Thema:
- Ich benötige für meinen Motor eine Steuerung, aber bin nicht sicher anhand welcher Kriterien ich die korrekte Auswahl treffen kann?
Lösung:
maxon bietet im Wesentlichen drei unterschiedliche Produktlinien an Motorsteuerungen:
-
EPOS4
Positions-, Drehzahl-, Strom-/Drehmoment-Regelung
kommandiert über Bus (CANopen®, EtherCAT®, USB, RS232)
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ESCON2
Drehzahl-, Strom-/Drehmoment-Regelung
kommandiert über I/O Signale oder Bus (CANopen®, USB, SCI)
- ESCON
Drehzahl-, Strom-/Drehmoment-Regelung
ausschliesslich über I/O Signale kommandierbar
Kriterien bei der Auswahl der Produktlinie: EPOS4, ESCON2 oder ESCON?
Es gibt zwei Hauptfragen, die zuerst beantwortet werden müssen um die geeignete Produktlinie an Motorsteuerungen für eine Anwendung zu bestimmen:
1.) Betriebsart?
Positionsregelung => EPOS4 zwingend!
Falls die Abgangswelle des Motors oder Getriebes bzw. die Last zu einer definierten Position bewegt und gehalten werden muss, ist ein Positionsregler notwendig. Die EPOS4 ist in diesem Fall die geeignete Produktlinie.
- Die EPOS4 kann als Positions-, Drehzahl- oder Strom/Drehmoment-Regler betrieben werden.
- Für die Positions- oder Drehzahlregelung wird zwingend ein Gebersystem (z.B. Hallsensoren, Encoder) auf der Motorwelle benötigt!
Anmerkungen:- Nur die "Strom-/Drehmomentregelung" ist bei einem bürstenbehafteten DC-Motor ohne einen ein Gebersystem (= Sensor) möglich.
- Im Falle eines BLDC (= bürstenlosen) Motors, wird immer ein Gebersystem (= Sensor) benötigt - unabhängig von der gewählten Betriebsart. Das Gebersystem ist durch für die Erfassung der Rotorlage zur Wicklungskommutierung (= -umschaltung) notwendig.
- Die ESCON und ESCON2 können nur als Drehzahl- und/oder Strom-/Drehmoment-Regler betrieben werden. Eine Positionsregelung ist nicht(!) möglich und es steht auch kein(!) "Positionswert" zur Verfügung.
2.) Wicklungskommutierung von bürstenlosen Motoren
„Block-Kommutierung“ führt zu einer Drehmomentwelligkeit von 14 % innerhalb jedes Kommutierungszyklus. FOC (= Sinus-Kommutierung) hat theoretisch keine solche Drehmomentwelligkeit (und in der Praxis eine sehr geringe). Bei Anwendungen, die einen sanften Motorbetrieb mit geringerer Drehmomentwelligkeit erfordern, wird empfohlen, einen Controller und einen Sensor zu wählen, mit dem FOC (= Sinus-Kommutierung) verwendet werden kann. Zusätzlich wird empfohlen, einen eisenlosen Motor (d. h. keinen EC-i oder EC-flat) zu wählen, um auch kein Motor-Rastmoment zu haben.
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EPOS4:
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Block-Kommutierung
bei Verwendung eines bürstenlosen Motors nur mit Hallsensoren -
FOC (= Sinus-Kommutierung)
bei Verwendung eines bürstenlosen Motors nur mit Hallsensoren + Incremental-Encoder oder von einem SSI Absolut-Encoders
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Block-Kommutierung
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ESCON2:
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Immer FOC (= Sinus-Kommutierung)
unabhängig von dem gewählten Sensor. FOC ist ebenfalls aktiv falls nur Hallsensoren vorhanden sind.
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Immer FOC (= Sinus-Kommutierung)
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ESCON:
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Immer Block-Kommutierung
unabhängig vom gewählten Sensor.
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Immer Block-Kommutierung
3.) Befehlsschnittstelle?
Datenaustausch via Bus => EPOS4 oder ESCON2 zwingend!
Falls das übergeordnete System die Motorsteuerung über eine Bus-Schnittstelle kommandieren soll, kann die EPOS4 oder ESCON2 gewählt werden in Abhängigkeit von dem benötigten Bus-Interface und Betriebsart (wie weiter oben in Punkt 1. erläutert).
Anmerkungen:
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EPOS4 und ESCON2:
- Der Datenaustausch mit der EPOS4 und ESCON2 basieren auf dem standardisierten Protokollen CiA301® "Application layer and communication profile" und CiA402® "CANopen device profile for drives and motion control".
- Der Datenaustausch mit der EPOS4 und ESCON2 basieren auf dem standardisierten Protokollen CiA301® "Application layer and communication profile" und CiA402® "CANopen device profile for drives and motion control".
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EPOS4:
- Mit der EPOS4 kann der Datenaustausch und die Kommandierung über die USB, RS232, CANopen® oder optional EtherCAT® Schnittstelle erfolgen.
- Für die Drehzahl- oder "Strom-/Drehmomentregelung" kann die Sollwert-Vorgabe optional über einen analogen Eingang und das "Enable" über einen digitalen Eingang erfolgen. Es stehen jedoch keine Funktionen zur Ausgabe von Rückgabeinformationen (wie Drehzahl, Strom, Status, ...) über analoge Ausgänge zur Verfügung. Diese IST-Informationen müssen über das Bus-System abgefragt werden.
- Die Konfiguration, das Regler-Tuning, und die initiale Inbetriebnahme und Test der EPOS4 muss mit maxon's kostenfreier PC-Software "EPOS Studio" erfolgen.
- Für die Kommandierung der EPOS4 von Windows- und Linux-Systemen (z.B. PC. Raspberry Pi) via USB, RS232 oder CAN stehen Software Libraries zur Verfügung.
- Für die Einbindung der EPOS4 in übergeordnete EtherCAT-Systemumgebungen und die System-Manager Tools gebräuchlicher SPS (z.B. Beckhoff's TwinCAT + NC Library) stehen umfangreiche Dokumentationen zur Verfügung.
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ESCON2:
- Die ESCON2 kann vollständig über analoge und digitale Ein-/Ausgänge und zugewiesene Funktionen kommandiert werden oder die Kommandierung und der Datenaustausch erfolgt über CANopen®, USB, or SCI.
- Die Konfiguration, das Regler-Tuning, und die initiale Inbetriebnahme und Test der ESCON2 muss mit maxon's kostenfreier PC-Software "Motion Studio" erfolgen.
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ESCON:
- Die ESCON kann ausschliesslich(!) über analoge und digitale Ein-/Ausgänge und zugewiesene Funktionen kommandiert werden.
- ESCON's USB Schnittstelle steht ausschliesslich maxon's "ESCON Studio" oder "Motion Studio" für die Erstinbetriebnahme zur Konfiguration, Regler-Tuning und Test zur Verfügung.
- Es gibt keine(!) Protokoll-Spezifikation und auch keine(!) Software-Libraries und Möglichkeit zum Datenaustausch mit der ESCON über USB. Die USB-Schnittstelle der ESCON's kann nicht von der Software oder Tools von Drittanbietern oder Anwendungsprogrammen eines übergeordneten Systems genutzt werden.
4.) Feedback-Geber Schnittstellen
Betriebsarten und Steuerungsaspekte, die für die Sensor-Anforderungen relevant sind:
- Die "Drehzahlregelung" (der EPOS4, ESCON2) oder die "Positionsregelung" (der EPOS4) erfordert zwingend Sensoren als sogenannte Feedback-Geber.
- Im Falle einer Drehzahlregelung von nur wenigen 100 U/Min oder einer Positionsregelung wird die Verwendung von Encodern mit einer Auflösung von mindestens 500 cpt. empfohlen.
-> "Welche Encoderauflösung sollte gewählt werden?" - Im Falle eines Encoders und insbesondere bei einer Positionsregelung wird die Wahl eines Encoder-Typs mit differentiellen Signale (teilweise auch als RS422 oder "mit Line Driver" bezeichnet) dringend empfohlen.
- Im Falle einer Drehzahlregelung von nur wenigen 100 U/Min oder einer Positionsregelung wird die Verwendung von Encodern mit einer Auflösung von mindestens 500 cpt. empfohlen.
- Die "Strom-/Drehmoment-Regelung" eines bürstenbehafteten(!) Motors ist im Falle einer EPOS4, ESCON2 oder ESCON auch ohne einen Sensor möglich.
- Nur das "ESCON Module 50/4 EC-S" (Art.Nr. 446925) kann bürstenlose Motoren ohne Sensoren betreiben. Die Eignung der "ESCON 50/4 EC-S" für hängt aber stark vom spezifischen Anwendungsfall und dem benötigten Motorarbeitspunkt ab:
-> "ESCON EC-S: Anwendungen und Einschränkungen einer sensorlosen Regelung"
- Nur das "ESCON Module 50/4 EC-S" (Art.Nr. 446925) kann bürstenlose Motoren ohne Sensoren betreiben. Die Eignung der "ESCON 50/4 EC-S" für hängt aber stark vom spezifischen Anwendungsfall und dem benötigten Motorarbeitspunkt ab:
Übersicht der erforderlichen Sensoren in Abhängigkeit des gewählten Steuerungstyps:
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EPOS4: Erforderliche (alternative) Sensoren
- Hallsensoren
- Incremental-Encoder
Für den Betrieb eines bürstenlosen Motors werden zusätzlich Hallsensoren benötigt. - SSI Absolut-Encoder
Bei einer maxon Motorkombination mit SSI Encoder kann auf den Anschluss von Hallsensoren verzichtet werden, da der Encoder im Werk in einer definierten Rotorlage montiert wird. - Ausnahme:
Bei der "Strom-/Drehmoment-Regelung" eines bürstenbehafteten Motors werden keine Sensoren benötigt.
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ESCON2: Erforderliche (alternative) Sensoren
- Hallsensoren
- Incremental-Encoder
Für den Betrieb eines bürstenlosen Motors werden zusätzlich Hallsensoren benötigt. - Ausnahme:
Bei der "Strom-/Drehmoment-Regelung" eines bürstenbehafteten Motors werden keine Sensoren benötigt.
-
ESCON: Erforderliche (alternative) Sensoren
- Hallsensoren
- Incremental-Encoder
Für den Betrieb eines bürstenlosen Motors werden zusätzlich Hallsensoren benötigt. - DC-Tacho
- Ausnahmen:
Für die "Open Loop Drehzahlregelung" eines bürstenbehafteten Motors werden keine Sensoren benötigt.
Bei dem "ESCON Module 50/4 EC-S" werden keine Sensoren benötigt.
5.) Weitere Kriterien für die konkrete Auswahl einer Leistungsvariante innerhalb einer Steuerungsfamilie:
Nachdem die Produktfamilie (EPOS4, ESCON2, ESCON) ausgewählt wurde, kann der konkrete Produkttyp ausgewählt werden. Diese Auswahl muss auf Basis der eingesetzten Motorkombination, den erforderlichen Arbeitspunkten (Drehzahl-/Drehmoment-Bereich) und spezifischen System- und Installationsanforderungen erfolgen, z.B. ...
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Notwendige Versorgungsspannung um die Drehzahlanforderungen der Anwendung erfüllen zu können.
siehe hier: "Welche Versorgungsspannung ist bei einer Steuerung erforderlich?" - Notwendiger Motorstrom (bzw. Ausgangsstrom der Leistungsendstufe der Steuerung) um die Drehmomentanforderungen der Anwendung erfüllen zu können.
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Eingesetzter Encoder
Überprüfen Sie, dass der Encoder-Typ der Motorkombination mit dem Encoder- oder Sensor-Eingang der Steuerung kompatibel ist. - Bevorzugte Bauart, d.h. Module, Compact oder im Gehäuse
Zusammenfassung
Hauptunterscheidungsmerkmale der EPOS4, ESCON2 und ESCON Steuerungsbaureihen:
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EPOS4
- Verschiedene Bus-Schnittstellen: USB, RS232, CANopen®, optional EtherCAT®
- Positions-, Drehzahl-, Strom-/Drehmoment-Regelung
- FOC (= Sinus-Kommutierung) bei bürstenlosen Motoren mit Encoder
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maxon's "EPOS Studio" Software für die Erstinebtriebnahme
z.B. Motor, Sensor, I/O Konfiguration und automatisches Regler-Tuning, Test, Datenaufzeichnung - Eine Übergeordnete Steuerung (z.B. SPS, PC, Raspberry Pi) muss die EPOS4 via Bus kommandieren.
- Die EPOS4 ist ein sogenannter "Motion control slave" basierend auf CiA402® (= "CANopen device profile for drives and motion control").
Unterstütze Betriebsarten PPM, PVM, HM, CSP, CSV, CST - Die Kommandierung über analoge Signale ist nur für "Drehzahl-" oder "Strom-Regler" Anwendungen möglich:
-> EPOS4 / IDX: Kommandierung mit analogem Sollwert
Einschränkung: Die Positionsregelung kann ausschliesslich über die Bus-Schnittstelle kommandiert werden. - Umfangreiche Dokumentation des EPOS4's "Object Dictionary" und der Reglerstrukturen
- Software Libraries für Windows- und Linux-Systeme (z.B. PC, Raspberry Pi)
- Ergänzende Anmerkungen:
Ein Feedback-Geber ist für die Drehzahl- und Positionsregelung zwingend notwendig. Bei einer Drehzahlregelung kleiner weniger 100 U/Min oder Positionsregelung wird ein Encoder (mit mindestens 500 cpt.) empfohlen, der steif auf der Motorwelle montiert ist.
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ESCON2
- Verschiedene Bus-Schnittstellen: CANopen®, USB, SCI
-
Nur Drehzahl- und Strom-/Drehmoment-Regelung
Keine Positionsregelung und kein Positions-Feedback -
Immer(!) FOC (= Sinus-Kommutierung) bei bürstenlosen Motoren
unabhängig davon ob ein Encoder oder nur Hallsensoren vorhanden sind -
maxon's "Motion Studio" Software für die Erstinbetriebnahme
z.B. Motor, Sensor, I/O Konfiguration und automatisches Regler-Tuning, Test, Datenaufzeichnung -
Kommandierung über analoge (z.B. +/-10V) und / oder digitale I/O Signale
Vordefinierte Funktionen können den Ein-/Ausgängen zugeordnet werden - Kommandierung über Bus (CANopen®, USB, SCI)
- Die ESCON2 ist ein sogenannter "Motion control slave" basierend auf CiA402® (= "CANopen device profile for drives and motion control").
Unterstützte Betriebsarten: PVM, CSV, CST, IOVM, IOCM -
Umfangreiche Dokumentation des ESCON2 "Object Dictionary" und der Reglerstrukturen
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ESCON
- Nur Drehzahl- und Strom-/Drehmoment-Regelung
- Nur Block-Kommutierung (d.h. kein FOC bürstenloser Motoren)
-
maxon's "ESCON Studio" oder "Motion Studio" Software für die Erstinbetriebnahme
z.B. Motor, Sensor, I/O Konfiguration und automatisches Regler-Tuning, Test, Datenaufzeichnung -
Ausschliesslich Kommandierung über analoge (z.B. +/-10V) und / oder digitale I/O Signale
Vordefinierte Funktionen können den Ein-/Ausgängen zugeordnet werden -
Einschränkungen:
Keine(!) Kommandierung über USB, keine(!) Software-Libraries, keine(!) USB Protokoll-Spezifikation.
Keine(!) Dokumentation der internen Regler-Strukturen und Regler-Algorithmen.
- Nur Drehzahl- und Strom-/Drehmoment-Regelung
Allgemeine Anmerkungen und Querverweise:
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- Eine detailliertere Übersicht der spezifizierten Daten der Steuerungsvarianten findet sich im maxon Katalog im Abschnitt "Motor & Motion Control":
-> http://epaper.maxongroup.de
- Eine detailliertere Übersicht der spezifizierten Daten der Steuerungsvarianten findet sich im maxon Katalog im Abschnitt "Motor & Motion Control":
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- Zu den einzelnen Steuerungsvarianten und das Feature Chart der Baureihen können Sie über die folgenden Links gelangen
-> http://escon.maxongroup.de (beinhaltet ESCON2 und ESCON)
-> http://epos.maxongroup.de
Kontaktpunkte um persönliche Beratung von maxon Ingenieuren zu erhalten:
- Falls Sie eine persönliche Beratung via Telefon oder vor Ort für die Produktauswahl und Anwendungsdiskussion gewünscht wird gewünscht wird, kontaktieren Sie bitte eines der lokalen maxon Büros (-> Klicken Sie auf "Global" im Abschnitt "Ein weltweites Netzwerk").
- Gerne können Sie auch eine Anfrage über das Support Center Webformular erfassen um Ihre technischen Anforderungen und die Steuerungsauswahl zu diskutieren oder überprüfen zu lassen.
Bitte beachten Sie auch die Trainings-Videos zur Produktauswahl, die hier zur Verfügung stehen:
-> Support Center Tutorials
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