EO

IoT voor toepassingen met actuatoren en motoren

21 mei 2019 om 15:24 uur

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.

 

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".

 

1aSpreadCycle

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

1bDe 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:

foc
"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."

 

Kennis: IE Motoren

ie4Het realiseren van concrete energiebesparing en CO2-reductie door het toepassen van efficiënte aandrijfsystemen is een hot topic. Elektromotoren bepalen nu circa 69% van het elektriciteitsgebruik in de industrie. Door inzet van efficiënte elektrische aandrijfsystemen wordt geschat, dat het energieverbruik met 20 tot 30 procent kan worden verlaagd. Om dit te realiseren zijn op Europees niveau richtlijnen in werking getreden. De richtlijn voor energiezuinige elektromotoren (LOT 11) is al sinds 16 juni 2011 van kracht. Hiermee werd een eerste stap gezet naar een hoger efficiency-niveau voor IE motoren. Sinds januari 2015 is de EU- richtlijn verder aangescherpt en per januari 2017 volgt de volgende stap. 

 

White papers

whitepapersDownload hier white papers over het thema Aandrijven, regelen en besturen

 

 

 

Het eDrive systeem: een eenvoudige oplossing voor het testen van hybride aandrijvingen

Deze white paper behandelt alle variabelen die van belang zijn voor het meten en testen van hybride voertuigen en laat zien dat het eDrive systeem een geschikte  oplossing is; zelfs voor de meest complexe testbanken voor hybride aandrijvingen.

Download de white paper van HBM

 

Hoe machines en installaties worden voorbereid op verbinding met het IoT

De industriële-automatiseringswereld is versmolten met de eerste generatie IT-technologie. Dit was een voorwaarde voor de volgende stap naar Industrie 4.0: het netwerk van intelligente componenten in het Internet of Things.

 Download de white paper van Eaton 

  

13 veel voorkomende oorzaken van motorstoringen

Deze white paper laat zien hoe de 13 meest voorkomende oorzaken van het defect raken van de isolatie van wikkelingen en van lagers van tevoren kunnen worden vastgesteld.

Download de white paper van Fluke

  

Machineautomatiseringsconcepten die innovatie voor een gedigitaliseerde productie mogelijk maken

Om de uitdagingen van de gedigitaliseerde industriële toekomst het hoofd te kunnen bieden, automatiseren we machines met volledig schaalbare en naadloos herbruikbare technologieën.

Download de white paper van Omron

 

Push-In Plus-techniek

Bij het bouwen van een besturingspaneel is het aanbrengen van de bedrading bijna altijd een tijdrovende en kostbare klus. Met de gepatenteerde ‘Push-in Plus' techniek van Omron wordt die bedradingstijd met 60% gereduceerd.  

Download de white paper van Omron

 

Inspectiesystemen voor producttraceerbaarheid

De mogelijkheid om individuele producten in de toeleveringsketen naar de consument te traceren, wordt steeds belangrijker voor producenten van voedingsmiddelen, dranken, tabak en farmaceutische producten, geassocieerde machinebouwers en engineeringbedrijven. Het doel is om de immense markt van namaakproducten te bestrijden en/of te voldoen aan de vraag naar informatie door consumenten (van ‘boer tot bord').

Download de white paper van Omron

 

Van werkvloer tot directieniveau

Voor producenten zijn er steeds meer redenen om besturingssystemen voor afzonderlijke productielijnen en -apparatuur te integreren. De technologische ‘magie' om dit te realiseren is sneller, eenvoudiger en intelligenter dan ooit.

Download de white paper van Omron

   

Kosten verlagen door elektrische problemen en motorproblemen in fabrieken op te lossen

Simpele storingen kunnen hele productielijnen stilleggen. Zelfs het simpelweg vervangen van een zekering kan een half uur duren. Alleen al productieverlies kan in sommige industrieën wel 1000 euro per minuut kosten, en ergens anders kan een storing in zelfs een relatief klein onderdeel betekenen dat een hele partij tijdens de productie verloren gaat. 

Download de  white paper van Fluke

  

IXM: sneller uitrollen  van netwerken

De nieuwste trend in moderne industriële omgevingen is de snelle inzet en flexibiliteit van een netwerktopologie. het opwaarderen van de firmware en het instellen van de configuratie is een uitdagende taak, voor zowel IT'ers als system integrators. Advantech introduceert de eerste serie switches om het uitrollen en configureren van netwerken sneller en efficiënter te maken.

Download de white paper van Advantech

  

Selectie van proportionele regelventielen

Proportionele ventielen bieden een prijsgustige en compacte oplossing voor het regelen van flow of druk bij relatief lage flow-snelheden. Er zijn veel verschillende ontwerpen en stijlen voor uiteenlopende drukken en stroomsnelheden, met elektrische of elektropneumatische aansturing. Bij het kiezen van het juiste ventiel voor een toepassing is het belangrijk om de vereisten voor die toepassing De white paper leidt je door de belangrijkste overwegingen die van toepassing zijn voor de selectie van proportionele ventielen, om zo een weloverwogen keuze te kunnen maken.

Download de white paper van Asco

 

Motoren beveiligen voor de IE3 revolutie

Wat de ErP betekent voor schakel- en beveiligingssystemen en elektromotoren (white paper van Eaton)