonal zu bewerten (z. B. auf mögliche Störungen und Störquellen sowie bezüglich des Spannungsabfalls). Bei Leitungslängen über 40 m ist besondere
Vorsicht geboten und ggf. Rücksprache mit dem Hersteller zu halten.
Eine niederohmige Verbindung zwischen PE und der Tragschiene ist vorzusehen. Transiente Störspannungen werden von dem Modul direkt zur Tragschiene und somit zur lokalen Erdung geleitet.
Die Spannungsversorgung sollte als geregeltes Netzteil (typisch: PELV System nach IEC364-4-4, sichere Kleinspannung) ausgeführt werden. Der niedrige Innenwiderstand geregelter Netzteile ermöglicht eine bessere Störspannungsableitung, wodurch sich die Signalqualität, insbesondere von hochauflösenden Sensoren, verbessert. Geschaltete Induktivitäten (Relais und Ventilspulen) an der gleichen
Spannungsversorgung sind immer mit einem entsprechenden Überspannungsschutz direkt an der
Spule zu beschalten.
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3.2 Typische Systemstruktur
Dieses minimale System besteht aus folgenden Komponenten:
(*1) Proportionalventil (oder auch Regelventil): Der Ventiltyp bestimmt im Wesentlichen die Genauigkeit.
Bei Regelventilen ist es vorteilhaft, Ventile mit integrierter Elektronik einzusetzen.
(*2) Hydraulikzylinder
(*3) Integriertes Wegmesssystem mit analoger oder digitaler SSI Schnittstelle
(alternativ auch mit externem Messsystem)
(*4) Regelbaugruppe POS-123-*
(*5) Schnittstelle zur SPS mit analogen und digitalen Signalen
*4
CONTROL MINMAX
Speed
*5
Position
INPUT w y
a b
x
c y
*1
*2
*3
INPUTx y
a b
x
c
Application interface
3.3 Funktionsweise
Dieses Regelmodul unterstützt die einfache Punkt-zu-Punkt Positionierung mit hydraulischen Antrieben. Das
System arbeitet nach dem Prinzip des wegabhängigen Bremsens, d. h. die Regelverstärkung wird über die Parameter D:A und D:B (Bremsweg) eingestellt. Alternativ arbeitet das Modul im NC Modus mit Vorgabe der
Kreisverstärkung und einem internen Profilgenerator. In diesem Modus wird die Geschwindigkeit über den
Schleppfehler geregelt.
Die Bremscharakteristik / Verstärkungscharakteristik kann über den Parameter CTRL linear (LIN) oder annähernd quadratisch (SQRT1) eingestellt werden. Bei normalen Proportionalventilen ist SQRT1 die Standardeinstellung. Bei Regelventilen mit linearer Kennlinie hängt es von der Anwendung ab. Wird bei diesen Ventilen LIN gewählt, so kann oft ein deutlich kürzerer Bremsweg (D:A und D:B) eingestellt werden. Im NC-Modus ist die
LIN Einstellung ebenfalls zu empfehlen.
Ablauf der Positionierung:
Der Positioniervorgang wird über die Schalteingänge gesteuert. Nach dem Anlegen der Freigabe (ENABLE) wird im Modul die Sollposition gleich der Istposition gesetzt und der Antrieb bleibt geregelt auf der aktuellen Position stehen. Über den READY Ausgang wird jetzt die allgemeine Betriebsbereitschaft zurückgemeldet. Mit dem START Signal wird der analoge Sollwert (PIN 13) als neue Sollposition übernommen. Der Antrieb fährt unmittelbar zur neuen Sollposition und meldet das Erreichen der Position über den InPos Ausgang zurück. Der
InPos Ausgang bleibt aktiv, solange die Position gehalten wird und solange das START Signal anliegt.
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Im Handbetrieb (START ist deaktiviert) kann der Antrieb über HAND+ oder HAND- gefahren werden. Der Antrieb fährt gesteuert mit den programmierten Handgeschwindigkeiten.
Beim Abschalten des HAND (+ oder -) Signals wird die aktuelle Istposition als Sollposition übernommen und der
Antrieb bleibt geregelt stehen.
Gleichzeitig kann der Handbetrieb auch bei fehlender Istposition (im Fall eines Sensorfehlers oder wenn der
P-A
und B-T
normale Arbeitsbereich verlassen wurde) eingesetzt werden, um die Achse zu einem definierten Ziel zu fahren.
Einflüsse auf die Positioniergenauigkeit:
Die Genauigkeit der Positionierung wird im Wesentlichen durch die hydraulischen und mechanischen Gegebenheiten bestimmt. So ist die richtige Ventilauswahl ein entscheidender Punkt. Weiterhin sind zwei sich widersprechende Anforderungen (kurze Hubzeit und hohe Genauigkeit) bei der Systemauslegung zu berücksichtigen.
Die Einschränkungen auf der elektronischen Seite liegen bei der Auflösung der analogen Signale, wobei eine
Auflösung von < 0,01 % unserer Module nur bei langen Hüben berücksichtigt werden muss. Weiterhin ist die
Linearität der einzelnen Signalpunkte (SPS, Sensor und Regelmodul) zu beachten.
Es ist auf jeden Fall zu empfehlen, das statische und dynamische Verhalten der hydraulischen Achse bei der
Systemauslegung zu berechnen. Um dies zu unterstützen benötigen wir als Basisinformationen folgende Kenndaten:
- die minimale Zylindereigenfrequenz,
- die maximale theoretische Geschwindigkeit beim Ausfahren und die maximale theoretische Geschwindigkeit beim Einfahren,
- die Ventileigenschaften (Eigenfrequenz, Nullschnitt oder positive Überdeckung, Hysterese und Durchflussverstärkung),
- Versorgungsdruck und Pumpenvolumenstrom, ggf. Informationen, ob ein Speicher vorhanden ist
- und das allgemeine Anforderungsprofil (welche Genauigkeit wird gewünscht, was ist die Funktion/Aufgabe der Achse (Positionieren, Positionieren unter Berücksichtigung einer Gegenkraft, …))
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3.4 Inbetriebnahme
Schritt
Installation
Erstes Einschalten
Aufbau der
Kommunikation
Vorparametrierung
Stellsignal
Tätigkeit
Installieren Sie das Gerät entsprechend dem Blockschaltbild. Achten Sie dabei auf die korrekte Verdrahtung und eine gute Abschirmung der Signale. Das Gerät muss in einem geschützten Gehäuse (Schaltschrank oder Ähnliches) installiert werden.
Sorgen Sie dafür, dass es am Antrieb zu keinen ungewollten Bewegungen kommen kann (z. B. Abschalten der Hydraulik). Schließen Sie ein Strommessgerät an und überprüfen Sie die Stromaufnahme des Gerätes. Ist sie höher als angegeben, so liegen Verdrahtungsfehler vor. Schalten Sie das Gerät unmittelbar ab und
überprüfen Sie die Verdrahtung.
Ist die Stromaufnahme korrekt, so sollte der PC (das Notebook) über die serielle
Schnittstelle angeschlossen werden. Den Aufbau der Kommunikation entnehmen
Sie den Unterlagen des WPC-300 Programms.
Die weitere Inbetriebnahme und Diagnose werden durch diese Bediensoftware unterstützt.
Parametrieren Sie jetzt (anhand der Systemauslegung und der Schaltpläne) folgende Parameter:
Den ARBEITSHUB, die SENSOREINSTELLUNG, das AUSGANGSSIGNAL sowie die BESCHLEUNIGUNG und VERZÖGERUNG.
Diese Vorparametrierung ist notwendig, um das Risiko einer unkontrollierten Bewegung zu minimieren.
Parametrieren Sie die für das Stellglied spezifischen Einstellungen (MIN für die
Überdeckungskompensation und MAX für die maximale Geschwindigkeit).
Reduzieren Sie die Geschwindigkeit (Kommando VELO) auf einen für die Anwendung unkritischen Wert.
Kontrollieren Sie das Stellsignal mit einem Spannungsmessgerät. Das Stellsignal
(PIN 15 nach PIN16) liegt im Bereich von ± 10 V. Im jetzigen Zustand sollte es
0 V haben. Respektive bei Stromsignalen sollte ca. 0 mA fließen.
Hydraulik einschalten
ENABLE aktivieren
Jetzt kann die Hydraulik eingeschaltet werden. Da das Modul noch kein Signal generiert, sollte der Antrieb stehen oder leicht driften (mit langsamer Geschwindigkeit die Position verlassen).
ACHTUNG! Der Antrieb kann jetzt seine Position verlassen und mit voller Geschwindigkeit in eine Endlage fahren. Ergreifen Sie Sicherheitsmaßnahmen, um
Personen- und Sachschäden zu verhindern.
Der Antrieb steht in der aktuellen Position (mit ENABLE wird die Istposition als
Sollposition übernommen). Sollte der Antrieb in eine Endlage fahren, so ist vermutlich die Polarität falsch.
Geschwindigkeitsvorgabe Über den Parameter VELO oder die externe Geschwindigkeitsvorgabe (abhängig von SIGNAL:V) kann die Geschwindigkeit begrenzt werden.
HAND Betrieb
START aktivieren
Ist START deaktiviert, so kann die Achse im Handbetrieb mit HAND+ oder HAND- gefahren werden. Nach dem Deaktivieren der HAND Signale bleibt die Achse geregelt an der aktuellen Position stehen.
Mit dem Startsignal wird der Sollwert des analogen Sollwerteingangs übernommen und die Achse fährt zu der vorgegebenen Zielposition. Wird START deaktiviert, so stoppt die Achse über den eingestellten Bremsweg D:S.
Regler optimieren Optimieren Sie jetzt die Regelparameter entsprechend Ihrer Anwendung bzw. Ihren Anforderungen.
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3.5 Der Inbetriebnahme Assistent
Die gesonderten Informationen zu dem Inbetriebnahme-Assistenten 3 entnehmen Sie dem Dokument:
„Inbetriebnahme-Assistent für Positioniersteuerungen“.
3 Der Inbetriebnahme-Assistent ist nur in speziellen Varianten der Positioniersteuerungen vorhanden.
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4 Technische Beschreibung
4.1 Eingangs- und Ausgangssignale
Anschluss
PIN 3
Versorgung
Spannungsversorgung (siehe technische Daten)
PIN 4
Anschluss
PIN 9 / 10
PIN 13
PIN 14
PIN 11 / PIN 12
PIN 15 / 16
Anschluss
PIN 8
PIN 7
PIN 6
PIN 5
PIN 1
PIN 2
0 V (GND) Anschluss
Analoge Signale
Externe Geschwindigkeitsvorgabe (V), Signalb ereich 0… 10 V, skalierbar (SIGNAL:V)
Position Sollwert (W), Signalbereich 0… 10 V oder 4… 20 mA, skalierbar (SIGNAL:W)
Position Istwert (X), Signalbereich
0… 10 V oder 4… 20 mA, skalierbar (SIGNAL:X)
0 V (GND) Anschluss für die analogen Signale
Stellgröße, Ausgang zum Ventil.
Signalart und Polarität wählbar mit dem Parameter SIGNAL:U.
Digitale Ein- und Ausgänge
Enable Eingang:
Dieses digitale Eingangssignal initialisiert die Anwendung und die Fehlermeldungen werden gelöscht. Der Regler und das READY Signal werden aktiviert. Das Ausgangssignal zum
Stellglied wird freigegeben.
Als Sollposition wird die aktuelle Istposition übernommen und der Antrieb bleibt geregelt an der aktuellen Position stehen. Bei deaktiviertem Eingang ist der Ausgang (Stellsignal) abgeschaltet (Achtung, EOUT Kommando beachten).
START (RUN) Eingang:
Der Positionsregler ist aktiv, die externe analoge Sollposition wird als Sollwert übernommen.
Wird der Eingang während der Bewegung deaktiviert, so wird das System innerhalb des eingestellten Notbremswegs (D:S) gestoppt.
HAND + Eingang:
Handbetrieb (START = OFF), der Antrieb fährt mit der programmierten Geschwindigkeit in die jeweilige programmierte Richtung. Nach dem Deaktivieren wird die aktuelle Istposition als Sollposition übernommen. Der START (RUN)- Eingang hat Priorität gegenüber dem
HAND+ Eingang.
Bei fehlendem Sensorsignal kann der Antrieb (externes ENABLE Signal = ON) im Handmodus gefahren werden.
HAND - Eingang:
Handbetrieb (START = OFF), der Antrieb fährt mit der programmierten Geschwindigkeit in die jeweilige programmierte Richtung. Nach dem Deaktivieren wird die aktuelle Istposition als Sollposition übernommen. Der START (RUN)- Eingang hat Priorität gegenüber dem
HAND- Eingang.
Bei fehlendem Sensorsignal kann der Antrieb (externes ENABLE Signal = ON) im Handmodus gefahren werden.
READY Ausgang:
ON: Modul ist freigegeben, es liegt kein erkennbarer Fehler vor.
OFF: Enable (PIN 8) ist deaktiviert oder ein Fehler (Sensorfehler oder interner Fehler)
wurde erkannt (abhängig vom SENS-Kommando).
STATUS Ausgang:
ON: INPOS-Meldung. Die Achse steht innerhalb des INPOS Fensters.
OFF: INPOS-Meldung. Die Achse steht außerhalb des INPOS Fensters.
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4.2 LED Definitionen
LEDs
GRÜN
GELB A
GRÜN + GELB A
GELB A + GELB B
Beschreibung der LED-Funktion
Identisch mit dem READY Ausgang.
AUS:
AN:
Blinkend:
Keine Stromversorgung oder ENABLE ist nicht aktiviert
System ist betriebsbereit
Fehler erkannt.
(Abhängig vom SENS-Kommando)
Identisch mit dem STATUS Ausgang.
AUS:
AN:
Die Achse steht außerhalb des INPOS Fensters.
Die Achse steht innerhalb des INPOS Fensters.
1. Lauflicht (über alle LEDs): Der Bootloader ist aktiv! Keine normalen Funktionen sind möglich.
2. Alle 6 s blinken alle LEDs dreimal kurz auf: Ein interner Datenfehler wurde entdeckt und automatisch behoben! Das Modul funktioniert weiterhin ordnungsgemäß.
Um die Fehlermeldung zu quittieren, muss die Stromversorgung zum Modul einmal kurz abgeschaltet werden.
Die beiden gelben LEDs blinken abwechselnd im 1 s Takt: Die nichtflüchtig gespeicherten Parameterdaten sind inkonsistent! Um diesen Fehler zu quittieren, müssen die
Daten mittels des SAVE Befehls / Buttons im WPC gesichert werden.
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4.3 Blockschaltbild n tio t ita pu lim
Out ed Spe
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4.4 Typische Verdrahtung
Error / InPos
Ready
Enable
Start
Hand+
Hand-
1 2 3 4
5 6 7 8
24V
0V
Spannungsversorgung
Analoger Geschwindigkeitswert
0... 10V / 4... 20 mA
Analoger Sollwert
0... 10V / 4... 20mA
Analoger Istwert
0... 10V / 4... 20mA
4.5 Anschlussbeispiele
SPS / PLC 0... 10 V Geschwindigkeitssignal
+In PIN 10
-In PIN 9
GND PIN 11
SPS / PLC 0... 10 V Sensor- / Sollwertsignal
+In PIN 13 oder PIN 14
In PIN 12 (GND)
Ventile (6 + PE Stecker) mit integrierter Elektronik
PIN 12
PIN 15
PIN 16
A : 24 V Versorgung
B : 0 V Versorgung
C : GND oder Enable
D : + Differenzeingang
E : - Differenzeingang
F : Diagnosesignal
PE -
Seite 19 von 58
9 10 11 12
13
0V
14 15 16
Zum Leistungsverstärker /
Stetigventil +/- 10V.
Differenzeingang verwenden.
Bei 4... 20mA PIN 15 gegen PIN 12.
Schirm
0V
0..10V
0..10V / 4... 20mA z. B. 24 V z. B. 24 V
SPS oder Sensor 4... 20 mA zwei Leitertechnik
+In PIN 13 oder 14
PIN 12 (GND)
SPS oder Sensor 4... 20 mA drei Leitertechnik
+In PIN 13 oder 14
PIN 12 (GND)
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4.6 Technische Daten
Versorgungsspannung
Strombedarf
Externe Absicherung
Digitale Eingänge
Eingangswiderstand
Digitale Ausgänge
Maximaler Ausgangsstrom
Analoge Eingänge:
Signalauflösung
Analoge Ausgänge
Spannung
Signalauflösung
Strom
Signalauflösung
Regler Abtastzeit
Serielle Schnittstelle
Gehäuse
Gewicht
Schutzklasse
Temperaturbereich
Lagertemperatur
Luftfeuchtigkeit
Anschlüsse
EMV
[VDC] 12… 30 (inkl. Rippel)
[mA] < 100
[A] 1 mittel träge
[V]
[V]
[kOhm]
OFF : < 2
ON : > 10
25
[V]
[V]
[mA]
[V]
[mA]
[%]
OFF: < 2
ON: max. U b
50
0… 10; min. 25 kOhm
4… 20; 240 Ohm
0,003 incl. Oversampling
[V]
[mA]
[%]
[mA]
[%]
2 x 0… 10; Differenzausgang
10 (max. Last)
0,006
4… 20; 390 Ohm maximale Last
0,006
[ms] 1
USB in RS 232C Emulation
(9600 … 57600 Baud, 1 Stoppbit, no parity, Echo Mode)
Snap-On Modul nach EN 50022
Polyamid PA 6.6
Brennbarkeitsklasse V0 (UL94)
[kg] 0,170
[°C]
[°C]
[%]
IP20
-
20… 60
-
20… 70
< 95 (nicht kondensierend)
USB-B
4 x 4pol. Anschlussblöcke
PE: über die DIN Tragschiene
EN 61000-6-2: 8/2005
EN 61000-6-4: 6/2007 ; A1:2011
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5 Parameter
5.1 Parameterübersicht
Gruppe Kommando Werkseinstellung
Basisparameter
Signalanpassung
Sensorskalierung
Sollwertskalierung
Geschwindigkeitsvorgabe
EN -
STD -
ON -
0 0,01 %
3330 0,01 %
-3330 0,01 %
200 µm
U0-10
100 mm
0 µm
U0-10 -
OFF -
Einheit
100 mm
10000 0,01 %
200 ms
Beschreibung
Sprachumschaltung
Umfang der Parameteransicht.
Fehlerüberwachung
Ausgangssignal bei fehlender Freigabe.
Stellgröße im Hand Modus
Bereich für das InPos Signal
Arbeitshub der Achse
Typ des Eingangssignals
Nennlänge des Sensors
Offset des Sensors
Typ des Eingangssignals
Typ des Eingangssignals (OFF = Parameter VELO ist aktiv)
Interner Geschwindigkeitswert
Rampenzeit für den externen Eingang.
Profilgenerator
Reglerparametrierung
V0:RES
Ausgangssignalanpassung
SDD -
250 mm/s²
50 mm/s
100
100 ms ms
25
25
10 mm mm mm
10
10
1
1/s
1/s
-
1 ms
SQRT1 -
0
0
0,01 %
0,01 %
Positioniermethode
Beschleunigung im NC Modus
Maximale Geschwindigkeit im NC Modus
Beschleunigungszeiten im SDD Modus
Bremsweg und Nachlaufweg im SDD Modus
Kreisverstärkung im NC Modus
Zeitkonstante (dämpfendes Verhalten) des Reglers
Regelcharakteristik
Überdeckungskompensation bzw. Kennlinienlinearisierung
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Gruppe Kommando Werkseinstellung
Sonderkommandos
Feinpositionierung
AINMODE
Einheit
10000
10000
0,01 %
0,01 %
200 0,01 %
0 0,01 %
U+-10 -
0
0
2000
500
0,01 %
0,01 % ms
0,01 %
EASY -
I= W|X|V
A: 1000
B: 1000
C: 0
X: V
-
-
0,01 %
-
Beschreibung
Ausgangssignalskalierung.
Ansprechschwelle der Überdeckungskompensation
Offsetwert (wird zum Stellsignal addiert)
Typ und Polarität des Ausgangssignals
Steuerung der Feinpositionierung
DC:AV = Aktivierungsschwelle
DC:DV = Deaktivierungsschwelle
DC:I = Integrationszeitkonstante
DC:CR = Stellbereichsbegrenzung
Modus der Eingangsskalierung (EASY, MATH)
Freie Skalierung der analogen Eingänge (MATH).
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5.2 Konfiguration
5.2.1 LG (Sprachumschaltung)
Kommando
LG x
Parameter x= DE|EN
Einheit
-
Gruppe
STD
Es kann für die Hilfstexte die englische oder deutsche Sprache gewählt werden.
ACHTUNG: Nach Änderung der Spracheinstellung muss der BUTTON [ID] in der Menüleiste
(WPC-300) gedrückt werden (Identifikation des Moduls).
5.2.2 MODE (Parameteransicht)
Kommando
MODE x
Parameter x= STD|EXP
Einheit
-
Gruppe
STD
Über dieses Kommando wird der Bedienermodus umgeschaltet. Im „Standard“ Modus sind verschiedene Kommandos (definiert über STD/EXP) ausgeblendet. Die Kommandos im „Expert“ Modus haben einen erweiterten
Einfluss auf das Systemverhalten und setzen entsprechende Kenntnisse voraus. Sie sollten entsprechend vorsichtig verändert werden.
5.2.3 SENS (Fehlerüberwachung)
Kommando
SENS x
Parameter Einheit x= ON|OFF|AUTO -
Über dieses Kommando werden Überwachungsfunktionen (4… 20 mA Sensoren, Magnetstromüberwachungen und interne Modulüberwachungen) aktiviert bzw. deaktiviert.
ON:
OFF:
AUTO:
Alle Funktionen werden überwacht. Die erkannten Fehler können durch Deaktivieren des ENABLE
Eingangs gelöscht werden.
Keine Überwachungsfunktion ist aktiv.
AUTO RESET Modus, alle Funktionen werden überwacht. Nachdem der Fehlerzustand nicht mehr anliegt, geht das Modul automatisch in den normalen Betriebszustand über.
Normalerweise ist die Überwachungsfunktion immer aktiv, da sonst keine Fehler über den Ausgang
READY signalisiert werden. Zur Fehlersuche kann sie aber deaktiviert werden.
Gruppe
STD
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5.2.4 EOUT (Ausgangssignal bei fehlender Bereitschaft)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
EOUT x x= -10000… 10000 0,01 %
EXP
Ausgangswert bei fehlender Bereitschaft (READY Ausgang ist deaktiviert). Hier kann ein Wert (Öffnungsgrad des Ventils) für den Fall eines Fehlers oder bei deaktiviertem ENABLE Eingang definiert werden. Diese Funktion kann verwendet werden, wenn z. B. bei einem Sensorfehler der Antrieb (mit vorgegebener Geschwindigkeit) in eine der beiden Endlagen fahren soll.
|EOUT| = 0 Ausgang wird im Fehlerfall abgeschaltet. Dies ist das normale Verhalten.
ACHTUNG! Handelt es sich bei dem Ausgangssignal um einen 4… 20 mA Ausgang, so wird bei
|EOUT| = 0 der Ausgang abgeschaltet. Soll ein Stellsignal von 12 mA im Fehlerfall ausgegeben werden, so ist EOUT auf 1 einzustellen 4 .
Der hier definierte Ausgangswert wird permanent (unabhängig vom Parametersatz) gespeichert.
Die Auswirkungen sind für jede Anwendung in Bezug auf die Sicherheit vom Anwender zu bewerten.
Ist das EOUT Kommando aktiv, so sollte der Handbetrieb nicht verwendet werden. Nach dem Deaktivieren der Handgeschwindigkeit wird der Ausgang wieder auf den programmierten EOUT Wert gesetzt.
5.2.5 HAND (Stellgröße im Handbetrieb)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
HAND:i x i= A|B x= -10000… 10000 0,01 %
STD
Mit diesen Parametern werden die Handgeschwindigkeiten gesetzt. Der Antrieb fährt bei aktiviertem Handsignal gesteuert in die definierte Richtung. Die Richtung wird durch das Vorzeichen des Parameters bestimmt. Nach dem Deaktivieren des Handsignals bleibt der Antrieb an der momentanen aktuellen Position geregelt stehen.
Im Fehlerfall (Sensorfehler des Wegmesssystems) kann der Antrieb noch über die Handfunktion gefahren werden. Nach dem Deaktivieren der Handsignale wird der Ausgang nicht angesteuert.
Die Handgeschwindigkeit wird gleichzeitig durch die (externe) Geschwindigkeitsvorgabe begrenzt (MIN Auswertung). So ist es möglich, die Handgeschwindigkeit extern zu steuern.
ACHTUNG! Ist das EOUT Kommando aktiv, so sollte der Handbetrieb nicht verwendet werden.
Nach dem Deaktivieren der Handgeschwindigkeit wird der Ausgang wieder auf den programmierten EOUT Wert gesetzt.
4 Dies ist notwendig, wenn das Proportionalventil keine Fehlererkennung - das Eingangssignal ist kleiner als 4 mA - implementiert hat. Ist eine Fehlererkennung im Proportionalventil vorhanden, so geht es nach dem Abschalten des Ausgangs in eine definierte Position.
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5.2.6 INPOS (In-Positions Überwachungsbereich)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
INPOS x x= 2… 200000 µm
STD
Dieser Parameter wird in µm eingegeben.
Das INPOS Kommando definiert einen Überwachungsbereich, für den die INPOS Meldung generiert wird. Die
Funktion überwacht die Regelabweichung zwischen Soll- und Istwert. Befindet sich die Regelabweichung innerhalb des INPOS-Fensters, so wird dies über den Status-Ausgang bzw. die INPOS-LED (GELB A) signalisiert.
Der Positioniervorgang wird von dieser Meldung nicht beeinflusst, die Regelung bleibt aktiv.
Die INPOS Meldung wird nur bei aktiviertem PIN 7 (START) angezeigt.
5.3 Signalanpassung
5.3.1 SYS_RANGE (Arbeitshub)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
SYS_RANGE x x= 10… 10000 mm
STD
Über dieses Kommando wird der Arbeitshub, der 100 % des Eingangssignals entspricht, vorgegeben. Fehlerhafte Vorgaben führen zu einer fehlerhaften Systemeinstellung und die abhängigen Parameter wie Geschwindigkeit und Verstärkung können nicht korrekt berechnet werden.
5.3.2 SIGNAL (Typ des Eingangssignals)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
SIGNAL:i x i= W|X|V x= OFF
U0-10
I4-20
U10-0
I20-4
- EASY
Über dieses Kommando wird der Typ des Eingangssignals (Strom oder Spannung) definiert. Gleichzeitig kann die Signalrichtung umgekehrt werden. Dieses Kommando steht für die Eingänge W (Sollwert), X (Istwert) und V
(Geschwindigkeitsbegrenzung) zur Verfügung. Im Modus OFF ist der analoge Eingang deaktiviert 5 .
5 Das Abschalten des analogen Eingangs ist bei diesem Modul nur für den Geschwindigkeitseingang vorgesehen. Bei deaktiviertem Geschwindigkeitseingang wird automatisch der programmierte Geschwindigkeitssollwert „VELO“ verwendet.
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5.3.3 N_RANGE:X (Nennlänge des Sensors)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
N_RANGE:X x x= 10… 10000 mm
EASY
Über dieses Kommando wird die nominale Länge des Sensors definiert. Fehlerhafte Vorgaben führen zu einer fehlerhaften Systemeinstellung und die abhängigen Parameter wie Geschwindigkeit und Verstärkung können nicht korrekt berechnet werden.
Der N_RANGE sollte immer gleich oder größer als SYS_RANGE sein.
5.3.4 OFFSET:X (Sensoroffset)
Kommando
OFFSET:X x
Parameter Einheit x= -100000… 100000 µm
Über dieses Kommando wird der Nullpunkt des Sensors eingestellt.
Der OFFSET:X ist intern auf SYS_RANGE begrenzt.
Gruppe
EASY
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5.3.5 Verwendung der Kommandos SYS_RANGE, N_RANGE:X und OFFSET:X
Über diese Kommandos wird der Sensor für die Anwendung skaliert. Im unteren Beispiel hat der Sensor eine
Länge von 120 mm und der Zylinder einen Hub von 100 mm. Durch die Montage kommt es zu einem Offset
(Nullpunkt des Sensors zum Nullpunkt des Zylinders) von 5 mm. Diese Daten müssen nur noch in dieser Form eingegeben werden, und mit einem Eingangssignal von 0… 10 V kann der Hub von 0… 100 mm (am Sensor von 5… 105 mm) abgedeckt werden.
Korrekte Skalierung:
SYS_RANGE = 100 (mm)
N_RANGE:X = 120 (mm)
OFFSET:X = -5000 (µm)
100,00 mm
120,00 mm
5,00 mm
Abbildung 1 (Eingangsskalierung des Positionssensors)
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5.4 Geschwindigkeitsvorgabe
Die Umschaltung zwischen interner und externer Geschwindigkeitsvorgabe wird über das Kommando
SIGNAL:V definiert.
SIGNAL:V = OFF Die Geschwindigkeitsvorgabe erfolgt intern.
SIGNAL:V = 0… 10 V Die Geschwindigkeitsvorgabe erfolgt extern.
Bei externer Geschwindigkeitsvorgabe wird die Spannung am Eingang PIN 10/9 als Sollwert verwendet 6 .
5.4.1 VELO (Interner Geschwindigkeitswert)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
VELO x x= 1… 10000 0,01 %
STD
Vorgabe der internen Geschwindigkeitsbegrenzung im SDD Mode oder der Sollgeschwindigkeit im NC Mode.
5.4.2 VRAMP (Rampenzeit der Geschwindigkeitsvorgabe)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
VRAMP x x= 10… 5000 ms SIGNAL:V <> OFF
Die Änderungsgeschwindigkeit der externen Geschwindigkeitsvorgabe kann über diese Rampenzeit begrenzt werden. Das Kommando ist nur aktiv, wenn die externe Geschwindigkeitsvorgabe parametriert wurde.
6 Im SDD Modus (normaler Modus) wird mit diesem Signal das Ausgangssignal zum Ventil direkt begrenzt. Im NC Modus wird nicht das Ausgangssignal begrenzt, sondern die Geschwindigkeit im Profilgenerator. D. h., die vorgegebene Geschwindigkeit VMAX wird über dieses Signal reduziert. Die kleinste mögliche Geschwindigkeit beträgt 0,01 mm/s (VMAX = 1 mm/s,
VELO = 1 %).
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5.5 Profilgenerator
5.5.1 VMODE (Positioniermethode)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
VMODE x x= SDD|NC
EXP
Mit diesem Parameter kann die grundsätzliche Regelstruktur umgeschaltet werden.
SDD: Stroke-Dependent-D eceleration. In diesem Modus wird das “wegabhängige Bremsen” aktiviert. Dieser
Modus ist der Standard Modus und für die meisten Anwendungsfälle geeignet. Beim wegabhängigen
Bremsen fährt der Antrieb gesteuert zur Zielposition. Ab dem eingestellten Bremspunkt geht der Antrieb dann in die Regelung über und fährt zielgenau die gewünschte Position an. Diese Regelstruktur ist sehr robust und reagiert unempfindlich auf externe Einflüsse wie zum Beispiel schwankende Drücke.
Die Geschwindigkeit ist nicht geregelt.
NC: Numeric Controlled. In diesem Modus wird intern ein Positionsprofil generiert. Das System arbeitet immer geregelt und folgt dem Positionsprofil über den Nachlauffehler. Die Größe des Nachlauffehlers wird durch die Dynamik und die eingestellte Regelverstärkung bestimmt. Der Vorteil ist, dass durch die Profilvorgabe die Geschwindigkeit konstant ist (unabhängig von externen Einflüssen). Infolge der permanenten Regelung ist es notwendig, dass nicht mit 100 % Geschwindigkeit gefahren wird, da sonst ein Fehler nicht ausregelbar ist. Typisch sind 70… 80 % der maximalen Geschwindigkeit, es sind aber das Systemverhalten und besonders der Lastdruck bei der Geschwindigkeitsvorgabe zu berücksichtigen.
5.5.2 ACCEL (Beschleunigung)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
ACCEL x x= 1… 20000 mm/s²
VMODE=NC
Vorgabe der Sollbeschleunigung im NC Modus. Die maximale Beschleunigung muss – um ein stabiles und schwingfreies Verhalten sicherzustellen – kleiner als die technisch mögliche Beschleunigung eingestellt werden.
Erf ahrungswerte zeigen, dass ein Faktor von 3… 5 berücksichtigt werden sollte.
5.5.3 VMAX (Maximale Geschwindigkeit im NC Modus )
Kommando Parameter Einheit Gruppe
VMAX x x= 1… 2000 mm/s
VMODE=NC
Vorgabe der maximalen Geschwindigkeit im NC Modus. Dieser Wert wird durch das Antriebssystem definiert und sollte möglichst genau (auf keinen Fall zu hoch) vorgegeben werden. Die Geschwindigkeit wird über den
VELO Wert oder über die externe Geschwindigkeitsvorgabe skaliert. Das Kommando ist nur aktiv, wenn der
VMODE auf NC parametriert wurde. Bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Antriebs zwischen Ein- und
Ausfahren muss die niedrigere Geschwindigkeit eingestellt werden.
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5.6 Reglerparametrierung
5.6.1 A (Beschleunigungszeit)
Kommando Parameter
A:i x i= A|B x= 1… 5000
Einheit ms
Gruppe
VMODE=SDD
Rampenfunktion für den 1. und 3. Quadranten im SDD Mode.
Die Beschleunigungszeit für die Positionierung ist abhängig von der Richtung. A entspricht Anschluss 15 und B entspricht Anschluss 16 (bei positiver Polarität).
Üblich ist: A = Durchfluss P-A, B-T und B = Durchfluss P-B, A-T.
Für die Quadranten 2 und 4 werden die Parameter D:A und D:B als Bremswegvorgabe verwendet.
5.6.2 D (Bremsweg)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
D:i x i= A|B|S x= 1… 10000 mm
VMODE = SDD
Dieser Parameter wird in mm vorgegeben 7 .
Der Verzögerungsweg wird für jede Bewegungsrichtung (A oder B) eingestellt. Die Regelverstärkung wird abhängig vom Bremsweg intern berechnet. Je kürzer der Bremsweg, desto höher die Verstärkung. Im Fall von Instabilitäten sollte ein längerer Bremsweg vorgegeben werden.
Der Parameter D:S wird als Nachlaufweg beim Deaktivieren des START Signals verwendet. Nach der Deaktivierung wird eine in Relation zur Geschwindigkeit neue Zielposition (aktuelle Position plus D:S) berechnet und als Sollwert vorgegeben.
G
Intern
SYS _ RANGE
D
i
Die Berechnung der Regelverstärkung
ACHTUNG: Sollte der maximale Hub (SYS_RANGE Kommando) geändert werden, so ist auch der
Bremsweg anzupassen. Andernfalls kann es zu Instabilitäten und unkontrollierten Bewegungen kommen.
7 ACHTUNG! Bei älteren Modulen wurde dieser Parameter in % vom maximalen Hub vorgegeben. Da bei diesem Modul die
Datenvorgabe auf mm umgestellt wurde, ist das Verhältnis zwischen dem Hub (SYS_RANGE Kommando) und diesen Parametern zu berücksichtigen.
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5.6.3 V
0
(Kreisverstärkung)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
V0:i x i= A|B x= 1… 400 s -1
VMODE = NC
Dieser Parameter wird in s -1 (1/s) vorgegeben.
Im NC Modus wird normalerweise nicht der Bremsweg vorgegeben, sondern die Kreisverstärkung 8 .
Zusammen mit den Parametern VMAX und SYS_RANGE wird aus diesem Verstärkungswert die interne Verstärkung berechnet.
D i
v max
V
0
G
Intern
SYS _ RANGE
D i
Berechnung der internen Regelverstärkung
Im NC Modus wird anhand der Kreisverstärkung der Schleppfehler bei der maximalen Geschwindigkeit berechnet. Dieser Schleppfehler entspricht dem Bremsweg beim wegabhängigen Bremsen. Die Umrechnung und damit die regelungstechnisch korrekten Datenvorgaben gestalten sich relativ einfach, wenn man die hier beschriebene Beziehung berücksichtigt.
5.6.4 V0:RES (Auflösung der Kreisverstärkungseingabe)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
V0:RES x x= 1|100 -
VMODE = NC
V0:RES = 1 Die Kreisverstärkung wird in der Einheit s -1 (1/s) vorgegeben.
V0:RES = 100 Die Kreisverstärkung wird in der Einheit 0,01 s -1 vorgegeben 9 .
Diese Umschaltung auf 100 sollte nur bei sehr kleinen Werten (V
0
< 4) durchgeführt werden, da der
Eingabebereich auf 400 begrenzt ist.
8 Die Kreisverstärkung wird alternativ als KV Faktor mit der Einheit (m/min)/mm definiert oder als V0 in 1/s. Die
Umrechnung ist KV = V0/16,67.
9 Bei sehr kleinen Kreisverstärkungen kann es vorkommen, dass ein Wert im Bereich von 1 s -1 bis 3 s -1 eingestellt werden muss. Für diesen Fall kann dann die Auflösung der Eingabe umgeschaltet werden.
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5.6.5 PT1 (Zeitverhalten des Reglers)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
PT1 x x= 0… 300 ms
EXP
Über diesen Parameter kann das Zeitverhalten des Reglers beeinflusst werden. Der hydraulische Antrieb ist relativ schwingungsanfällig, besonders wenn sehr schnelle Ventile verwendet werden. Der PT1 Filter ermöglicht ein besser gedämpftes Regelverhalten und es ist eine höhere Verstärkung einstellbar.
Voraussetzungen für den Einsatz sind: Die Eigenfrequenz des Ventils sollte gleich oder größer der Eigenfrequenz des Antriebs sein.
5.6.6 CTRL (Charakteristik der Bremsfunktion)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
CTRL x x= LIN|SQRT1|SQRT2 -
STD
Mit diesem Parameter wird die Bremscharakteristik eingestellt. Im Fall von positiv überdeckten Proportionalventilen sollte die SQRT Funktion verwendet werden. Die nichtlineare Durchflussfunktion dieser Ventile wird durch die SQRT 10 Funktion linearisiert.
Im Fall von Nullschnittventilen (Regelventile und Servoventile) sollte – anwendungsabhängig – die LIN oder
SQRT1 Funktion verwendet werden. Die progressive Charakteristik der SQRT1 Funktion weist die bessere Positioniergenauigkeit auf, kann aber im Einzelfall auch zu längeren Positionierzeiten führen.
LIN: Lineare Bremscharakteristik (Verstärkung beträgt Faktor 1).
SQRT1: Wurzelfunktion für die Bremskurvenberechnung. Die Verstärkung wird um den Faktor 3 (in der Zielposition) erhöht. Dies ist die Standardeinstellung.
SQRT2: Wurzelfunktion für die Bremskurvenberechnung. Die Verstärkung wird um den Faktor 5 (in der Zielposition) erhöht. Diese Einstellung sollte nur bei deutlich progressiver Durchflussfunktion des Ventils verwendet werden.
Braking stroke
D:A or D:B
Deceleration time
D:A or D:B
CTRL = SQRT
CTRL = SQRT
CTRL = LIN
CTRL = LIN
Stroke Time
Abbildung 2 (Gegenüberstellung des Bremsverhaltens über den Hub oder über die Zeit)
10 Die SQRT Funktion generiert eine konstante Verzögerung und erreicht somit schneller die Zielposition. Dies wird erreicht, in dem die Verstärkung während des Bremsvorgangs erhöht wird.
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5.7 Ausgangssignalanpassung
5.7.1 MIN (Kompensation der Überdeckung)
5.7.2 MAX (Ausgangsskalierung)
5.7.3 TRIGGER (Ansprechschwelle für den MIN Parameter)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
MIN:i
MAX:i x x
TRIGGER x i= A|B x= 0… 6000 x= 3000… 10000 x= 0… 4000
-
0,01 %
0,01 %
0,01 %
STD
Über diese Kommandos wird das Ausgangssignal an das Ventil angepasst. Bei den Positioniersteuerungen wird eine geknickte Volumenstromkennlinie anstelle des typischen Überdeckungssprungs verwendet. Der Vorteil ist ein besseres und stabileres Positionierverhalten. Gleichzeitig können mit dieser Kompensation auch geknickte
Volumenstromkennlinien 11 des Ventils angepasst werden.
ACHTUNG: Sollten am Ventil bzw. am Ventilverstärker ebenfalls Einstellmöglichkeiten für die
Totzonenkompensation vorhanden sein, so ist sicherzustellen, dass die Einstellung entweder am Leistungsverstärker oder im Modul durchgeführt wird.
Wird der MIN Wert zu hoch eingestellt, wirkt sich dies auf die minimale Geschwindigkeit aus, die dann nicht mehr einstellbar ist. Im extremen Fall führt dies zu einem Oszillieren um die geregelte Position.
MAX:A geknickte Volumenstromkennlinie
MIN:B normale Überdeckungskompensation
MIN:A
TRIGGER Werte
Eingang
MAX:B
11 Verschiedene Hersteller haben Ventile mit definierter geknickter Kennlinie: z. B. einen Knick bei 40 oder bei 60 % (korrespondierend mit 10 % Eingangssignal) des Nennvolumenstroms. In diesem Fall ist der TRIGGER Wert auf 1000 und der MIN
Wert auf 4000 (6000) einzustellen.
Bei Einsatz von Nullschnittventilen bzw. leicht unterdeckten Ventilen ist die Volumenstromverstärkung im Nullbereich (innerhalb der Unterdeckung) doppelt so hoch wie im normalen Arbeitsbereich. Dies kann zu Schwingungen bzw. einem nervösen
Verhalten führen. Um dies zu kompensieren, ist der TRIGGER Wert auf ca. 200 und der MIN Wert auf 100 einzustellen.
Dadurch wird die Verstärkung im Nullpunkt halbiert und es kann oft eine insgesamt höhere Verstärkung eingestellt werden.
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5.7.4 OFFSET (Nullpunktkorrektur des Ausgangssignals)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
OFFSET x x= -4000… 4000 0,01 % STD
Dieser Parameter wird in 0,01 % Einheiten eingegeben.
Der Offsetwert wird am Ausgang zum Stellsignal addiert. Mit diesem Parameter können Nullpunktverschiebungen des Stellgliedes (Ventil) kompensiert werden.
5.7.5 SIGNAL:U (Typ und Polarität des Ausgangssignals)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
SIGNAL:U x x= U+-10
I4-12-20
U-+10
I20-12-4
-
STD
Über dieses Kommando wird der Typ des Ausgangssignals (Strom / Spannung und die Polarität 12 ) definiert.
Differenzausgang ± 100 % entspricht ± 10 V (0… 10 V an PIN 15 und PIN 16).
Stromausgang: ± 100 % entspricht 4… 20 mA (PIN 15 zu PIN 12). 12 mA ist die neutrale Stellung
(U = 0 %, das Ventil sollte in Mittelstellung sein).
STROMAUSGANG: Ein Ausgangsstrom von << 4 mA signalisiert, dass ein Fehler vorliegt bzw. das
Modul keine Freigabe hat. Es ist darauf zu achten, dass das Ventil bei < 4 mA abschaltet (falls dies nicht der Fall ist, sollte das EOUT Kommando verwendet werden, um ein definiertes Ausgangssignal zu generieren).
12 Das bisherige POL Kommando entfällt, da das SIGNAL Kommando universeller für alle Module einsetzbar ist.
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5.8 Sonderkommandos
5.8.1 Feinpositionierung
Die Feinpositionierung bzw. Driftkompensation kommt dann zum Einsatz, wenn externe Einflüsse eine ausreichend genaue Positionierung verhindern. Dabei ist mit dieser Zusatzfunktion vorsichtig umzugehen, da es bei einem nicht geeigneten Systemverhalten oder bei falscher Parametrierung zu dem „limit cycling 13 “ kommen kann.
Welche Positionsfehler können im System auftreten, die durch diese Funktion kompensiert werden können?
14
1. Nullpunktfehler im Ventil. Infolge dieses Fehlers kommt es zu einem konstanten Offset (Fehler) zwischen Sollposition und Istposition und somit zu einer Stellgröße, die den Nullpunktfehler ausgleicht, damit die Achse stehen bleiben kann.
2. Nullpunktfehler infolge der Temperaturänderungen. Es gilt das Gleiche wie unter Punkt 1, mit dem Unterschied, dass sich der Offset (der Fehler) über die Zeit (Temperatur) ändert.
3. Positionsfehler infolge externer Kräfte. Da alle Regel- und Servoventile eine typische Druckverstärkungscharakteristik aufweisen, muss - im Fall von externen Kräften - ein Stellsignal zur Kompensation dieser Kräfte generiert werden. Dieses Signal hat einen typischen Bereich von +/- 2… 3 %. Gegenüber den Punkten 1 und 2 ist dieser Einfluss prozessabhängig und kann von Zyklus zu Zyklus variieren.
Wie arbeitet die Feinpositionierung / Driftkompensation?
15
Der hydraulische Positionierantrieb hat ein integrierendes Verhalten. D. h., wird ein Stellsignal auf das Ventil gegeben bzw. ist ein Offset vorhanden, so fährt der Antrieb immer bis zu seinem linken oder rechten Ende. Aus diesem Grund ist im Positionsregler kein integrierender Anteil notwendig. Er wäre sogar nachteilig, da er das
System destabilisieren würde. Die Ausnahmen sind die unter Punkt 1 bis 3 beschriebenen Einflüsse, die einen
Integrator notwendig machen. Bei diesem Softwaremodul handelt es sich um einen speziellen Integrator, der auf diese Anforderungen hin optimiert wurde.
Dabei ist jetzt noch zwischen der Feinpositionierung und der Driftkompensation zu unterscheiden (auch wenn die Integrator-Funktion identisch ist). Die Driftkompensation kompensiert Nullpunktfehler und Temperaturfehler.
Diese Fehler sind quasi statische Fehler, die sich nur sehr langsam ändern. Die Driftkompensation wird somit nur sporadisch aktiviert und sie muss den ermittelten Korrekturwert über eine längere Zeit im Gedächtnis behalten. D. h., die Driftkompensation wird normalerweise über die Maschinensteuerung aktiviert, da der Nullpunkt nur bei kraftfreiem Positionieren (oder im Fall konstanter Kräfte) korrekt gemessen werden kann.
Die Feinpositionierung hat in erster Linie die Aufgabe, Einflüsse, die durch externe Kräfte entstehen, zu kompensieren. Sie kann natürlich auch zur Kompensation von Nullpunktfehlern eingesetzt werden, das Korrektursignal wird aber bei jedem Positioniervorgang neu berechnet.
Besonderheit: Da die Fehler im Wesentlichen durch die Charakteristik des Ventils hervorgerufen werden, bezieht sich die Parametrierung auch auf die Stellwerte, die zum Ventil gehen.
Wie schon beschrieben, darf der Integrator für die Feinpositionierung nicht permanent aktiv sein, sondern er muss sich zu bestimmten Zeitpunkten / Signalamplituden automatisch aktivieren. Dies wird durch die Aktivierungsschwelle definiert.
Hat das Ventil eine Druckverstärkung von z. B. 2,5 %, so ist die Aktivierungsschwelle im Bereich von 3… 5 %
(DC:AV 300… 500) zu parametrisieren.
Hat das Ventil eine Hysterese bzw. gibt es eine Haftreibung im Bereich von 0,5 %, so ist die Deaktivierungsschwelle auf einen Wert von 0,7… 1,0 % (DC:DV 70… 100) einzustellen. Je kleiner dieser Wert eingestellt werden kann, umso genauer ist der Positioniervorgang.
13 Das „limit cycling“ ist ein permanentes Schwingen um die Zielposition herum. Die wesentlichen Ursachen hierfür sind Haftreibung und Effekte durch die Ventilhysterese. Durch die richtige Parametrierung kann dies vermieden werden, unter der
Rahmenbedingung, dass die gewünschte Genauigkeit nicht erreicht wird. In diesem Fall ist das hydraulische System der begrenzende Faktor der Genauigkeit.
14 Dies betrifft in erster Linie Nullschnitt Regelventile und Servoventile.
15 Damit Feinpositionierung und Driftkompensation optimal arbeiten können, ist eine externe Steuerung der Driftkompensation notwendig. Diese erweiterte Funktion ist in unseren Modulen mit Feldbusankopplung implementiert.
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Die Stellbereichsbegrenzung des Integrators (DC:CR) wird normalerweise auf den gleichen Wert wie DC:AV eingestellt. Die Stellbereichsbegrenzung ist notwendig, um lange Einschwingzeiten zu verhindern.
Die Integrationszeit muss in der Regel experimentell ermittelt werden. Dabei sollte man mit größeren Zeiten
(1500 ms) beginnen und diese dann Schritt für S chritt verringern. Kommt es zu Überschwingern bzw. zum „limit cycling“, so sind die eingestellten Zeiten zu klein.
5.8.1.1 DC:AV (Feinpositionierung, äußere Schwelle)
5.8.1.2 DC:DV (Feinpositionierung, innere Schwelle)
5.8.1.3 DC:I (Feinpositionierung, Integrationszeit)
5.8.1.4 DC:CR (Feinpositionierung, Stellbereichsgrenze)
Kommando Parameter Einheit
DC:AV
DC:DV
DC:I
DC:CR x x x x x= 0… 2000 x= 0… 1000 x= 0… 2000 x= 0… 500
0,01 %
0,01 % ms
0,01 %
DC:AV
DC:DV
DC:I
DC:CR
Gruppe
EXP
Mit diesem Parameter (AV = activation value) wird bestimmt, ab welchem Arbeitspunkt die
Feinpositionierung aktiviert ist.
Mit diesem Parameter (DV = deactivation value) wird bestimmt, ab welchem Arbeitspunkt die
Feinpositionierung deaktiviert ist. Steht dieser Wert auf null, so wird immer versucht, die bestmögliche Positioniergenauigkeit zu erreichen (k ein Positionierfehler). Dies kann das „limit cycling“ hervorrufen. Normalerweise sollte dieser Parameter auf eine Genauigkeit eingestellt werden, die zu akzeptablen Ergebnissen führt.
Mit diesem Parameter wird die Integrationszeit eingestellt. Das heißt, je kleiner dieser Wert ist, umso schneller wird der Positionsfehler ausgeregelt. Zu kleine Werte verstärken das
„limit cycling“.
Mit diesem Parameter (CR = control range) wird der Stellbereich der Feinpositionierung begrenzt.
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5.8.2 AINMODE
Der AINMODE schaltet zwischen den beiden Modi EASY und MATH um. Im EASY Zustand (ist DEFAULT) wird die einfachere anwendungsorientierte Skalierung der analogen Signaleingänge unterstützt.
Im MATH Modus ist die freie Skalierbarkeit über eine lineare Gleichung möglich. Dieses Modus kann z. B. bei bekannten Eingangsskalierungen (Kompatibilitätsmodus) verwendet werden.
ACHTUNG: Die Umschaltung kann nur manuell im Terminal durchgeführt werden. Nach dem Zurückschalten in den EASY Mode sollten als erstes DEFAULT Daten geladen werden.
5.8.2.1 AINMODE (Umschaltung der Signalskalierung)
Kommando
AINMODE x
Parameter x= EASY|MATH
Einheit
-
Über dieses Kommando wird die Art der Eingangsskalierung umgeschaltet.
Gruppe
TERMINAL
5.8.2.2 AIN (Skalierung der analogen Eingänge)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
AIN:I a b c x i= W|X|V a= -10000… 10000 b= -10000… 10000 c= -10000… 10000 x= V|C
-
-
0,01 %
-
MATH
Über dieses Kommando können die einzelnen analogen Eingänge individuell skaliert werden. Dieses Kommando steht für die Eingänge W (Sollwert), X (Istwert) und V (Geschwindigkeitsbegrenzung) zur Verfügung Zur
Skalierung wird die lineare Gleichung verwendet.
Output
a b
( Input
c )
Der „C“ Wert ist der Offset (z. B. um die 4 mA bei einem 4… 20 mA Eingangssignal zu kompensieren). Dieser
Wert wird in Prozent angeben. Die Variablen A und B definieren den Verstärkungsfaktor, mit dem der Signalbereich auf 100 % skaliert wird (z. B. 1,25 bei 4… 20 mA Eingangssignal, per Werkseinstellung parametriert durch
A=1250 und B=1000). Diese beiden Werte sind einheitenlos. Mit X wird von Spannungs- auf Stromsignal umgeschaltet und der interne Messwiderstand aktiviert.
Der Verstärkungsfaktor errechnet sich, indem man den nutzbaren Bereich (A) ins Verhältnis zum real genutzten
Bereich (B) setzt. Nutzbar sind 0… 20 mA, was für (A) einen Wert von 20 ergibt. Genutzt werden
4 … 20 mA, was für (B) einen Wert von 16 (20-4) ergibt. Nicht genutzt werden 0… 4 mA, was beim Bereich von
20 mA einem Offset von 20 % und somit einem Wert von 2000 für (C) entspricht. Zuletzt (X) umschalten auf C.
Das Kommando sähe also wie folgt aus: AIN:I 20 16 2000 C bzw. AIN:I 1250 1000 2000 C.
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Typische Einstellungen:
Kommando
AIN:X 1000 1000 0 V
AIN:X 10 8 1000 V ODER
AIN:X 1000 800 1000 V
AIN:X 10 4 500 V ODER
AIN:X 1000 400 500 V
AIN:X 20 16 2000 C ODER
AIN:X 2000 1600 2000 C ODER
AIN:X 1250 1000 2000 C
Eingang
0… 10 V
1… 9 V
0,5… 4,5 V
4… 20 mA
Beschreibung
Bereich: 0… 100 %
Bereich: 0… 100 %; 1 V = 1000 entspricht dem Offset und die Verstärkung ist:
10 / 8 (10 V dividiert durch 8 V (9 V -1 V))
Bereich: 0… 100 %; 0,5 V = 500 entspricht dem Offset und die Verstärkung ist:
10 / 4 (10 V dividiert durch 4 V (4,5 V -0,5 V))
Bereich: 0… 100 %
Der 4 mA Offset entspricht bei 20 mA einem Signal von
20 % (2000). Dieses Signal muss dann mit dem Faktor
20 mA / (20 mA
– 4 mA) = 1,25 verstärkt werden, um den
Bereich 0… 100 % zu ermöglichen.
Jede Einstellung ergibt den gleichen Signalbereich.
5.9 PROCESS DATA (Monitoring)
Kommando
WA
W
V
X
E
C
U
IA
IB
Parameter
Sollwert (Eingangssignal)
Sollwert (nach dem Profilgenerator)
Geschwindigkeitsvorgabe
Istwert
Regelfehler (Error Signal)
Ausgang des Reglers
Stellsignal
Magnetstrom A
Magnetstrom B
Einheit mm mm
% mm mm
%
% mA (nur P Version) mA (nur P Version)
Die Prozessdaten sind die variablen Größen, die im Monitor oder im Oszilloskop kontinuierlich beobachtet werden können.
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6 Anhang
6.1 Überwachte Fehlerquellen
Folgende mögliche Fehlerquellen werden bei SENS = ON/AUTO fortlaufend überwacht:
Quelle
Sollwert PIN 13, 4...20 mA
Verhalten
Der Ausgang wird deaktiviert.
Istwert PIN 14, 4… 20 mA
Fehler
Nicht im gültigen Bereich bzw.
Kabelbruch
Nicht im gültigen Bereich bzw.
Kabelbruch
Nicht im gültigen Bereich bzw.
Kabelbruch
Der Ausgang wird deaktiviert.
Der Ausgang wird deaktiviert. SSI-VERSION
Istwert
P-VERSION
Magnete an PIN 17 - 20
EEPROM
(beim Einschalten)
Kabelbruch bzw. falsche Verdrahtung
Datenfehler
Die Endstufe wird deaktiviert.
Der Ausgang wird deaktiviert.
Der Ausgang kann nur aktiviert werden, indem die Parameter neu gespeichert werden!
Achtung: Einstellung des EOUT Kommandos beachten. Änderungen beeinflussen das Verhalten.
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6.2 Fehlersuche
Ausgegangen wird von einem betriebsfähigen Zustand und vorhandener Kommunikation zwischen Modul und dem WPC-300. Weiterhin ist die Parametrierung zur Ventilansteuerung anhand der Ventildatenblätter eingestellt.
Zur Fehleranalyse kann der RC Modus im Monitor verwendet werden.
ACHTUNG: Wenn mit dem RC (Remote Control) Modus gearbeitet wird, sind alle Sicherheitsaspekte gründlich zu prüfen. In diesem Modus wird das Modul direkt gesteuert und die Maschinensteuerung kann keinen Einfluss auf das Modul ausüben.
FEHLER URSACHE / LÖSUNG
ENABLE ist aktiv, das
Modul zeigt keine Reaktion, die READY LED ist aus.
Vermutlich ist die Spannungsversorgung nicht vorhanden oder das ENABLE Signal
(PIN 8) liegt nicht an.
Wenn keine Spannungsversorgung vorhanden ist, findet auch keine Kommunikation
über unser Bedienprogramm statt. Ist die Verbindung mit WPC-300 aufgebaut, so ist auch eine Spannungsversorgung vorhanden.
Wenn die Spannungsversorgung vorhanden ist, sollte versucht werden, ob das System über Die HAND+ und HAND- Eingänge gefahren werden kann (Messen des
Ausgangssignals zum Ventil ist hilfreich).
ENABLE ist aktiv, die
READY LED blinkt.
Mit der blinkenden READY LED wird signalisiert, dass vom Modul ein Fehler erkannt wurde. Fehler können sein:
Kabelbruch oder fehlendes Signal am Eingang (PIN 13 oder PIN 14), wenn
4… 20 mA Signale parametriert sind.
Kein SSI Sensorsignal
Kabelbruch oder falsche Verdrahtung zu den Magneten (nur in der P Version).
Interner Datenfehler: Kommando/Button SAVE ausführen, um den Datenfehler zu löschen. System hat wieder die DEFAULT Daten geladen.
Mit dem WPC-300 Bedienprogramm kann der Fehler über den Monitor direkt lokalisiert werden.
ENABLE ist aktiv, die
READY LED leuchtet, das System fährt in eine
Endlage.
Die Polarität des Regelkreises ist falsch. Durch das SIGNAL:U Kommando oder durch Vertauschen der beiden Anschlüsse PIN 15 und PIN 16 kann die Polarität ge-
ändert werden.
ENABLE ist aktiv, die
READY LED leuchtet, die STATUS LED leuchtet nicht, das System fährt zur Zielposition, erreicht sie aber nicht (Positionsfehler).
Infolge einer fehlerhaften Parametrierung oder einer fehlerhaften Systemauslegung kann es zu größeren Positionsfehlern kommen.
Ist der Zylinderhub korrekt vorgegeben?
Sind die Bremswege korrekt (zum Starten des Systems sollten die Bremswege auf ca. 20… 25 % des Zylinderhubes eingestellt werden 16 )?
Handelt es sich um ein Nullschnitt Regelventil oder um ein Standard Proportionalventil?
Im Fall des Proportionalventils ist die möglicherweise vorhandene Ventilüberdeckung mit den MIN Parametern zu kompensieren. Die typischen Werte sind dem
Datenblatt der Ventile zu entnehmen.
16 Das Stabilitätskriterium der hydraulischen Achse ist dabei zu berücksichtigen.
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FEHLER
ENABLE ist aktiv, die
READY LED leuchtet,
System schwingt in der
Position.
Geschwindigkeit zu gering
Geschwindigkeit zu hoch
URSACHE / LÖSUNG
Das System arbeitet und steuert auch das Ventil an.
Die diversen möglichen Probleme könnten sein:
Die Parametrierung (zu hohe Verstärkung) ist noch nicht auf das System abgestimmt.
Spannungsversorgung stark gestört.
Sehr lange Leitungen des Sensors (> 40 m) und Störungen auf dem Sensorsignal.
Die MIN Einstellung zur Kompensation der Ventilüberdeckung ist zu hoch.
Grundsätzlich ist die Parametrierung der Sensordaten und der Reglereinstellung als
Erstes (vor dem Einschalten) vorzunehmen. Eine falsche Vorgabe entspricht einer falschen Systemauslegung, die dann zu einer fehlerhaften Funktion führt. Schwingt das System, so sollte als Erstes die Verstärkung reduziert werden (D:A und D:B längere Bremswege) und bei überdeckten Ventilen sollte auch der MIN Parameter verringert werden.
Der Antrieb sollte einen Positioniervorgang ausführen können, nur die Geschwindigkeit ist zu gering.
Ansteuersignal zum Ventil kontrollieren:
Über das integrierte Oszilloskop (U Variable).
Mit einem externen Oszilloskop / Spannungsmessgerät das Signal zum
Ventil messen.
Ist die Ansteuerung im Bereich von ± 100 % (± 10 V), so ist der Fehler in der
Hydraulik zu suchen.
Ist das Ansteuerungssignal relativ gering, so sind folgende Punkte zu untersuchen:
Begrenzt das interne/externe Geschwindigkeitssignal die Geschwindigkeit?
Welche Einstellung ist für den Bremsweg im Verhältnis zum Hub (STROKE) eingestellt?
Der Antrieb sollte einen Positioniervorgang ausführen. Der Antrieb fährt mit zu hoher
Geschwindigkeit aus und ein, wodurch es zu einem unkontrollierten Verhalten kommt. Die Reduzierung der Geschwindigkeit (MAX oder VELO Parameter) hat keinen bzw. nur einen sehr geringen Einfluss.
Hydrauliksystem ist überdimensioniert. Die gesamte Parametrierung des
Bewegungszyklus ist nicht reproduzierbar (Überdeckungseinstellung und
Bremswegeinstellung).
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6.3 Strukturbeschreibung der Kommandos
Die Kommandos für unsere Module sind wie folgt aufgebaut:
[nnnn:i x] oder
[nnnn x]
Bedeutung:
nnnn - steht für einen beliebigen Kommandonamen
nnnn: - steht für einen beliebigen Kommandonamen, der über einen Index erweitert werden kann.
Indizierte Kommandos sind durch das Zeichen „:“ erkennbar.
i oder I - ist ein Platzhalter für den Index. Ein Index kann z. B. „A“ oder „B“ für die Richtung sein.
x - ist der Parameterwert. Nur bei speziellen Sonderkommandos sind mehrere Parameter möglich.
Beispiele:
MIN:A 2000 nnnn = “MIN”, i = “A” und x = “2000”
OFFSET 50 nnnn = „OFFSET“ und x = „50“
C:IC 2000 nnnn = “C”, i = “IC” und x = “2000”
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7 ZUSATZINFORMATION: Leistungsendstufe
7.1 Allgemeine Funktion
Die Leistungsendstufen wurden für die Ansteuerung von Proportionalventilen ohne Kolbenpositionsrückführung entwickelt. Die Endstufe wird durch den Mikrocontroller auf dem Basismodul über pulsweiten modulierte Signale angesteuert, und der Strom wird kontinuierlich geregelt. Die Zykluszeit für den Magnetstromregler beträgt 0,125 ms.
Über interne Parameter kann die Endstufe an die dynamischen Anforderungen optimal angepasst werden.
Ventiltechnik: Proportionalventile der Hersteller REXROTH, BOSCH, DENISON, EATON, PARKER, FLUID
TEAM, ATOS und andere.
Merkmale
Zwei Leistungsendstufen für 0,5 bis 2,6 A
Hardware Kurzschlussschutz, 3 µs Ansprechzeit
Einstellbare PWM-Frequenz, Ditherfrequenz und Ditheramplitude
Hohe Stromsignalauflösung
Keine zusätzlichen Totzeiten bei der Signalübertragung zwischen der Regelfunktion und dem Leis- tungsverstärker
Separate Leistungsversorgung für sicherheitsrelevante Anwendungen
Integriert in die Standardsteuerung, keine zusätzliche Verdrahtung erforderlich
Optimales Preis- / Leistungsverhältnis
Seite 43 von 58 POS-123-*-2030
7.2 Gerätebeschreibung
99,0000 mm 45,0000 mm
13 14 15 16 25 26 27 28
13 14 15 16 29 30 31 32
114,0000 mm
Made in Germany
Date: Add.:
ID:
V:
W .
E .
ST .
Elektronik
D-41372 Niederkrüchten
Homepage: http://www.w-e-st.de
Typenschild und Anschlussbelegung
Type plate and terminal pin assignment
LEDs
USB
Interface
1 2 3 4 17 18 19 20
5 6 7 8 21 22 23 24
W.E.ST.
Ready A B
9 10 11 12 25 26 27 28
13 14 15 16 29 30 31 32
Klemmblöcke (steckbar)
Terminals (removable)
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7.3 Ein- und Ausgänge
Anschluss Beschreibung der Signale
PIN 22 +
PIN 24 -
Spannungsversorgung: 10… 30 VDC: Durch die separaten Spannungsversorgungseingänge kann bei sicherheitsrelevanten Anwendungen die Endstufe spannungsfrei geschaltet werden.
PIN 17+19
PIN 18+20
Magnetstromausgang A
Magnetstromausgang B
Anschluss Geänderte Signale zum Standard (U - Version)
PIN 15
PIN 16
0… 10 V / 4… 20 mA Ausgang mit dem skalierten Positionssollwert
0… 10 V / 4… 20 mA 17 Ausgang mit dem skalierten Positionsistwert
7.4 Blockschaltbild
***-***P
10..30V
0V
Versorgungsspannung
24 V
0 V
22
24
Magnet A
Interne MCU
Schnittstelle
Leistungsstufen ia 17
19 ib 18
20
Magnet B
17
19
20
18
Achtung, SENS = AUTO sollte bei der Endstufe (*-P Module) nicht verwendet werden 18 .
17 Die 4… 20 mA Umschaltung wird ab dem 3. Quartal 2015 zur Verfügung stehen. Auf Nachfrage können Sondermodule mit dem umschaltbaren Ausgang angeboten werden.
18 Ist Magnet B aktiv und Magnet A inaktiv, so ist z. B. ein Kabelbruch am Magneten A nicht feststellbar. Durch das automatische zurücksetzen des Fehlers ist ein Auswertung nur eingeschränkt möglich.
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7.5 Typische Verdrahtung
1 2 3 4
17 18 19 20
24V
0V
Spannungsversorgung
Ventilmagnet A
Ventilmagnet B
5 6 7 8
21 22 23 24
9 10 11 12 25 26 27 28
0V
13 14 15 16 29 30 31 32
ACHTUNG: Aus Gründen der elektromagnetischen Emission sollten die Magnetleitungen abgeschirmt werden.
ACHTUNG: Stecker mit Freilaufdioden sowie mit Leuchtanzeigen sind bei stromgeregelten
Endstufen nicht einsetzbar. Sie stören die Stromregelung und können zu einer Zerstörung der
Ausgangsstufe führen.
7.6 Technische Daten
Versorgungsspannung
Leistungsbedarf max.
Absicherung
PWM Leistungsausgänge
PWM Frequenz
Abtastzeit Magnetstromregelung
Temperaturbereich
Gehäuse
Gewicht
Anschlüsse
[VDC] 10... 30
[W]
[A]
60 (je nach Magnettype)
3 (mittelträge)
[A]
[Hz]
0,5 bis 2,6 (per Software parametrierbar);
Kabelbruch und Kurzschluss überwacht
61 … 2604
[ms] 0,125
[°C] -20... 60
Snap-On Module EN 50022
Polyamid PA 6.6
Brennbarkeitsklasse V0 (UL94)
[kg] 0,250 (inkl. dem Basismodul)
3 x 4 pol. Anschlussblöcke
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7.7 Parameter
7.7.1 Parameterübersicht
Kommando Werkseinstellung Einheit Beschreibung
+ -
ON -
Umschaltung der Ausgangspolarität
1000 mA
2604 Hz
Ausgangsstrombereich
121 Hz
Ditherfrequenz
500 0,01 %
Ditheramplitude
PWM Frequenz
Automatische Berechnung der PPWM und IPWM
Werte
7
40
-
-
PI-Regeldynamik des Stromregelkreises
Die Standardparametrierung wurde an einer Vielzahl von Proportionalventilen unterschiedlicher Hersteller eingesetzt. Solange keine speziellen Anforderungen an die Anwendung gestellt werden, hat sich diese Parametrierung in der Praxis bewährt.
7.8 Parameter der Leistungsendstufe
7.8.1 SIGNAL:M (Typ des Monitor Ausgangssignals)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
SIGNAL:M x x= U0-10|I4-20 -
EXP
Über dieses Kommando wird der Typ des Ausgangssignals (Strom = I4-20 und Spannung = U0-10) definiert.
7.8.2 SIGNAL:U (Polarität des Ausgangssignals)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
SIGNAL:U x x= +|- -
STD
Über dieses Kommando wird die Polarität des Ausgangssignals definiert umgeschaltet.
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7.8.3 CURRENT (Magnet Nennstrom)
Kommando Parameter
CURRENT x x= 500… 2600
Einheit mA
Gruppe
STD
Über diesen Parameter wird der Nennstrom des Magneten eingestellt. Dither und auch MIN/MAX beziehen sich immer auf den gewählten Strombereich.
7.8.4 DAMPL (Ditheramplitude)
7.8.5 DFREQ (Ditherfrequenz)
Kommando
DAMPL x
DFREQ x
Parameter x= 0… 3000 x= 60… 400
Einheit
0,01 %
Hz
Gruppe
STD
Über dieses Kommando kann der Dither 19 frei definiert werden. Je nach Ventil können unterschiedliche Amplituden oder Frequenzen erforderlich sein. Die Ditheramplitude ist in % (Spitze-Spitze Wert) des nominalen Ausgangsstroms definiert 20 . (siehe Kommando CURRENT).
Die Dither Frequenz wird in Hz eingegeben. Infolge interner Berechnungen kann die Frequenz nur in definierten
Stufen übernommen werden (sie wird automatisch auf die nächst höhere Stufe gesetzt) 21 .
ACHTUNG: Die Parameter PPWM und IPWM beeinflussen die Wirkung der Dithereinstellung. Nach der Dither Optimierung sollten diese Parameter nicht mehr verändert werden.
ACHTUNG: Wenn die PWM Frequenz kleiner 500 Hz ist, dann sollte die Ditheramplitude auf null gesetzt werden.
7.8.6 PWM (PWM Frequenz)
Kommando
PWM x
Parameter x= 61… 2604
Einheit
Hz
Gruppe
EXP
Die Frequenz kann in vorgegebenen Stufen definiert werden (61 Hz, 72 Hz, 85 Hz, 100 Hz, 120 Hz, 150 Hz,
200 Hz, 269 Hz, 372 Hz, 488 Hz, 624 Hz, 781 Hz, 976 Hz, 1201 Hz, 1420 Hz, 1562 Hz, 1736 Hz, 1953 Hz,
2232 Hz, 2604 Hz). Die optimale Frequenz ist ventilabhängig.
19 Bei dem Dither handelt es sich um ein Brummsignal, das dem Stromsollwert überlagert wird. Der Dither wird durch
Frequenz und Amplitude definiert. Die Ditherfrequenz sollte nicht mit der PWM Frequenz verwechselt werden. In den Dokumentationen mancher Ventile wird von einem Dither gesprochen und es ist aber die PWM Frequenz gemeint. Zu erkennen ist dies durch die fehlende Angabe der Ditheramplitude.
20 Die Ditheramplitude ist ein Sollwert. Je nach Dynamik des Magneten und der eingestellten Ditherfrequenz kann es zu Abweichungen zwischen der vorgegebenen und der realen Amplitude kommen. Ist die Hysterese arbeitspunktabhängig zu hoch, so sollte als Erstes die Ditherfrequenz verringert werden.
21 Je niedriger die Ditherfrequenz wird, umso kleiner werden auch die Stufen. Hierdurch ist die Praxistauglichkeit sichergestellt.
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ACHTUNG: Bei niedrigen PWM Frequenzen sollten die Parameter PPWM und IPWM angepasst werden, da die längeren Totzeiten die Stabilität des Regelkreises verringern.
7.8.7 ACC (Automatische Einstellung des Magnetstromreglers)
Kommando
ACC x
Parameter x= ON|OFF
Einheit
-
Gruppe
EXP
Arbeitsmodus der Magnetstromregelung.
ON: Im AUTOMATIC Modus werden die PPWM und IPWM Werte anhand der PWM Frequenz berechnet.
OFF: Manuelle Einstellung.
7.8.8 PPWM (Magnetstromregler P Anteil)
7.8.9 IPWM (Magnetstromregler I Anteil)
Kommando
PPWM
IPWM x x
Parameter x= 0… 30 x= 1… 100
Einheit Gruppe
-
-
EXP
Mit diesen Kommandos wird der PI Stromregler für die Magnete parametriert.
Ohne entsprechende Messmöglichkeiten und Erfahrungen sollten diese Parameter nicht verändert werden.
Achtung, steht der Parameter ACC auf ON, so werden diese Einstellungen automatisch durchgeführt.
Ist die PWM-Frequenz < 250 Hz, so muss die Stromregeldynamik verringert werden.
Typische Werte sind: PPWM = 1… 3 und IPWM = 40… 80.
Ist die PWM-Frequenz > 1000 Hz, so sollten die Standardwerte von PPWM = 7 und IPWM = 40 gewählt werden.
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8 ZUSATZINFORMATION: SSI Schnittstelle
8.1 Allgemeine Funktion
Diese Erweiterungsschnittstelle ist für digitale Positionsgeber geeignet. Die intern verarbeitete Genauigkeit beträgt 1 µm.
Zusätzlich wird die digitale Information als analoger Positionswert (0… 10 V für 0… SYS_RANGE) zur Verfügung gestellt.
Merkmale
Digitale Sensorschnittstelle
Frei parametrierbar (Bitbreite, Code, Auflösung)
Sichere und fehlerfreie Datenübertragung
0… 10 V Ausgang (aktuelle Istposition)
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8.2 Gerätebeschreibung
99,0000 mm 45,0000 mm
13 14 15 16 25 26 27 28
13 14 15 16 29 30 31 32
114,0000 mm
Made in Germany
Date: Add.:
ID:
V:
W .
E .
ST .
Elektronik
D-41372 Niederkrüchten
Homepage: http://www.w-e-st.de
Typenschild und Anschlussbelegung
Type plate and terminal pin assignment
LEDs
USB
Interface
1 2 3 4 17 18 19 20
5 6 7 8 21 22 23 24
W.E.ST.
Ready A B
9 10 11 12 25 26 27 28
13 14 15 16 29 30 31 32
Klemmblöcke (steckbar)
Terminals (removable)
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8.3 Ein- und Ausgänge
Anschluss Beschreibung der Signale
PIN 17
0… 10 V Monitorausgang für den Positionsistwert
PIN 19
PIN 20
Spannungsversorgung (siehe technische Daten)
0 V (GND) Anschluss
Anschluss SSI Schnittstelle (RS422)
PIN 25
PIN 26
CLK +
CLK -
PIN 27
PIN 28
PIN 31
PIN 32
DATA +
DATA -
Versorgung 24 V
Versorgung 0 V
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8.4 Blockschaltbild n tio t pu ita lim
Out ed Spe
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8.5 Typische Verdrahtung
24V
0V
Spannungsversorgung
1 2 3 4 17 18 19 20
5 6 7 8 21 22 23 24
Monitorausgang für den Sensor
9 10 11 12 25 26 27 28
DATA-
DATA+
CLK-
CLK+
SSI / SSD
Sensorschnittstelle
13 14 15 16 29 30 31 32
GND
+24 V DC
+/- 10 V zum Regelventil
8.6 Technische Daten
Versorgungsspannung
Strombedarf
Absicherung
SSI Schnittstelle
Analoger Ausgang
Gehäuse
Temperaturbereich
Lagertemperatur
Gewicht
Anschlüsse
[VDC] 24.... 30
[mA] 350
[A] 1 (mittelträge)
- RS-422 Spezifikation, 150 kBaud 22
[V] 0… 10 (10 mA max. Last)
[°C]
[°C]
Snap-on Module nach EN 50022
Polyamide PA 6.6
Brennbarkeitsklasse V0 (UL94)
-
20… 60
20… 70
[kg] 0,250 (inkl. dem Basismodul)
2 x 4pol. Anschlussblöcke
ACHTUNG: Bei der Versorgungsspannung und der Stromaufnahme sind die technischen Daten des Sensors zu berücksichtigen.
22 Die relativ geringe Baudrate wurde zugunsten einer hohen Übertragungssicherheit und einer hohen elektrischen Sicherheit gewählt. Die Zykluszeit von 1 ms für den Positionsregler wird dadurch nicht beeinträchtigt.
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8.7 Parameter
8.7.1 Parameterübersicht
Kommando Werkseinstellung Einheit Beschreibung
SSI -
0 -
Umschaltung des Sensoreingangs
100 mm
GRAY -
Arbeitslänge des Sensors
0 µm
24 -
Positionsoffset
+ -
Sensorpolarität
100 10 nm
Auflösung des Sensors
Anzahl der übertragenen Bits
Übertragungskodierung
Position des Fehlerbits
8.8 Parameter der SSI Schnittstelle
8.8.1 SELECT:X (Sensor Typ definieren)
Kommando Parameter Einheit Gruppe
SELECT:X x x= ANA|SSI
STD
Über dieses Kommando kann der entsprechende Sensortyp (falls verschiedene Sensoren am Modul anschließbar sind) aktiviert werden.
ANA: Die analoge Sensorschnittstelle (0… 10 V oder 4… 20 mA) ist aktiv.
SSI: Die SSI Sensorschnittstelle ist aktiv. Der SSI Sensor wird über die SSI Kommandos an die Schnittstelle angepasst. Die entsprechenden Sensordaten müssen zur Verfügung stehen.
8.8.2 SSI:RANGE (Nennlänge des Sensors)
Kommando
SSI:RANGE x
Parameter x= 1… 10000
Einheit mm
Über diesen Parameter wird der Arbeitsbereich des Sensors definiert.
Die entsprechenden Daten entnehmen Sie dem Datenblatt des Sensors.
Gruppe
SSI
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8.8.3 SSI:OFFSET (Sensoroffset)
Kommando Parameter
SSI:OFFSET x x= +/- 10000000
Einheit
µm
Gruppe
SSI
Über diesen Parameter wird ein Sensoroffset definiert. Da der Nullpunkt des Sensors von der Einbaulage abhängig ist, kann ein Positionsfehler hier korrigiert werden.
8.8.4 SSI:POL (Richtung des Signals)
Kommando
SSI:POL x
Parameter x= +|-
Einheit
-
Gruppe
SSI
Um die Arbeitsrichtung des Sensors umzukehren, kann über dieses Kommando die Polarität geändert werden.
8.8.5 SSI:RES (Signalauflösung)
Kommando
SSI:RES x
Parameter x= 100… 10000
Einheit
0,01 µm
Gruppe
SSI
Über diesen Parameter wird die Signalauflösung 23 des Sensors definiert. Die Dateneingabe erfolgt mit der Auflösung von 10 nm (Nanometer oder 0,01 µm). Das heißt, hat der Sensor 1 µm Auflösung, so muss der Wert 100 vorgegeben werden. Hierdurch ist es möglich, auch rotatorische Sensoren zu skalieren.
Die entsprechenden Daten entnehmen Sie dem Datenblatt des Sensors.
8.8.6 SSI:BITS (Anzahl der Datenbits)
Kommando Parameter Einheit
SSI:BITS x x= 8… 31 bit
Über diesen Parameter wird die Anzahl der Datenbits eingegeben.
Die entsprechenden Daten entnehmen Sie dem Datenblatt des Sensors.
Gruppe
SSI
23 Die interne Signalauflösung des Moduls beträgt 1 µm. Es sollten keine Sensoren mit einer höheren Signalauflösung (ohne
Rücksprache mit dem Hersteller) eingesetzt werden.
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8.8.7 SSI:CODE (Signalkodierung)
Kommando
SSI:CODE x
Parameter x= GRAY|BIN
Einheit
-
Über diesen Parameter wird die Datencodierung eingegeben.
Das entsprechende Format entnehmen Sie dem Datenblatt des Sensors.
Gruppe
SSI
8.8.8 SSI:ERRBIT ( Position des „out of range“ Bit)
Kommando Parameter
SSI:ERRBIT x x= 0… 31
Einheit bit
Gruppe
SSI
Über diesen Parameter wird die Position des Fehlerbits definiert.
Die entsprechenden Daten entnehmen Sie dem Datenblatt des Sensors.
Ist kein Fehlerbit im Datenprotokoll des Sensors angegeben, so muss ERRBIT auf null gesetzt werden
(Fehlererkennung ist deaktiviert).
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9 Notizen
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Wichtige Funktionen
- Steuerung von hydr. Positionierantrieben
- Integrierte Profilgenerierung
- Weg-abhängiges Bremsen
- NC Regelmodus
- Einfache Skalierung der Sensoren
- PT1 Regler
- Driftkompensation
- Feinpositionierung