EPOS4: Hall sensor error (0x7388)?

Thema:

• Was kann der Auslöser für die EPOS4 Fehlermeldung "Hall sensor error" (0x7388) sein?
• Was sollte im Falle der Fehlermeldung 0x7388 überprüft werden?

Lösung:

Die "EPOS4 Firmware Specification" nennt die folgenden möglichen Fehlerursachen im Falle des "Hall sensor error" (-> Fehlercode 0x7388):

Voraussetzung für jede Fehlerbeurteilung:

Für die Bewertung von Fehlerzuständen vom Motor und insbesondere dessen Sensorik (z.B. Hall-Sensoren oder Encoder), ist es zwingend, dass tatsächlich ein Motor und dessen Sensorik angeschlossen sind! 

Wenn kein Motor oder Sensor angeschlossen ist, können je nach Konfiguration der EPOS sofort beim Einschalten Fehlermeldungen auftreten. Falls zum Beispiel ein EC-Motor konfiguriert ist, aber keine Hall-Sensoren angeschlossen sind, meldet die Steuerung einen "Hall-Sensor-Fehler". Es ist der EPOS nicht möglich zu erkennen, ob die Hall-Sensoren oder deren Verdrahtung defekt ist oder ob noch gar kein Motor angeschlossen ist. Es wird für den Betrieb vorausgesetzt, dass ein Motor und dessen Sensorik angeschlossen ist. Die Fehlermeldungen basieren ebenfalls auf dieser Annahme.

Vergewissern Sie sich, dass ein Motor und Sensoren angeschlossen sind, bevor Sie bei einem Sensorfehler nach einer der anderen möglichen Ursachen suchen.

Die häufigsten Ursachen:

Im Falle des "Hall sensor error" (0x7388) liegt in den meisten Fällen fast immer ein Defekt eines oder mehrerer Hallsensoren im Motor vor.

Weitere typische Fehlerursachen sind Wackelkontakte oder beschädigte Litzen im Hallsensor-Kabel oder auch schlechte Crimp-Verbindungen oder Schraubkontakte am Stecker. Bei einem Wackelkontakten tritt die Fehlermeldung häufig nur sporadisch bei Bewegung des Kabels oder bei Vibrationen auf. 

Sofern der Fehler nur sporadisch im Betrieb und insbesondere bei schnellen Beschleunigungs- oder Abbremsvorgängen oder hohen Motorströmen (= hohe Motorlast) auftritt, kann auch eine Störeinstrahlung auf den Hallsensorkabeln durch die Motorleitung, sogenannte EMI (= Electromagnetic interference), die Ursache sein.

Fast nie ist die EPOS4 die Fehlerursache. Die EPOS4 meldet nur das Problem. Defekte an den Hallsensor-Eingängen der EPOS4 oder auch eine Software-Fehlfunktion können in der Praxis fast immer ausgeschlossen werden. 

Aufgrund der genannten häufigsten Fehlerursachen sollte immer zuerst die korrekte Funktion der Hallsensoren und der Verdrahtung überprüft werden.

Bei vermuteten Problemen mit Störeinstrahlungen sind unbedingt die generellen Verdrahtungshinweise zu beachten und Motor-Phasenleitungen (d.h. die Wicklungsanschlüsse) klar von den Hallsensor-Leitungen getrennt zu führen. 

Allgemeine Empfehlungen zur Verdrahtung:

Verwenden Sie insbesondere bei leistungsstarken Motoren oder Kabelverlängerungen kein(!) gemeinsames Kabel für die Motorwicklungen und die Hallsensorik. 

• Stellen Sie sicher, dass die Hallsensorleitungen (inkl. 5V und GND) in einem eigenen Kabel getrennt von den Motorphasenleitungen verlegt werden, um jegliches Risiko von Signalstörungen zu vermeiden.
• Die drei Phasendrähte der Motorwicklung sollten in ein gemeinsames geschirmtes Kabel "gepackt" werden. Der Kabelschirm muss über einen grossflächigen Kontakt mit der Erde verbunden sein.
• Weitere Empfehlungen zur allgemeinen Verdrahtung finden Sie in diesem Support-Center-Dokument:
  -> Massnahmen beim Einsatz langer Kabel

Mögliche Test um die Hallsensoren und EPOS4 zu überprüfen

Die Signale der Hallsensoren können überprüft werden, indem man die Endstufe in den Zustand "Disable" schaltet (oder nur die Stromversorgung über X2 der EPOS4, aber nicht über X1 angeschlossen wird) und die Motorwelle sehr langsam von Hand gedreht wird. Diese Testmöglichkeit besteht bei Motorkombinationen mit mehrstufigen bzw. hochübersetzten Getrieben aufgrund der Getriebeselbsthemmung leider nicht. 

Falls die Motorwelle manuell bewegt werden kann, gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten, wie die Hallsensorsignale und die Signalverarbeitung durch die EPOS4 überprüft werden können.

1.) Tests mit einem Oszilloskop

• Es wird ein Oszilloskop mit mindestens 3 Kanälen benötigt.
• Die Oszilloskop-Tastköpfe müssen zwischen jedem Hallsensor-Ausgang des Motors (bzw. am Kabelende) und dem gemeinsamen GND angeschlossen werden.
• Die Motor- oder Getriebewelle muss sehr langsam von Hand gedreht werden. Es sollte hierbei die Signalabfolge (wie im maxon Katalog angegeben) beobachtet werden können:
  
• Anmerkungen:
  • Falls ein EC-Motor mit mehreren Polpaaren (z.B. "EC-flat", "EC-i", "EC-4pole") verwendet wird, wiederholt sich die gezeigte Signalabfolge entsprechend der Polpaarzahl mehrfach innerhalb einer mechanischen Umdrehung der Motorwelle.
    Beispiel:
    Im Falle eines "EC-i 52" mit 8 Polpaaren tritt die Signalabfolge achtmal innerhalb einer mechanischen Umdrehung der Motorwelle auf.
  • Falls ein Getriebe vorhanden ist, muss die Getriebeübersetzung ebenfalls berücksichtigt werden um die Anzahl an Signalabfolgen zu bestimmen, die einer Umdrehung der Getriebewelle entsprechen.
    Beispiel:
    "EC-i 52" mit 8 Polpaaren und einem 12:1 Getriebe
    => Die Signalabfolge wiederholt sich 96-mal pro mechanischer Umdrehung der Getriebewelle.
• Typischerweise wird bei der 5V Hallsensor-Versorgung durch die EPOS4 eine Signalspannung im Bereich von 4.5 ... 5V gemessen.
  • Jede Pulsspannung grösser als 2.0V ist ausreichend und wird von der EPOS4 als "High"-Signalpegel ausgewertet. 
• Führen Sie (falls möglich) die Oszilloskop-Messungen sowohl direkt an den motorseitigen Hallsensor-Ausgängen wie auch am EPOS4-seitigen Hallsensor-Anschluss durch. Auf diese Weise kann überprüft werden, ob effektiv ein Problem bei den Hallsensoren im Motor oder ein Problem im Kabel oder der Steckerverbindung vorhanden ist.
  
  
• Analyse:
  • Falls ein (oder mehrere) Hallsensoren permanent eine Signalspannung von 0V oder permanent grösser als 2V aufweisen während die Motorwelle gedreht wird, sind die entsprechenden Hallsensoren defekt. Im Falle von permanent 0V könnte ebenfalls ein Kabelbruch oder schlechter Steckerkontakt vorhanden sein.
  • Falls die Signale und Signalabfolge(!) auf der Motorseite korrekt vorhanden sind, kann davon ausgegangen werden, dass die Hallsensoren korrekt funktionieren. 
  • Falls die Hallsensorsignale nur am EPOS4-seitigen Kabelende nicht mehr korrekt vorhanden sind, muss ein Kabeldefekt in Betracht gezogen werden.
  • Falls die Signale und Pegelwechsel bei jedem Hallsensor-Anschluss am Kabelende vorhanden sind, aber die Signalabfolge nicht korrekt ist, wurden wahrscheinlich die Hallsensor-Signalleitungen am Stecker untereinander vertauscht.
  • Falls die Hallsensor-Signale und Signalabfolge beim Kabelende am Anschluss der EPOS4 korrekt sind, kann ein Defekt der EPOS4 Hallsensor-Eingänge vorliegen oder auch eine durch Störeinstrahlung bedingte Fehlermeldung falls diese nur sporadisch beim Motorbetrieb auftritt.

2.) Tests mit EPOS Studio's "Data Recorder"

Falls die Hallsensor-Signale und auch Verdrahtung basierend auf den OszilIoskop-Messungen in Ordnung sind kann die Signalauswertung auf Seite der EPOS4 mit dem EPOS Studio "Data Recorder" überprüft werden um eine weitere Aussage zu gewinnen, ob ein Defekt der EPOS4 Signaleingänge vorliegt.

• Um die Hallsensor-Signale zu überprüfen, sollten die folgenden Kanäle des EPOS Studio "Data Recorder" konfiguriert werden:
  ​
  Anmerkung:
  In Abhängigkeit wie schnell die Motorwelle gedreht wird, muss die "Sampling Time" angepasst werden um alle Hallsensor-Signalwechsel zuverlässig aufzuzeichnen. 
  
  
• Die Leistungsendstufe in den Zustand "Disable" setzen und die Motor- oder Getriebewelle langsam von Hand drehen. Die aufgezeichneten "Digital hall sensor pattern" Werte müssen zwischen 1 ... 6 variieren. Jeder andere Wert (z.B. 0 oder 7) bedeutet, dass eine Fehlfunktion der Hallsensorsignale vorhanden ist.
  
  
• Mit einem Rechtsklick in die gestoppte Grafik kann ein Cursor eingeblendet werden um den Datenwert jeder Zustandswechsels einfach auslesen zu können. Die Abfolge der "Digital hall sensor pattern" Werte muss dabei wiederholend wie folgt sein (bzw. in umgekehrter Reihenfolge in Abhängigkeit von der Drehrichtung):
  5 -> 1 -> 3 -> 2 -> 6 -> 4 -> 5 -> 1 -> 3 -> 2 -> 6 -> 4 -> ....
  Der "Position actual value" wird sich ebenfalls entsprechend der Drehrichtung verändern.
  
  
• Der nachfolgende Screenshot zeigt eine EPOS Studio "Data Recorder"-Aufzeichnung eines EC-Motors (mit einem Polpaar) und Nutzung der Hallsensor-Signale ebenfalls für die Positionsdatenerfassung (d.h. ohne Encoder):
  
  Anmerkungen:
  • Im Anhang findet sich die Aufzeichnungsdatei "Sample-Hallsensor-Recording.csv". Diese Datei kann in den EPOS Studio "Data Recorder" geladen werden. Anhand der enthaltenen Grafikdaten kann mit dem Cursor überprüft werden, wie die Signalabfolge der "Digital hall sensor pattern" Werte aussehen sollte. Die unterschiedliche Periodenlänge der Zustände ist durch die nicht gleichmässige manuelle Bewegung der Motorwelle bedingt und nicht relevant.

  • Falls ein Mehrpol-Motor oder Getriebe verwendet wird, tritt die Datenabfolge mehrfach pro Umdrehung der Motorwelle auf. Die Welle muss deshalb sehr langsam gedreht werden um alle Signalzustände einer Abfolge zu erfassen. 
    
    

• Analyse:
  Wenn die Datenwerte des "Digital hall sensor pattern" oder deren Abfolge nicht korrekt ist, kann ein Defekt von einem oder mehreren Hallsensoren, ein Verdrahtungsfehler oder in sehr seltenen Fällen auch ein Defekt der EPOS4 Hallsensoreingänge oder 5V-Versorgung nicht ausgeschlossen werden.
  • Falls sporadisch ein "Digital hall sensor pattern" Wert von 0 oder 7 auftritt, funktioniert sehr wahrscheinlich ein Hallsensor nicht oder es liegt eventuell ein Defekt einer Hallsensor-Kabellitze vor.
  • Falls permanent ein "Digital hall sensor pattern" Wert von 0 oder 7 auftritt, liegt meist ein Defekt aller Hallsensoren vor oder die Stromversorgung (5V, GND) der Hallsensoren (-> Verdrahtung) ist nicht in Ordnung. 
  • Falls alle Hallsensor-Signale korrekt vorhanden sind und sich bei Drehung der Motorwelle ändern, aber die Werte-Abfolge des "Digital hall sensor pattern" nicht korrekt ist, wurden wahrscheinlich die Anschlusspins der Hallsensor-Signale (H1, H2, H3) untereinander vertauscht. In diesem Fall sollte die Pin-Belegung und Zuordnung der Litzen nochmals genau überprüft werden.

Zusammenfassung und weitere Schritte

Im Falle des "Hallsensor Errors" (0x7388) wird dieser fast immer durch beschädigte Hallsensoren verursacht. Es wäre auch möglich, dass ein EPOS4 Hallsensor-Eingang beschädigt ist, aber das ist bis heute bei praktisch keiner untersuchten Einheit der Fall gewesen. Daher sollte die korrekte Funktion der Hallsensor-Signale des Motors immer zuerst abgeklärt werden.

• Mittels der Spannungsmessung mit einem Oszilloskop (-> 1.) sollte geklärt, ob die Hallsensoren (oder die Verdrahtung) beschädigt sind und die Fehlermeldung der EPOS4 hierdurch bedingt ist.

  • Hallsensoren können nicht repariert oder ausgetauscht werden. Dies bedeutet letztlich, dass bei einer Motorkombination (mit Getriebe und Encoder) nur der komplette Motor durch das maxon "Service and Repair Center" ersetzt werden kann aber keine einzelnen Hallsensoren.

  • Ob sich der Austausch des Motors unter Beibehaltung des Getriebes und des Encoders aus wirtschaftlicher Sicht lohnt, hängt davon ab, wie lange das Getriebe bereits im Einsatz war. Manchmal ist es schneller und effizienter, eine bereits länger im Einsatz befindliche Motorkombination direkt durch eine komplette neue Einheit zu ersetzen.

• Der Test mit dem EPOS Studio "Data Recorder" (-> 2.) kann nur klären, ob die Hallsensor-Signale vorhanden sind und korrekt von der EPOS4 ausgewertet werden können. Falls die Messung mit einem Oszilloskop (-> 1.) zuvor die korrekte Funktion der Hallsensor-Signale und Verdrahtung bestätigt hat, muss bei Auftreten des "Hall sensor error" im Disable-Zustand der Endstufe (d.h. keine Störeinstrahlung möglich) davon ausgegangen werden, dass die Hallsensoreingänge des EPOS4 beschädigt sind.
  • Defekte EPOS4 können im maxon "Service and Repair Center" repariert werden. 

• Bitte kontaktieren Sie Ihren lokalen maxon-Ansprechpartner um das weitere Vorgehen bei beschädigten Hallsensoren oder einer beschädigten EPOS4 abzuklären. Ihr lokaler Ansprechpartner stellt Ihnen eine Retouren-Nummer zur Verfügung und wickelt die Rücksendung vom lokalen maxon-Standort zum maxon "Service und Reparatur Center" ab.

Ergänzende Anmerkung:

Betrieb eines EC-Motors ohne Hallsensoren?

Die Hallsensoren werden benötigt um die Position der Motorwelle zu bestimmen, damit die Spannung für die Kommutierung der Wicklungen richtig angelegt werden kann. Die Hallsensoren werden auch dann benötigt, wenn ein Inkrementalgeber vorhanden ist, um die Motorwellenposition beim ersten Start des Motors nach dem Einschalten der EPOS4 oder einem Reset zu bestimmen. Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie in dem nachfolgend verlinkten Support Center Dokument:
-> EPOS4: Sensoren & Aufstarten der Sinus-Kommutierung

Der Betrieb eines EC-Motors ohne Hallsensoren an einer EPOS4 ist nur möglich, wenn ein SSI-Absolutwertgeber auf der Motorwelle montiert ist. Die Position der Motorwelle und korrekten Kommutierungspunkte kann anhand der absoluten Single-Turn Daten des SSI-Gebers auf Basis von dessen definierter Ausrichtung (-> Kommutierungsoffset-Wert) ohne Hallsensoren ermittelt werden.

Querverweis:

• Eine Übersicht aller EPOS4 Fehlerzustände und deren möglichen Ursachen findet sich im Kapitel "7 Error Handling" der "EPOS4 Firmware Specification".
• Eine allgemeine Information wie die Fehlercodes bei einem EtherCAT Slave (= EPOS4 EtherCAT Produktvariante) ausgelesen werden, findet sich in dem folgenden verlinkten Support Center Dokument:
  -> EPOS4 / IDX EtherCAT: In welchem Objekt finden sich die Fehlercodes?