Regelstruktur der Betriebsarten

Parametrierung nach der IDN S-0-0032

Kaskadierte Regelstruktur

Die folgende Abbildung zeigt eine in der Regelungstechnik übliche Kaskade aus Strom-, Drehzahl- und Lageregler.

Mit der oben abgebildeten Regelstruktur ist es möglich, eine hohe Dynamik und Positioniergenauigkeit zu erzielen. Bei einer solchen Kaskade nimmt die Bandbreite der einzelnen Regelkreise von innen nach außen ab. Wird die Kaskade in Betrieb genommen; sollte immer mit dem innersten Kreis (dem Stromregler) begonnen werden. Danach folgt der Drehzahl- und Lageregler. Bei Beckhoff Motoren ist der Stromregler werksseitig parametriert.
Für den Positionsbetrieb eignen sich 2 Betriebsarten:

• Geschwindigkeitssollwertvorgabe (Geschwindigkeitsinterface):
  Zyklische Geschwindigkeits-Sollwerte werden von der Steuerung zum Antrieb gesendet. Der Lageregler ist hierbei auf der Seite der Steuerung (NC) implementiert.
• Positionssollwertvorgabe. (Positionsinterface):
  Zyklische Sollpositionen werden von der Steuerung zum Antrieb gesendet. Der Lageregler ist hierbei im Antrieb implementiert. Auf der Steuerung (NC) wird nur das Sollwertprofil berechnet. Hierbei wird eine höhere Bandbreite in der Lageregelung erreicht (keine EtherCAT-Totzeit im geschlossenen Regelkreis). Diese Betriebsart sollte immer verwendet werden, wenn die Steuerung diese ermöglicht.

Profilgenerator

Der Profilgenerator generiert Kurvenprofile aus einem Positionierauftrags des PLC-Bausteins MC_MoveAbsolute. In jedem NC-Zyklus, zu einem festgelegten Zeitpunkt (Stützstellen T₁ - T_n), werden die Sollwerte dieses Positionierauftrags an die Achsregelung übergeben. Damit der Servoverstärker optimal verfahren kann, müssen die Sollwerte des Profilgenerators mit den SAF-Tasks des EtherCAT-Feldbus getriggert werden. Die SAF-Task sorgt dafür, dass die Stützstellen (T₁ – T_n) zum Servoverstärker transportiert werden.

MC_MoveAbsolute wird in erster Linie für lineare Achssysteme eingesetzt. Mit diesem PLC-Baustein, lassen sich Achsen mit einer Geschwindigkeit v von Ausgangs- zu Zielpositionen verfahren.

Weiterführende Informationen erhalten Sie unter: PLC--> Libs --> TwinCAT 3 PLC Lib: Tc2_MC2 --> Motion-Funktionsbausteine --> Point to Point Motion

Positionsinterface

Die vom Profilgenerator gerechnete Position wird über den EtherCAT-Feldbus an den Antrieb weitergegeben. Dadurch bekommt der Antrieb in jedem SAF-Zyklus einen neuen Positions-Sollwert. Durch den Lageregler im Antrieb (siehe kaskadierte Regelstruktur), entfällt die EtherCAT-Totzeit im Lageregelkreis. Durch die Verwendung des Lagereglers im Antrieb, ist der Lageregler in der NC wirkungslos (Parametrierung im TCDrivemanager). Der „Controll K_p-Faktor“ im NC-online Fenster des TCDrivemanagers hat somit keine Wirkung.

Die Ist-Position des Feedback-Systems wird zur NC gemappt. Hierbei ist es sinnvoll, den standardmäßigen (Default) Schleppabstand, welcher vom Antrieb gerechnet wird (automatisch beim einlesen einer Standard-Sercos-Achse) auszuwählen. Dieser Schleppabstand liefert die realen Positionsdifferenzen. Der Schleppabstand kann weiterhin auch intern über die NC berechnet werden. Diese Berechnung beinhaltet allerdings die Totzeit des Feldbus (EtherCAT) und wird dadurch verfälscht.

Diese Betriebsart wird über den Parameter S-0-0032 konfiguriert. Zusätzlich zum antriebsinternen Lageregler kann eine Geschwindigkeitsvorsteuerung aktiviert werden. Wird keine Vorsteuerung verwendet, so setzt sich die Sollgröße des Drehzahlreglers ausschließlich aus dem Produkt Regeldifferenz und der Verstärkung des Lagereglers zusammen.

Eine Vorsteuerung ist in der Regel sinnvoll. Applikationsabhängig kann man die Wichtung dieser Größe zwischen 0 und 100% beeinflussen.

Geschwindigkeitsinterface

Besitzt der Servo-Verstärker keinen Lageregler oder muss die Sollgeschwindigkeit mit zusätzlichen Komponenten beeinflusst werden, so kann der Lageregler auf die Steuerung verlegt werden. Die vom Profilgenerator errechnete Sollgeschwindigkeit wird um den Betrag ergänzt den der TwinCAT-PTP Lageregler aufgrund eines Schleppfehlers errechnet.

Die Stützpunkte der Geschwindigkeitssollwerte haben, wie bei der Positionsvorgabe, eine zeitliche Auflösung, die über den Interpolationstaktes (Task-Zeit der SAF-Task der NC).

Diese Betriebsart wird über den Parameter S-0-0032 konfiguriert.

Eine weitere Betriebsart ist die Drehmomentregelung. Bei dieser Betriebsart wird das Solldrehmoment vorgegeben. Als Rückmeldung wird das Ist-Drehmoment übertragen. Die Drehmomentregelung übernimmt der Antrieb. Wird ein externer Messpunkt als Ist-Größe betrachtet, so ist eine Regelung (Generierung der Sollwerte) in der Steuerung vorzusehen.