BLDC-Motoren mit SPS-Funktionalität und CANopen-Schnittstelle

Mit dieser Ablaufsteuerung (SPS-Funktionalität) lassen sich die technischen Funktionen direkt im Antrieb verwirklichen; die bisher erforderliche SPS wird dadurch entlastet oder kann im Idealfall komplett entfallen. Die Ansteuerung kann dabei über die digitalen und analogen Ein- und Ausgänge erfolgen. Diese Funktionalitäten hat der Antriebshersteller ebm-papst in den bürstenlosen Gleichstrom-Innenläufermotoren (BLDC-Motore) der Baureihe ECI 63.xx K5 mit einem Elektronik-Modul und einer standardisierten CANopen-Schnittstelle geschaffen. Der Leistungsbereich der Motoren beträgt 180 bis 370 W; sie sind auch als Solo-Motoren oder als Getriebemotoren erhältlich.

Die Vorzüge der Technik

Von der Motorentechnik her gesehen sind die kompakten BLDC-Motoren für viele Anwendungen eine kostengünstige Alternative zu klassischen AC-Servomotoren. Im Vergleich zu AC-Normmotoren mit Frequenzumrichtern haben die bürstenlosen Gleichstrom-Motoren der Baureihe ECI 63.xx K5 einen besseren Wirkungsgrad sowie eine höhere Leistungsdichte.

Zwar werden in vielen Industrieanwendungen heute Ethernet-basierte Bussysteme anstatt Feldbusse gefordert, sobald jedoch die Anzahl der Knoten in einer Anlage steigt, ist der CANopen-Feldbus nach wie vor sehr beliebt. Der Grund ist, dass CANopen-Systeme seitens der Hardware und der Implementierung deutliche Kostenvorteile bieten. Die Leistungsfähigkeit des CANopen-Feldbus in Bezug auf Geschwindigkeit und die Datenmengen ist für viele Anwendungen absolut ausreichend.

Technische Eigenschaften

Die BLDC-Motorenbaureihe unterstützt die Kommunikations- und Bewegungsprofile nach IEC 61800-7 (DS402). Das bedeutet, dass der Antrieb in Positionier-, Drehzahl- oder Strom- beziehungsweise Momentenregelung betrieben werden kann. Auch die interpolierte Positionierung bei zyklischer Sollwertvorgabe ist implementiert. Eine Referenzierung der Antriebsposition kann sowohl über die normierten Homing-Methoden als auch über eine Sanftfahrt auf Blockade/mechanischen Anschlag durchgeführt werden.

Mit ihrer integrierten Ablaufsteuerung lassen sich die Motoren ähnlich einer SPS frei programmieren. Beispielsweise wird eine Funktion so implementiert, dass der Antrieb über die integrierten I/Os nahezu beliebig ansteuerbar ist, ohne dass Fahrbefehle über CANopen notwendig wären. Durch die integrierte SPS-Funktionalität kann der Antrieb auch als CAN-Master eingesetzt werden. Dadurch können bei weniger komplexen Anwendungen Netzwerke aufgebaut werden, die als Standalone-Applikation ohne übergeordnete SPS arbeiten. Die Möglichkeit, auf eine übergeordnete SPS zu verzichten zu können ist natürlich kostenmindernd. Die BLDC-Motoren enthalten standardmäßig ein integriertes Gebersystem, das die Stellung der Abtriebswelle auf 12 Bit auflöst. Damit wird eine hohe Positioniergenauigkeit erreicht. Auch langsame Drehzahlen und Stillstand lassen sich sauber regeln, sodass ein sehr großer Drehzahlbereich nutzbar ist.

Mit der Inbetriebnahme- und Parametriersoftware epTools lässt sich der BLDC-Antrieb von einem PC aus direkt über CANopen einfach bedienen. Im Bild die Konfiguration des Antriebs. ebm-papst

Mit der Inbetriebnahme- und Parametriersoftware ‚epTools‘ lässt sich der Antrieb von einem PC aus direkt über CANopen bedienen. Die wichtigsten Parameter werden übersichtlich im Konfigurationsfenster des Tools visualisiert. Es können beliebig weitere Parameter in der Oberfläche hinzugefügt und auf den Antrieb geladen werden. Der komplette Parametersatz kann zusätzlich auf einem PC gespeichert werden. Die Software epTools ist kostenfrei verfügbar.

Über das Status-Fenster dieser Software können die relevanten Messgrößen und Zustände der Antriebe bzw. BLDC-Motore visualisiert werden. Dadurch lassen sich die Regler optimieren und die Inbetriebnahmen vereinfachen. Im Ansteuerungs-Fenster der Software kann der Benutzer den Antrieb in unterschiedlichen Betriebsmodi betreiben und sowohl Reglerfreigabe als auch Sollwerte direkt vorgeben. Auch digitale Ein- und Ausgänge können in diesem Fenster manuell eingestellt werden. Ein anwendungsspezifisches Programm für die integrierte SPS lässt sich in einem weiteren Fenster der Software einfach kompilieren und auf den Antrieb hochladen.

(dw)