Laatste nieuws:

, 28 mei 2019 11:21

IoT voor toepassingen met actuatoren en motoren

Vaak wordt bij IoT gedacht aan sensoren en connectiviteit. Maar wat te doen met actuatoren en motoren? Als IoT-toepassing buiten een industriële omgeving leveren deze wel eens ergernissen als het gaat om de communicatie- interface, het energieverbruik en niet te vergeten het geluidsniveau. Trinamic overbrugt deze uitdagingen met slimme motion controllers en motor driver chips.

IoT voor toepassingen met actuatoren en motoren.'
IoT voor toepassingen met actuatoren en motoren.
1/1
Kleine en krachtige motoren maken toepassingen met bewegende onderdelen geschikt voor het Internet der Dingen. Denk bijvoorbeeld aan op afstand bedienbare ventilatieroosters, thermostaatknoppen en kleine bewateringspompen voor planten.

Een ongunstige locatie en ruimtebeperking kunnen ervoor zorgen dat het niet mogelijk is om een voeding aan te sluiten. In dat geval kan een accu of batterijpakket een oplossing bieden. In veel gevallen is het echter lastig om die op te laden of te vervangen. Het is dus belangrijk om energiezuinige componenten toe te passen zodat dit niet vaak hoeft te gebeuren.

Een andere belangrijke factor is het geluid van de motoren in de applicaties. In een fabriekshal valt het misschien niet op maar in een kantooromgeving, een laboratorium of in huiselijke kringen is het al snel te luid.

Slimme motoren

Borstelloze DC-motoren, oftewel BLDC-motoren zijn betrouwbaarder en hebben een langere levensduur dan de meer conventionele DC motoren. Voor een IoT-toepassing is het niet wenselijk wanneer de energietoevoer met enige regelmaat de bottleneck vormt. Het is daarom van belang om die motoren op een slimme manier aan te sturen zodat het energieverbruik omlaag kan. Bij voorkeur zonder dat er sprake hoeft te zijn van verminderde prestaties zoals een lager te leveren koppel.
Erwin Nieuwenhuizen, productspecialist van TOP-electronics legt uit hoe haar leverancier Trinamic hierop inspeelt: "De chips van Trinamic voeren kritische taken zoals regeling, bewaking en terugkoppeling van signalen intern uit. Je hoeft daarvoor alleen parameters in te stellen. Het is niet nodig om gecompliceerde software te schrijven; je kunt daardoor gebruik maken van een simpele en goedkopere processor. Een chip met geïntegreerde motion controller maakt het zelfs nog eenvoudiger om regelingen te programmeren. Dit vraagt minder rekenkracht van de processor."

CoolStep

Door gebruik van slimme algoritmes kan een applicatie efficiënter omgaan met het stroomverbruik. Volgens Nieuwenhuizen zorgt de functionaliteit CoolStep ervoor dat de chip motoren slechts op 30% van de nominale stroom aanstuurt. "Alleen als de motor meer koppel moet leveren past de chip de stroom daarop aan en kan die tot 125% opvoeren. Dit levert een interessante energiebesparing op. De verkregen informatie via de feedback van het elektromagnetische veld (back-EMF) maakt de toepassing zuiniger maar ook slimmer zonder dat daar additionele sensoren voor nodig zijn. Bijkomend voordeel is dat de warmtedissipatie drastisch afneemt en er vaak geen koellichaam nodig is. Andere functionaliteiten van Trinamic, zoals stallGuard, spreadCycle en stealthChop, maken ook gebruik van deze feedback."

StallGuard

Het is dus mogelijk om de belasting van een stappenmotor zonder sensor (encoder) te meten. De Stallguard-functionaliteit detecteert tijdig een ‘stall' om verliezen van stappen te voorkomen. "Deze feature dient als bescherming bij een blokkade van de motor, maar ook om een motor naar de start- of eindpositie te dirigeren. Het ontbreken van sensoren en eindschakelaars reduceert de kosten en complexiteit van een systeem waar hoge nauwkeurigheid gewenst is".

SpreadCycle

Voor de stappenmotor past Trinamic met SpreadCycle 256 microstepping toe. De productspecialist legt uit: "Een stappenmotor draait normaal 1,8° per stap, dus 200 stappen per omwenteling. Microstepping verdeeld iedere stap nog eens in 256 stapjes. Zodoende krijg je 51200 stappen per omwenteling. Met 0,007° per stap kun je een hogere resolutie en nauwkeurigheid leveren. Deze feature zorgt voor een mooie sinusvorm met een soepele nul-doorgang (figuur links). SpreadCycle elimineert de piek in de stroompulsvorm die back-EMF in motoren veroorzaakt. Dit reduceert trillingen en verbetert de efficiency. Dat is goed voor de motor maar ook voor het aangedreven mechanisme."

StealthChop

De meer geavanceerde variant van SpreadCycle is StealthChop. "Deze is nog stiller. Bij zeer lage omloopsnelheden geven stappenmotoren een goed hoorbaar en irritant hoog geluid. Met StealthChop reguleert de chip op basis van de back-EMF de spanningsmodulatie om stroomfluctuaties te minimaliseren. Hierdoor worden lagere geluidniveaus dan klassieke besturingen bereikt van 10 dB en meer", legt Nieuwenhuizen enthousiast uit (figuur rechts)."Dit stelt producenten in staat om volledig geluidsarme apparaten te ontwikkelen."

FOC

Field Oriented Control (FOC) is vooral populair omdat het als standaard hardware-bouwsteen beschikbaar is en het hierdoor relatief eenvoudig is om in een systeem toe te passen. Met FOC is een hoger koppel mogelijk en dit komt weer ten gunste van het energieverbruik. Het principe dateert al uit de jaren 70, maar de populariteit steeg vooral nadat chips voldoende rekenkracht hadden om het ook daadwerkelijk toe te passen. Zie hieronder:

"Doordat de stroom volledig voor het koppel beschikbaar is, zijn inderdaad kleinere motoren toe te passen", stelt de productspecialist. "Een encoder is noodzakelijk omdat bij toepassingen met FOC de positie van de rotor bekend moet zijn. Een bijkomend voordeel is dat je daardoor de precieze positie van de rotor weet. Afhankelijk van de resolutie van de encoder kan dit heel nauwkeurig zijn."

TMC8670

De uitdaging voor een communicatie-interface zit vooral in de hoeveelheid aan heen en weer gestuurde stroom van informatie. Door meer processen in een chip te verwerken is het niet nodig om veelvuldig via een zware interface met de processor te communiceren. De kleine externe informatiestroom zorgt ervoor dat een standaard en eenvoudiger interface-protocol toereikend is, zoals SPI en SD.

Volgens TOP-electronics onderscheidt de chip TMC8670 zich als servo-controller door een slimme toepassing van de FOC-informatie en de ingebouwde functionaliteit: " Chips met FOC-regelingen zijn redelijk nieuw. Dit brengt de stroom in fase met de spanning waardoor de rotor een soepele verdraaiing krijgt. De stroom is namelijk volledig voor het koppel beschikbaar. Met dit soort regelingen kun je BLDC- en stappenmotoren aansturen als een eenvoudige DC-motor. Daarnaast levert alle besturingsinformatie geconcentreerd in één SoC (System-on-Chip) hardwarecomponent verschillende voordelen: zeer snel en accuraat uitvoeren van acties, de CPU is vrijgemaakt voor tijd-kritische taken en het vermindert de complexiteit van een systeem ten gunste van de programmeur. Voor een meer typische industriële motion control toepassing is zelfs een EtherCat-interface beschikbaar."

Reacties

Er zijn nog geen reacties op dit artikel.

Hier kunt u een reactie plaatsen bij het bericht .
Uw e-mailadres zal niet op de website worden getoond.
Uw naam *
Uw E-mail *
Uw bericht *
 

Van onze partners meer (4)...

DIS Sensors

B&R Industriele Automatisering BV

Perfection in Automation  

Rotero Holland bv

Rollon Lineairtechniek BV

ab op Twitter

TwitterlogoVolg ab nu ook op Twitter!

Onze accountnaam is: @aenb

Agenda meer (2)

7 oktober 2019 - Stuttgart
Motek
10 oktober 2019 - DeFabrique, Utrecht
Dutch Fluid Power Transmission Conference

Geen nieuws meer missen?

Meldt u dan direct aan voor de gratis ab nieuwsbrief.

 

Knop nieuwsbriefMet de gratis ab nieuwsbrief wordt u wekelijks op de hoogte gehouden over het aandrijven en besturen nieuws. U ontvangt wekelijks het laatste nieuws en elke maand een themanieuwsbrief.

 

Direct aanmelden