EMC für Servomotoren mit UHU/Gecko/Rutex
Servocontroller inkl. Endstufe sind recht teuer. Typischerweise zahlt man für 3 Achsen 1500 Euro aufwärts. Eine kostengünstige Alternative sind:
Diese Module beinhalten eine komplette Motorregelung und werden wie Schrittmotoren angesteuert. Damit kann man also 3 Achsen regeln und zahlt dafür zwischen 150 und 400 Euro.
Die Takt/Richtung-Schnittstelle für Schrittmotorenendstufen ist sozusagen ein Standard. Viele Schrittmotorendstufen arbeiten mit diesen beiden Signalen. Und somit gibt es auch jede Menge Software, die Takt/Richtung produziert. Ein weiterer Vorteil: Man braucht nur 2 Signale pro Motor, die vom PC zum Controller gehen.
Diese Steuerungen eignen sich auch gut, um ein Schrittmotorsystem auf Servo umzustellen. Die Software kann genauso weitergenutzt werden, nur den Schrittmotor tauscht man durch einen Servo + Steuerung aus.
Wieviel Schritte hat nun das neue Servosystem pro Umdrehung? Dies wird festgelegt durch den verwendeten Encoder. Counts Encoder x 4 ist die Formel. Hat man also einen 500 Counts/Rev Encoder, benötigt man 2000 Steps pro Umdrehung. Theoretisch kann man mit einem 500er Encoder tatsächlich auf 2000 Steps/Rev genau positionieren. Dies liegt an den 2 um einen viertel Takt (90 Grad) phasenverschobenen Signalen. Wertet man jede Änderung dieser beiden Signale aus, so kommt man auf diese Vervierfachung der Auflösung. Der Gecko positioniert z.B. tatsächlich nur jeden 2 Eingangstakt neu, kann bei einem 500er Encoder also auf 1000 Steps/Rev genau positionieren.
Allerdings kann es hier einen Engpass geben. Wenn man nämlich die recht verbreiteten 500er Encoder nimmt, von einer maximalen Ausgabefrequenz bei EMC von 20000 Hertz ausgeht, schafft man maximal 10 Umdrehungen pro Sekunde. Das sind gerade mal 600 Umdrehungen pro Minute. Die meisten Servos arbeiten jedoch mit 2000-6000 Umdrehungen pro Minute. Encoder sollten jedoch auch eine gewisse Auflösung haben, damit die Positioniergenauigkeit gewährleistet ist. Weit unter 200 sollte man bei den meisten CNC Anwendungen nicht gehen (insofern man den Motor ohne Getriebe verwendet). Man setzt ja meist auch Schrittmotoren mit 200 Steps/Rev ein, betreibt diese dann aber auch meist zumindest im Halbschritt, was 400 Steps/Rev entspricht. Untersetzt man den Motor entsprechend, können auch Encoder mit weniger Counts sinnvoll sein. Jedoch gibt es auch hier wieder eine Grenze: Geckodrive schreibt, Encoder mit mindestens 200 Counts/Rev einzusetzen, wahrscheinlich um ein sauberes Regeln zu gewährleisten. Ob es auch mit weniger Counts/Rev klappt, hierzu gibt es noch keine Erfahrungen.
Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Schrittfrequenz-Multiplizierern. Hier stellt z.B. die Firma Geckodrive den G901 her, der maximal die Taktfrequenz verzehnfachen kann. Mit dem G340 Servoregler von Geckodrive ist das Problem auf direktere Weise gelöst - es besitzt bereits einen Frequenzmultiplizierer. Im UHU kann man auch direkt einen Schrittvervielfacher eingeben.
Ansonsten lassen sich Servosysteme und EMC recht schnell und unproblematisch in Betrieb nehmen. Zum experimentieren reichen auch kleine Servomotoren mit Encoder, die man öfters günstig über Ebay ersteigern kann (10-50 Euro). Man muss darauf achten, Encoder zu verwenden, die ein 2-phasiges TTL-Signal ausgeben. Das tun die meisten Encoder, wie z.B. die HEDS-5500er Serie von HP bzw. Agilent. Daneben gibt es jedoch auch Encoder mit RS485 Differenzialsignalen, die man nicht ohne Zusatzelektronik nutzen kann.
Zusatzinfos zu Geckos
Wichtig ist, dass die optoentkoppelten Eingänge bei Geckodrives nicht gegen Masse sondern gegen +5V arbeiten. Benötigt man die Optoentkopplung, muss man sich eine +5V Leitung aus dem Computer ziehen, z.B. vom Game-, USB-, Tastatur- oder Mausport. (Braucht man keine Optoentkopplung, legt man den Common-Pin des Eingangs einfach auf ENC+ und brückt ENC- bzw. Betriebs-Spannungsmasse des Geckos mit der Computermasse. Hierbei muss man natürlich auf sinnvolle Masseführung achten.)
Der Regler im Gecko arbeitet übrigens analog und nicht über einen Microcontroller. Einen Microcontroller sucht man vergeblich. Die Schaltung besteht nur aus ein paar digitalen Standard-IC's (Zähler, Addierer, Flip-Flops, Schmitt-Trigger-Nand-Gatter), OPV's, DA-Wandlern und einer Hand voll passiver Bauteile. Bei diesem Regler lassen sich P und D über Potis einstellen, I ist dagegen festgelegt.
Mit einem weiteren Poti kann man den maximalen Motorstrom einstellen, der bis 20 A betragen kann.
Wichtig ist, dass ein Following Error auftritt, sobald die Encoderposition 128 Schritte außerhalb des Sollwertes liegt. In diesem Fall schaltet der Gecko ab und muss durch einen Reset erneut gestartet werden. Wer sehr hoch auflösende Encoder einsetzt, könnte damit Probleme bekommen, weil dann geringe Winkelabweichungen schon zu Following Errors führen. Bei einem 500er Encoder sind es um die 90 Grad, was zu keinen Problemen führen sollte.
Gibt es eine Bezugsquelle für Geckos in Deutschland? Soweit bekannt, bisher nicht. Man kann jedoch recht unproblematisch direkt in USA bestellen. Nach etwa 5-10 Tagen sind die Teile in Deutschland. Wer es schneller haben will, kann sie auch in 2 Tagen mittels Expressversand haben. Auf den Verkaufspreis kommen noch 13.5% Zoll.
Gibt es etwas ähnliches wie Geckos in Deutschland? Mittlerweile bieten viele Servo-Controller Hersteller ihre Regelungen auch mit Clock/Direction Inputs an. Diese Möglichkeit findet man öfters nur versteckt, sie wird nicht groß beworben. Allerdings scheint es derzeit in Deutschland nichts zu diesem Preis zu geben. Hier muss man mindestens doppelt bis dreimal soviel hinlegen.
Gibt es weltweit eine Alternative zu Geckos? Ja, die Firma Rutex produziert ganz ähnliche Module. Hat jemand Erfahrungen im Zusammenhang mit EMC? -> Rutex ist ja auch Standard-Takt-Richtungsansteuerung und für EMC damit kein Problem. Und grundsätzlich funktionieren die Rutex wohl ausgezeichnet, was man so im Netz liest. Großer Unterschied: Rutex basiert auf Mikrocontrollersteuerung, die Geckos hingegen auf Standard-Digital-Analogelektronik ohne Prozessor/Software.
****************** Erfahrungen mit Gecko-Drive G320X ********************************* Die Störfestigkeit von Gecko-Drive G320X ist sehr schlecht. Im Leerlauf funktioniert das Drive noch gut, wenn der Motor aber höheren Strom zieht kommt es zu Problemen. Man kann einen aufwendigen Filter bauen um das zu beheben. http://www.nicolas.benezan.de/CncFraese/GeckoFilter/GeckoFilter.htm Wenn man es schafft den Spam-Filter von Gecko zu durchbrechen antwortet der Sevice sehr schnell. Garantie ist 1 Jahr. Für Reklamationen gibt es ein spezielles Formular für Servo-Drives. Leider kam dann ein Stepp-Drive G201X zurück anstelle des G320X Servo-Drives.
- Kann ich so nicht bestätigen, arbeite seit 7 Jahren mit Geckodrives und hatte noch nie Probleme mit Störungen. Wobei man grundsätzlich bei Leistungselektronik ein wenig Know-How braucht, um hohe elektromagnetische Felder und Störungen im Aufbau der Gesamtanlage zu berücksichtigen. Druckerkabel sollten nicht zu lang sein, manche parallele Schnittstelle macht auch gerne mal Ärger. Viele nutzen eh ein Breakout-Board, was Signale aufbereitet.
Es gibt auch CNC Drives aus Ungarn. Gemäß dieser Review schneiden die Whale drives gut ab. Ich habe ein Satz Uservo's gekauft. Der Service war tadellos, die Drives habe ich noch nicht getestet.