S210 Reglerabweichung ab einer bestimmten Drehzahl

[Passi70]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Guten Tag,

ich habe ein Problem mit der Dynamik meines S210 Umrichters in Verbindung mit dem Motor.

Im Trace ist ersichtlich, dass der Drehzahlsollwert ab ca. 3900 U/min einen plötzlichen Sprung nach oben macht. Bis zu diesem Punkt folgt der Drehzahlistwert dem Sollwert sehr präzise, doch nach dem Sprung steigt die Positionsabweichung stark an, wodurch der Umrichter in Störung geht.

Da die maximale Drehzahl des Motors bei 8000 U/min liegt, sollte dies eigentlich kein Problem darstellen.

Hat jemand bereits eine ähnliche Problematik beobachtet oder eine Idee, woran es liegen könnte?

System:

• Umrichter: 6SL3210-5HE10-4xFx
• Motor: 1FK2104-4AF0x-xSxx
• Steuerung: SIMATIC S7-1515F-2 PN
• Firmware: Alle Komponenten sind auf dem neuesten Stand

Für jede hilfreiche Rückmeldung wäre ich sehr dankbar.

 

[TSM]

Moin,

was willst du denn machen, Positionieren oder eine konstante Drehzahl vorgeben?
Du nutzt wahrscheinlich Startdrive und TOs in der 1500er?

Gruß TSM

 

[Passi70]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Ich möchte Positionieren.
Ja genau TO ist ein TO_PositioningAxis V7.0

 

[TSM]

Ok und mit welchem Fehler steigt der Antrieb aus?
Schleppabstand zu groß?

 

[Passi70]

Im TO tritt der Fehler "Fenster der Schleppfehlerüberwachung überschritten" auf.

Auffällig ist, dass die Achse beim Auftreten des Fehlers sehr stark abbremst, was grundsätzlich erwartungsgemäß ist. Allerdings stimmt danach die Position der Achse nicht mehr. Es wirkt, als würde mechanisch etwas durchrutschen, was jedoch ausgeschlossen werden kann. Vielmehr scheint es, als würde die Achse ab einer bestimmten Geschwindigkeit nicht mehr sauber nachkommen.

Interessanterweise funktioniert die Bewegung bei reduzierter Geschwindigkeit problemlos – selbst bei hoher Beschleunigung. Das Problem tritt erst auf, wenn die Drehzahl 3900 U/min überschritten wird.

 

[TSM]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Du darfst mit den Infos nicht so sparsam umgehen

Schonmal in die Hilfe der Fehlermeldung geschaut?
Fehlernummer der Fehlermeldung?
Welche Nummer hat der Motor genau? (ohne die Xn)
Wie ist die Schleppfehlerüberwachung eingestellt?
Was ist die reduzierte Geschwindigkeit wo noch alles geht?
Ab welcher "bestimmten" Geschwindigkeit geht es nicht mehr?
Was ist die "Zielgeschwindigkeit"?

Ich denke mal der Motor ist zu klein gewählt ...

 

[Passi70]

Mein Problem hat sich etwas geklärt: Mein OB-Servo-Takt war auf 8 ms eingestellt, jetzt mit 4 ms erreiche ich bereits eine höhere Geschwindigkeit. Es scheint, als würde die SPS nicht hinterherkommen. Um das Maximum aus dem Motor herauszuholen, müsste ich vermutlich auf eine 1517 aufstocken, da ich so mehr Puffer für die Zykluszeit hätte. Wenn ich den Servotakt mit der 1515 jetzt noch weiter heruntersetze, schießt meine Zykluszeit nach oben.

 

[NBerger]

Wieviele Achsen hast du denn da dran?

 

[Superkater]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Der 1FK2104-4AFxx ist nicht gemacht für so hohe Drehzahlen wir 3900 RPM oder höher. Das zeigt folgende Kennlinie vom Motor:

Alle Fahrten rechts hinter der grünen strichlierten Linie (das ist die Spannungsgrenzkennlinie vom Umrichter) sind technisch nicht möglich und auch nicht erlaubt. Da wird der S210 sicher aussteigen müssen. Wenn bei 3900 RPM mher als 2Nm ausgeben werden müssen, ist der Regler am Ende.
Das wir auch hier so sein.

 

[zako]

Meine Erwartungshaltung ist, dass das gehen muss. Die grüne Linie zeigt eigentlich nur an, ab wann die Feldschwächung beginnt. Das sollte aber mit dem S210 kein Problem sein (wobei ich vorwiegend mit dem S120 arbeite - ich glaub aber nicht dass es hier Unterschiede gibt).
.Bei 3900 RPM brauchst Du ca 16ms pro Motorumdrehung Dein ServoTakt OB ist bei 8ms - nicht dass da was nicht richtig erfasst wird (wenn der Motor schneller als einen doppelten OB Takt dreht). Gegentest: OB mal auf 16ms stellen.
Falls es daran liegen solltest Du schon mal die Hotline kontaktieren.

 

[Superkater]

Bitte frage doch die Motorenentwickler bei Siemens. Eine Maschine ist kein Siemens Testkoffer. Die grüne strichlierte Spannungsgrenzkennlinie ist kein Scherz, sie kommt aus dem TIA Selektion Tool wenn man als Umrichter den S210 im 400V Netz eingibt. Alles was rechts der grünen Linie ist, darf so nicht ausgelegt werden. Woher kommt das?

Ein Servo mit 3000 RPM Nenndrehzahl hat eine sogenannte Spannungskonstante wie z.B. 84V/1000 RPM und für 3000 RPM muss man also 252V ausgeben am Umrichter wenn man ihn belasten mit einem Moment unter der roten Linie.

Wenn man ein 3xAC 400 V Netz hat, dann hat der S210 ca. 540V im Zwischenkreis und kann max. 400V an der Motor ausgeben. Dann ist also ca. bei 4600 RPM mit Momentenbelastung Schluss mit diesem 3000 RPM Motor. Dort kreuzt sich die grün strichlierte mit der roten Linie.

Wenn man aber ein 3xAC 480 V Netz hat, dann hat der S210 ca. 680V im Zwischenkreis und kann max. 480V an der Motor ausgeben. Dann ist also ca. bei 5600 RPM mit der Momentenbelastung Schluss mit diesem 3000 RPM Motor.

Frage : Warum gibt es Motoren bei Siemens mit 4500 RPM oder 6000 RPM Nenndrehzahl?
Antwort: Weil dort die Spannungskonstante vom Motor kleiner ist mit ca. 40..60V/1000 RPM.

 

[Passi70]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Guten Tag,
Ich habe mein Problem lösen können.
Ich habe 25 Umrichter in der Anlage, darunter auch welche, die als Synchronachsen verschaltet sind.
Dafür war meine 1515 zu klein.
Ich habe nun auf eine 1517 aufgestockt und alles funktioniert wie es soll.
Es lag am OB Servo Takt.
Mit dem vorherigen niedrigeren OB Servo Takt kam die Schleppfehlerüberwachung an ihre Grenzen weil sicherlich die Interpolation zwischen den beiden OB Servo Takten zu grob war und damit die Soll-Ist Abweichung zu groß geworden ist.

Vielen Dank für die Hilfe!

 

[L4s3r73k]

@Passi70

Falls noch eine erweiterte Erklärung notwendig oder gewünscht ist, in meinem Thema hab ich die am Ende auch gegeben.

Kurzum, wir haben empirisch ermittelt, dass es mit IRT und einem Servo Applikationstakt von 1ms nicht ging, weil unsere kleine CPU in die Knie geht, mit 2 und 3 ms ging es dann und ab 4 ms ging es dann wieder nicht. Wohl sagend, dass wir die ganzen 8000 1/min des Motors nutzen wollten - ob das so gut ist oder nicht, ist die andere Frage.

Wir haben nach einer mathematisch wissenschaftlichen Lösung gesucht und haben uns an das Abtasttheorem von Shannon Niquist erinnert. Demzufolge muss die Abtastfrequenz größer sein als 2 mal die maximal zu erwartende Frequenz. Der Motor macht 8000 U/min, was 133 U/s sind, was 133Hz sind und 7,5ms Periodendauer. Diese Frequenz multipliziert mit 2 ergibt 266Hz und 3,75ms. Mit dieser Argumentation wäre bewiesen, warum die 4ms nicht funktionieren können, aber die 3ms sehr wohl und gut funktionieren. 3ms sind 333Hz und da passen die 266Hz locker rein.

Dieser Ansatz hilft zumindest bei der Auslegung vom Servotakt.

 

[NBerger]

Welches Telegramm verwendest du?

Da gab's eine Einstellung: Istgeschwindigkeit aus Istrehzahl NISTB aus Telegramm berechnen

Ist das bei dier an ?
Ändert sich da mit der alternativen Einstellung etwas?

Interresant wäre herauszubekommen ob der S210 oder die CPU da mist macht und ob man da drumrum kommt...

 

[L4s3r73k]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Welches Telegramm verwendest du?

Da gab's eine Einstellung: Istgeschwindigkeit aus Istrehzahl NISTB aus Telegramm berechnen

Ist das bei dier an ?
Ändert sich da mit der alternativen Einstellung etwas?

Interresant wäre herauszubekommen ob der S210 oder die CPU da mist macht und ob man da drumrum kommt...

Also ursächlich und ohne IRT war das Telegramm 3 dran.
Nach Siemens Empfehlung haben wir auf Telegramm 5 umgestellt und damit auf IRT. Man bekommt das nämlich nicht ohne IRT übersetzt so.

Das mit NISTB hat das Problem weder verbessert, noch behoben, wenn überhaupt verschlechtert.

Der Fehler kommt definitiv von der CPU. Geberistwert sowie NISTB (was unabhängig vom Häkchen immer übertragen wird) zeigen im Fehlerfall keine Auffälligkeiten, wohl aber die im TO berechnete Geschwindigkeit, die die berechneten Beschleunigungen und Position mit ins Verderben reisst. Also sprich, den Fehler auslöst.

Lese einfach mal was Wiki zu Shannon Niquist zu sagen hat, dann leuchtet die Erklärung auf und was besseres wird es nicht geben.

 

[Oberchefe]

Wir haben nach einer mathematisch wissenschaftlichen Lösung gesucht und haben uns an das Abtasttheorem von Shannon Niquist erinnert. Demzufolge muss die Abtastfrequenz größer sein als 2 mal die maximal zu erwartende Frequenz. Der Motor macht 8000 U/min, was 133 U/s sind, was 133Hz sind und 7,5ms Periodendauer. Diese Frequenz multipliziert mit 2 ergibt 266Hz und 3,75ms. Mit dieser Argumentation wäre bewiesen, warum die 4ms nicht funktionieren können, aber die 3ms sehr wohl und gut funktionieren. 3ms sind 333Hz und da passen die 266Hz locker rein.

Ich denke dass das nicht relevant ist. Die SPS muss dem Regler ja nicht jede einzelne Sinuswelle schicken. Die überträgt erst mal nur eine Sollgeschwindigkeit anhand der Istgeschwindigkeit und Positionsabweichung.
Die maximale Drehzahl bedeutet nicht zwingend, dass die unter allen Bedingungen immer errreicht werden kann. Der Kurve im Ausgangspost nach ist das ein Problem vom Drehmoment. 1,27Nm ist das Bemessungsdrehmoment vom Motor. Das Moment geht erst hoch und als Folge die Solldrehzahl.

 

[NBerger]

Das mit NISTB hat das Problem weder verbessert, noch behoben, wenn überhaupt verschlechtert.

Ist zwar schade, aber zumindestmal ein Ergebnis.

Lese einfach mal was Wiki zu Shannon Niquist zu sagen hat, dann leuchtet die Erklärung auf und was besseres wird es nicht geben.

Was ein Abtasttheorem ist braucht du hier nicht erklären und tu nicht so als wären wir hier dumm!
Wir versuchen hier nur zu helfen...

Das das Problem durch die CPU kommt zweifle ich weiterhin an, denn bei einem S120 ist mir das Problem noch nicht untergekommen und das mit den selben Telegrammen. (Bitte nicht so voreilige Schlüsse ziehen)

Das TO-Objekt hat nur zwei Möglichkeiten:
A: Die Geschwindigkeit aus der Drehzahl bestimmen
B: Die Geschwindigkeit aus dem XIST (alt/neu) bestimmen

Bei beiden ist das Abtasttheorem auf der CPU-Seite völlig egal. Bei der Drehzahl eh und bei der Position auch solange mehrere Servotakte erforerlich sind bis der Geberistwert durch den Überlauf geht.

Was ist denn für ein Geber verbaut Single/Multiturn? Die Angabe des Motors ist da ja glücklicher Weise unbrauchbar. (Motor: 1FK2104-4AF0x-xSxx)

 

[L4s3r73k]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Ich denke dass das nicht relevant ist. Die SPS muss dem Regler ja nicht jede einzelne Sinuswelle schicken. Die überträgt erst mal nur eine Sollgeschwindigkeit anhand der Istgeschwindigkeit und Positionsabweichung.
Die maximale Drehzahl bedeutet nicht zwingend, dass die unter allen Bedingungen immer errreicht werden kann. Der Kurve im Ausgangspost nach ist das ein Problem vom Drehmoment. 1,27Nm ist das Bemessungsdrehmoment vom Motor. Das Moment geht erst hoch und als Folge die Solldrehzahl.

Es geht sich ja nicht darum, dass der Regler nicht tut was er soll, sondern, dass sich bei der SPS Rechenfehler einschleichen, wenn das Zykluszeitsetting nicht passt. Im Gegensatz zu einem S210 mit EPOS ist der S210 ohne EPOS einfach nur ein Sklave, der Drehzahlsollwerten der SPS folgt. Diese rampt den Antrieb ja auch runter.

@NBerger
Gleiche Antwort wie an Chefe. Weiterhin. Offenbar rechnet das Technologieobjekt mit beiden Varianten nicht die Geschwindigkeit mit dem Drehzahlistwert sondern arbeitet mit der Position aus dem Gebertelegramm. Wenn in zwei Takten die Gleichen Werte weil Altes Prozessabbild vorherrscht, dann wird sprunghaft die Geschwindigkeit 0. Der Motor ist Single-Turn ohne Bremse, ich komme aber momentan nicht mehr dran.

Ich bleibe beim Abtasttheorem, da

• IRT Bus vollständig und vernünftig parametriert.
• Das NISTB nicht geholfen hat.
• Der Spielraum zwischen 2 und 3ms Servotakt als einzigstes funktioniert (und nachweislich über Stunden im Vollgas) und somit sich die These zu beweisen scheint.

DIe Abtastung auf der CPU seite ist eben nicht egal, weil das Technologieobjekt die wahre Position der Achse verliert und unfug macht.

Ich probiere gerne Vorschläge aus und lasse mich eines besseren belehren, aber nur durch Resultate. Vorschläge, die den IRT Bus bei der Konstellation überflüssig machen und/oder ein Top-Speed von 8000k bei 4ms ohne die genannten Fehler auskommt, nehme ich gerne.

Beste Grüße

 

[Oberchefe]

Offenbar rechnet das Technologieobjekt mit beiden Varianten nicht die Geschwindigkeit mit dem Drehzahlistwert sondern arbeitet mit der Position aus dem Gebertelegramm. Wenn in zwei Takten die Gleichen Werte weil Altes Prozessabbild vorherrscht, dann wird sprunghaft die Geschwindigkeit 0.

Die Problematik mit zweimal der gleichen Istposition besteht aber bei niedriger Motordrehzahl genauso. Wiso sollte dann hier was anderes passieren? Und nochmal: das Drehmoment steigt zuerst an!

 

[L4s3r73k]

Die Problematik mit zweimal der gleichen Istposition besteht aber bei niedriger Motordrehzahl genauso. Wiso sollte dann hier was anderes passieren? Und nochmal: das Drehmoment steigt zuerst an!

Du magst recht haben, aber solange wir nicht zu 100% verstehen, was im TO exakt rechnerisch passiert, ist alles weitere Spekulation.
Wir haben unsere These, die schlüssig ist und auch Siemens nicht widerlegen konnte oder wollte. Es gibt für diese Anwendung halt diesen Sweet-Spot unter verwendung von IRT und 2-3ms Servo Applikationszyklus, der bei 8000rpm funktioniert - und alles andere eben nicht.

Ich sehe den Zusammenhang mit dem Drehmoment nicht. Ggf. reden wir dann doch nur über ähnlich aussehende Probleme.
Das Drehmoment werten wir nicht aus, ist aber ja auch erwiesenermaßen nicht das Problem.