Prüfstand-Steuerung

Beg

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Hallo Zusammen,

ich muss vorweg sagen, dass ich absoluter Anfänger bin in Bezug auf Stuerungstechnik und Signalverarbeitung.
Beim Lesen verschiedener Beiträge erschien mir dieses Formum als das Vielversprechenste für meine Frage(n).

Ich arbeite derzeit an einer Prüfstandentwikclung zur Reibwertbestimmung. Ich lasse eine rotierende Scheibe über den Umfange mittels eines Servomotors in einer Schale drehen und möchte das entstehende Widerstandsmoment messen. Zudem beaufschlage ich die Scheibe rdial mit einer Kraft, so dass eine Noralkraft zwischen Scheibe und Schale wirkt. In der Schale befindet sich ein Medium, was sich zum Teil ausdehnt.

Meine Problematik liegt in der gestaltung der Messsignalverarbeitung. Für den gegebenen Sachverhalt ergeben sich folgende Eingangs- und Ausgangsgrößen:

Eingangsgrößen:
1) Drehzahl des Servomotors, die über die Prüfzeit konstant gehalten werden soll
2) Vorspannkraft für die Normakraft
3) Temperatursteuerung der Schale

Ausgangsgrößen
1) Drehmoment
2) Erhöhung bzw. Veränderung der Normalkraft
3) Temperaturmessung bei Temperaturerhöhung durch das Medium in der Schale

Für die Erfassung der Temperatur und des Drehmoments sind mir gängige Konzepte bekannt. Ebenso weis ich, dass ich die Normalkraft beispielsweise über eine Federwegmessung oder einen Druckkraftaufnehmer realisieren kann. Für die Verarbeitung der Signale steht mir LabVIEW zur Verfügung.

Für mich wäre es am Anfang hilfreich zu wissen, auf was ich bei der Sensor- und Steuerkomponenten-Auswahl achten muss, um am Ende eine Einheitliche und übersichtliche Steuerung in einem Programm zu haben.

Ich bedanke mich schonmal im Vorhinein für die Hilfe und besonders die Geduld.

Viele Grüße
 
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Hallo zako,

vielen Dank. ICh habe mich nochmal weiter umgeguckt und bin auf SignalExpress gestoßen.
Ist diese Software für eine erste Umsetzung geeignet?

Viele Grüße
 
Hallo zako,

vielen Dank. ICh habe mich nochmal weiter umgeguckt und bin auf SignalExpress gestoßen.
Ist diese Software für eine erste Umsetzung geeignet?

Viele Grüße

Die Software kenne ich selbst nicht. Aber evtl. jemand anders im Forum?
Bin aber hier eher auf Antriebsebene unterwegs.
 
Alles kla. Trotzdem Danke.

Bzgl. eines Antriebs: Hast du vielleicht ein Empfhelung für einen Servomotor, der die folgenden Anforderungen erfüllt:

Überwindung eines Drehmoments von 20 Nm
Variabel einstellbare Drehzehl von 0-1 1/s
Konstante Drehzahl bei Betrieb
Analoger Eingang
Realisierung einer Widerstandsmessung bei Betrieb

Vielen Dank.
 
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Wenn du nur maximal mit 1 Umdrehung / Sekunde arbeiten willst dann wirst du ja wahrscheinlich ein ganz nettes Getriebe hinter dem Antrieb haben - damit wird es mit dem Drehmoment so gar kein Problem werden.
Eine konstante Drehzahl wird dir jeder Servomotor oder auch einfach nur elektronisch kommuntierte Motor liefern sofern er noch ein bißchen Kraftreserve (Drehmoment-Reserve) hat.
Mit dem analogen Eingang ist es dasselbe - das hat der genannten Antriebe (mit dem entsprechenden Antriebsregler).

Was meinst du mit : "Realisierung einer Widerstandsmessung bei Betrieb" - welchen Widerstand willst du messen ...?

Gruß
Larry
 
Hi Larry,

vielen Dank.
Aus Platzgründen hatte ich bis jetzt kein Getriebe vorgesehen. Suche einen Servomotor, den ich direkt mit einer Welle verbinden kann um ein Rad von einem Durchmesser von 50-100 mm anzutreiben.

Das mit der Widerstandsmessung hat sich bereits geklärt. Ich würde nämlich gerne das aufgebrachte Drehmoment messen. Wenn sich der Widerstand quasi erhöht, wird der Servomotor ja offensichtlich eine Schippe drauf packen um die Drehzahl zu halten. Diese zusätzlche Leistung würde ich gerne aufnehmen.

Ich habe nun verstanden, dass ich meine Antribes- und Messsignal über ein zwischengeschaltes DAQ steuern bzw. aufnhemen muss. Die entsprechende Software ist dann ja LabVIEW oder eben SignalExpress.

Was ich noch nicht ganz verstanden habe, ist, wie ich die Mess- bzw. Steuergenauigkeit meines DAQs herausfinde.
Beispielsweise hat mein DAQ einen anlogen Ausgang von 5mV (ist das realistische?). Wie stimme ich dann die maximale Leistung des Motors darauf ab. Und was sind gängige Ausgangssignale für so ein DAQ?

Viele Grüße
Beg
 
OK ...
Ein Servomotor, der von sich aus 20 Nm (und noch zuzsätzliche Leistungsreserve) erbringen kann (ich würde aus deinen Randbemerkungen schliessen, dass es nicht schlecht wäre, wenn er 40 Nm könnte) ist nicht gerade klein. Gleiches gilt auch für den Regler selbst. Ist nur zur Info ...

Wenn du mit Anlaogwerten von und zum Servo-Regler arbeiten willst dann ist 0..10V das gängige Spektrum.
In deinem Fall wäre es aber aus meiner Sicht wesentlich sinniger, die relevanten Informationen von und zum Regler über einen Buskopplung abzugreifen - das macht es erheblich genauer ...
Um das Drehmoment selbst zu messen solltest du einen Drehmoment-Sensor einbauen und hier nicht auf die Werte vom Antrieb setzen. Auch hier ist 0..10V bzw. gerne auch 0..5V der Wertebereich der Wahl.

Die Mess- bzw. Steuergenauigkeit deiner Wert-Aufzeichnung bzw.Wert-Bildung hängt hier von deinen Anforderungen ab. Diese bestimmen dann die zu verwendenden Komponenten. Hier gibt es dann ja wieder 1000 und eine Möglichkeit.

Du sprichst hier immer gerne von LabView. Bedenke bitte, dass LabView am Ende deiner Kette steht und nur noch die Werte aufzeichnet ...

Gruß
Larry
 
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Hi Larry,

mal wieder vielen Dank :).

Ich erwähne LabVIEW da ich bedenke um die Kompatibilität aller Komponenten habe. Ich möche am Ende so wenig Hardware dazwischen geschaltet haben wie möglich.
Ich muss gestehen, dass mir eine Buskopplung garnichts sagt und ich dazu bis jetzt auch nicht so viel nützliche Informationen (für Anfänger) gefunden habe.

Ja ein Drehmoment von 40Nm wäre wohl nicht schlecht. Wenn man sich die Dimensionen dieser Servomotoren anguckt, sind die tatsächlich ziemlich größ (ca. 5kg). Das hatte ich nicht erwartet.
Wobei ich auch einen von Festo gefunden habe, der für meine Anwendung glaub ich in Frage kommt:
https://www.festo.com/cat/de_de/products_EMME_AS

Wie ist deiner Einschätzung nach die Umsetzung mit einem Schrittmotor möglich?

Viele Grüße
Beg
 
Zuletzt bearbeitet:
Einen Schrittmotor kannst du dafür sicherlich auch nehmen - der wird dann aber ähnliche Dimensionen annehmen (Kraft kommt nur aus Hubraum 8)). Ich persönlich mag Schrittmotore allerdings gar nicht (für mich sind die obsolet).
In jedem Fall hast du aber auch hier, dass du zwischen dem (ich nennen es mal) Leistungsteil und deiner Werteaufzeichnung eine Verbindung brauchst. Aus meiner Sicht hast du da mit einem Servo-Motor ungleich mehr Möglichkeiten.

Da ich aus der Automatisierungswelt komme ist es für mich so, dass eine Ankopplung des Servo-Reglers an eine steuernde (und ggf. auch aufzeichnende) SPS ein selbstverständlicher Ansatz ist. Ich denke mal, dass du diesen Teil noch gar nicht auf dem Schirm hast.
Im Grund hast du (am Ende zumindestens) 3 Ebenen :
- der Antrieb mit dem Antriebsregler (welcher dir Teile der benötigten Werte liefern kann)
- eine Steuerung, die das Betriebsverhalten der Antriebseinheit bestimmt
- deine Daten-Erfassung und -Auswertung

Wenn du bislang noch nicht so richtig das "Was und Wie" weisst, so ist das kein Problem. Einfach fragen ...

Gruß
Larry
 
Klingt gut! :).

Die Zwischenschaltung ist mir bewusst. Dachte allerdings, dass ich das mit einem DAQ (z.B. von NI, wie dieser: http://www.ni.com/de-de/support/model.usb-6008.html) schon alles unter einen Hut kriege.

Ich habe es so verstanden: Ich habe meinen Servomotor mit einem vorgeschalteten Drehmommentsensor. Diesen verbinde ich mit den entsprechenden Ein- und Ausgängen des DAQ, der dann an den PC geht, wo ich über die Software und die Parametriesierung meine Anstuerung vornehmen kann und die Messsignale des Drehmomentsensors erhalte. Ist das grob richtig?

Was die Buskopplung genau macht weis ich leider nicht...
 
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Das klingt doch schonmal gut ;)

Also mir ist bewusst, dass ich meine Sensorik und Steuerung nicht eifach an den PC anschließen kann. Ich habe es so verstanden: Ich habe meinen Servomotor mit vorgeschaltetem Drehmomentsensor. Diese schließe ich an einen DAQ an, der widerrum mit dem PC verbunden ist. Die ansteuerung und Messignal aufnahme erfolgt dann über die Software. Bzgl. der Feinheit der Kalibrierung bzw. Parametriesierung muss ich dann auf die Ein- und Ausgangswerte des DAQs achten.

Wie ich jetzt aus deiner Antwort sehe, ist die Regelung nochmal extern zu betrachten. Wird die dann auch an den DAQ angeschlossen und zusätzlich an den Servomotor?

Ich dachte, dass ich mit einem DAQ (z.B. der hier:http://www.ni.com/de-de/support/model.usb-6008.html) schon einiges unter einen Hut bekomme.

Was genau die Buskoppunk macht, weis ich leider nicht und es ist auch recht schwierig darüber (Anfänger-)Informationen zu bekommen.
 
Naja ... im Prinzip ja ...
Du kannst natürlich deinen Servo-Regler (je nach Regler nd Hersteller) so konfigurieren, dass du über einen Analog-Eingang von ihm einen Sollwert vorgibst und über einen Analog-Ausgang vom Regler einen Istwert zurück bekommst. Meißt hört es dann auf diese Weise auf. Genau ist es sowieso nicht unbedingt denn bedenke immer : alle diese Informationen liegen im Regler selbst erstmal digital vor (werden also künstlich gewandelt).
Nun gibt es ja diverse Bussysteme :
- ProfiNet von Siemens
- EtherCat von Beckhoff und/oder Wago
- Sercos von dem einen oder anderen Antriebshersteller
- usw.
Auf diese Weise kommst du digital (aber auch wieder vom Hersteller abhängig) an all die schönen weiteren Informationen, die der Regler noch so für dich hat, und du kannst den Regler natürlich so auch steuern.

Gruß
Larry
 
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Ok top.

Also zu meinme Vorgehen: Ich suche mir den einen Servomotor mit entsprechender Leistung. Dazu sollte dann der geeignete Regeler dabei sein. Außerdem suche ich den ensprechenden Drehmomentsensor. Entsprechend suche ich mir anschließend die einen geigenten Wandler, der dann mit dem PC verbunden wird und alle entsprechenden Ein-bzw Ausgänge für meine Sensorik/Antriebe enthält.

Der Servomotor hat dann vermutlich noch eine exteren Stromquelle oder?

Frage: SPS=DAQ=Wandler?

Viele Grüße
Beg
 
Hallo nochmal,

als Regler könnte ich dir Bosch-Rexroth empfehlen (keine Schleichwerbung).
Für den DM-Sensor z.B. HBM ... (auch keine Schleichwerbung).
Und ... SPS = Steuerung (die kann natürlich auch "ein bißchen" Data Aquisition).
DAQ = LabVIEW (hier kannst du z.B. über NI-Karten dann auch ein bißchen steuern)

Gruß
Larry
 
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Morgen,

also soweit ich weis ist LabVIEW ja hauptsächlich zu automatisierung von Prozessen. Wo mein Regler jetzt dran hängt ist mir eigentlich egal.
Ich möchte am Ende möglichst wenig programmieren und meine einzelnen Stuer- bzw. Messelemente trotzdem von einer Schnittstelle her kontrollieren.

Danke Larry!
Brauche ich denn unbedingt eine SPS? Die Stuerung meines Prüfstands scheint mir ja nicht alzu kompliziert.
Hatte mir das ungefähr so vorgestellt.

http://www.ni.com/data-acquisition/what-is/d/

Den Servomotor würde ich halt auch gerne über das Datenerfassungsgerät steuern.

Die Stuerung des Servomotors ist für meine Anwendung auch sehr simpel: Anschalten, dann konstante Drehzahl, Ausschalten.

Viele Grüße
 
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