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Abstract:
Der HDrive17-ETH ist ein integrierter Servoantrieb, welcher über den eingebauten Webserver
oder mit nur wenigen Code-Zeilen, über Ethernet gesteuert werden kann.
Der Direktantrieb auf Basis eines hochpoligen, bipolaren Schrittmotors, verfügt über eine feldorientierte
Regelung und wird anhand eines Positionssensors elektrisch kommutiert. Vorteile gegenüber
herkömmlichen Methoden sind:
•
Das übliche Rastmoment bei sonstigen Schrittmotoren wird minimiert.
Der Drehmomentverlauf wird so sehr homogen.
•
Der Motor kann bis an seine Drehmomentgrenze betrieben werden und die üblichen
Schrittmotorreserven werden nicht gebraucht.
•
Im Positionsbetrieb wird nur das Drehmoment generiert, welches für genaue Positionierung
gebraucht wird. Der Motor kann so wesentlich kühler und effizienter betrieben werden.
Der Servomotor kann im Positions-, Geschwindigkeit- oder Drehmomentmodus betrieben werden. Die
Positionsdaten werden durch ein integriertes Encoder System mit 14Bit-Auflösung erfasst. Das schlanke
Kommunikationsprotokoll ermöglicht es, Bewegungsbefehle in einer Vielzahl von Programmiersprachen
einfach zu generieren.
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Technisches Handbuch
HDrive17-ETH Servomotor
Version 1.42
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Verwandte Anleitungen für Henschel-Robotics HDrive17-ETH
Inhaltszusammenfassung für Henschel-Robotics HDrive17-ETH
- Seite 1 Technisches Handbuch HDrive17-ETH Servomotor Abstract: Der HDrive17-ETH ist ein integrierter Servoantrieb, welcher über den eingebauten Webserver oder mit nur wenigen Code-Zeilen, über Ethernet gesteuert werden kann. Der Direktantrieb auf Basis eines hochpoligen, bipolaren Schrittmotors, verfügt über eine feldorientierte Regelung und wird anhand eines Positionssensors elektrisch kommutiert. Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden sind:...
- Seite 2 05.02.2018 Anpassung Anleitungs-Layout. Dokumentation PID-Regler und PWM Sollwert-Interface, CAN Interface zur Firmware Version 1.3 • 09.06.2019 Generelle Überarbeitung • Pin-Belegung HDrive17-ETH-i • Watchdog Reset (system state 5) • Error states hinzugefügt • Objekt lese und schreibe über TCP • 1.42 07.07.2019...
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Seite 3: Inhaltsverzeichnis
Inhalt Übersicht ............................4 Vorwort ............................4 Varianten ............................4 Zertifikate ............................4 Inbetriebnahme ..........................5 Montage ............................5 Betriebsspannung ......................... 5 Integrierter Webserver ......................... 5 Pin-Belegung ..........................7 Inbetriebnahme ..........................9 Kommunikation ........................... 10 Funktionsweise ..........................12 PID, Positions und Geschwindigkeits Regler ................13 Motor Zustandsmaschine ...................... -
Seite 4: Übersicht
1 Übersicht 1.1 Vorwort Der „HDrive“ der Firma Henschel-Robotics GmbH ist ein integrierter Servomotor basierend auf einem hochpoligen Schrittmotor. Die Integration des Antriebes beinhaltet den Leistungsteil, das Kommunikationsmodul sowie einen Positionssensor für die Rotorposition. Die integrierte Elektronik basiert auf einem ARM™ Micro-Kontroller und beinhaltet neben anderen Funktionen, einen umfangreicher Achsenplaner welcher als Positions-, Geschwindigkeits-, oder Drehmomentregler arbeiten kann. -
Seite 5: Inbetriebnahme
2 Inbetriebnahme 2.1 Montage Der Motor darf nur über die vier M3 Gewinde (Tiefe, 4.5mm) an der Vorderseite (bei der Motorwelle) angebracht werden. Der Motorflansch muss geerdet werden. 2.2 Betriebsspannung Die zulässige Betriebsspannung des HDrive Servomotors liegt bei 12V bis 24V. An die Versorgungsspannung muss ein Kondensator von mindestens 4.7mF/50V angebracht werden um Überspannungen, welche bei einem Bremsvorgang entstehend können (Generatorbetrieb), zwischen zu speichern. - Seite 6 Bild 1: HDrive17-ETH Webinterface Achtung: Das Web GUI ist gedacht um den Motor bei der Inbetriebnahme zu überwachen. Zudem kann der Motor aber auch aus dem GUI betrieben werden. Stellen Sie deshalb sicher, dass die Motorwelle frei drehbar ist, wenn Sie das GUI brauchen.
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Seite 7: Pin-Belegung
2.4 Pin-Belegung 2.4.1 HDrive17-ETH Bild 2: HDrive17-ETH Seitenansicht mit Stecker Signal Funktion GPIO 1 Enable Signal, bei Step/Dir oder PWM Betrieb oder Hardware Reset GPIO 2 Step in, PWM-torque in, PWM-Position in, CAN high Positive Versorgungsspannung (24V) GPIO 3 Limit Switch in, PWM position Out... - Seite 8 2.4.1.1 HDrive17-ETH-i M8 / male M8 / female M8 / male Codierung Uncodiert Uncodiert A-Codiert Beschreibung Power und CAN Ethernet Digital I/O Anzahl Pins Pinbelegung Funktion Funktion Funktion ETH TX+ VCC (100mA) CAN_H ETH RX+ Digital I/O1 ETH RX- CAN_L...
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Seite 9: Inbetriebnahme
2.5 Inbetriebnahme Als minimale Konfiguration wird eine Versorgungsspannung von 12 – 24V benötigt. Um den Motor zu konfigurieren ist es zudem nötig, diesen mit einem Ethernet-Kabel an einen Ethernet-Switch oder direkt an einen PC anzuschliessen. Um die Kommunikation herzustellen, muss der Host (PC) Netzwerkadapter mit derselben Netz-ID wie der Motor ausgestattet werden. -
Seite 10: Kommunikation
Sobald die Host IP-Adresse umgestellt ist, kann in einem beliebigen Webbrowser die IP-Adresse des Motors eingegeben werden. Die Standartadresse des HDrives ist 192.168.1.102 sollte dann erscheinen. Bild 4: Beispiel Eingabe der IP-Adresse in einem Webbrowser (Google™ Chrome) Danach kann die IP-Adresse des Antriebes unter „Motor Settings“ → “Communication“ beliebig verändert und auf das verwendete Netzwerk abgestimmt werden: Bild 5: Beispiel Änderung der IP-Adresse aus dem HDrive Webinterface 2.6 Kommunikation... -
Seite 11: Bus Topologie
Nicht alle Kommunikationskanäle sind Fail-Save. Somit muss bei einem Kommunikationsausfall die übergeordnete Steuerung den Fehler und somit die Sicherheit im System handhaben. 2.6.1 Bus Topologie Im folgenden Beispiel sind zwei HDrive Servos über Ethernet angesteuert. Einer dieser Motoren ist zudem als CAN-Master konfiguriert und erzeugt einen CAN-Bus. Am CAN-Bus sind im Beispiel nochmals zwei weitere, als CAN-Slave konfigurierte Antriebe, angeschlossen. -
Seite 12: Funktionsweise
3 Funktionsweise Der Antrieb beinhaltet mehrere Zeitdiskrete Regel-Algorithmen. Somit können Strom- und Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentregler separat eingestellt werden. Alle Regelarchitekturen sind hier vollständig dokumentiert. Die offene und sehr frei parametrierbare Regelarchitektur muss mit Sorgfalt auf die jeweilige Applikation eingestellt werden. Es ist möglich den Antrieb, sowie die angehängte Last, bei schlechten Regelparametern zu beschädigen. -
Seite 13: Pid, Positions Und Geschwindigkeits Regler
3.2 PID, Positions und Geschwindigkeits Regler Bei dem implementierten Positionsregler handelt es sich um einen zeitdiskreten PID Regler, welcher wie folgt aufgebaut ist. Abbildung 3: PID Regler Architektur (©Mathworks) Der Positionsregler kann mit 4 Parametern im Parameter oder Zauberreich konfiguriert werden: Kp, Ki, Kd, N und Kb, bzw. -
Seite 14: Motor Zustandsmaschine
3.3 Motor Zustandsmaschine Bild 9: Zustandsdiagramm Seite 14/33 Version 1.42... -
Seite 15: Motor-Kalibration
3.4 Motor-Kalibration Der Motor wird werksseitig vor der Auslieferung kalibriert. Sollte es zu Unstimmigkeiten im Betrieb kommen, welche sich zum Beispiel durch einen schlechten Rundlauf äussern, kann eine erneute Kalibrierung notwendig sein. Achtung: Bei der Kalibration muss die Motorwelle frei drehbar sein. Der Antrieb kann über das WEB GUI neu kalibriert werden. -
Seite 16: Kommunikation
4 Kommunikation Der HDrive verfügt neben dem HTTP Webinterface auch über einen TCP sowie einen UDP Kanal. Letzterer ist nur zum Empfang von Daten vorgesehen. Fahr- und Konfigurationsbefehle werden immer über TCP gesendet. Für die Informations-Telegramme vom Motor kann sowohl das TCP- als auch das UDP-Protokoll im Web GUI konfiguriert werden. - Seite 17 4.1.3 Betriebsmodis Mode Funktion Beschreibung Error Der Motor hat einen Fehler. Der Fehlerzustand kann im Web-GUI oder über das Objekt 3.4 ausgelesen werden Stop, Motor Schaltet den Motor stromlos, die Welle ist frei drehbar Stromlos Stepper mode Schrittmotor-Modus, kann gebraucht werden für extrem langsame und gleichmässige Bewegungen Motor calibration Für die Motor Kalibration muss die Welle ohne Widerstand drehen können.
- Seite 18 Motor Stromregler Der Wirkstrom des Motors wird auf einen Bestimmten Wert geregelt. Somit wirkt ein konstantes Drehmoment am Motor Motor Der Positionsregler mit dem aktiviertem Bahnplaner Positionsregler Motor Geschwindigkeitsregler mit internem Bahnplaner Geschwindig- keitsregler Motor Geschwindigkeitsregler mit deaktiviertem Bahnplaner Geschwindig- keitsregler NPP Motor Positionsregler mit deaktiviertem Bahnplaner...
- Seite 19 XML Tag Wertebereich Einheit Funktion Master torque +/- 600 Definiert das Zieldrehmoment des Masters Master Mode Betriebsmodus des Masters Slave 1 torque +/- 600 Zieldrehmoment von Slave1 Slave 2 torque +/- 600 Zieldrehmoment von Slave2 Slave 3 torque +/- 600 Zieldrehmoment von Slave3 Slave 4 torque +/- 600...
- Seite 20 4.1.5 ControlTicketCAN Mit dem Control Ticket werden Zielpositionen für alle Motoren gesendet. Diese Zielpositionen werden dann je nach Betriebsmodus, welcher zuvor mit einem ConfigTicketCan generiert wurden angefahren. XML Tag Wertebereich Einheit Funktion ±2 1/10 Grad Definiert die Zielposition des Masters Slave pos1 ±2 1/10 Grad...
- Seite 21 Slave1_speed Uint16 Profil Geschwindigkeit für Slave 1 Slave1_acc Uint16 RPM/s^2 Profil Beschleunigung für Slave 1 Slave1_decc Uint16 RPM/s^2 Profil Verzögerung für Slave 1 Slave2_speed Uint16 Profil Geschwindigkeit für Slave 2 Slave2_acc Uint16 RPM/s^2 Profil Beschleunigung für Slave 2 Slave2_decc Uint16 RPM/s^2 Profil Verzögerung für Slave 2 Slave3_speed...
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Seite 22: Zustandsobjekte Lesen Und Schreiben
4.1.7 SystemTicket Mit dem „System“ Telegramm können verschiedene Systemzustände eingestellt werden. XML Tag Wertebereich Einheit Funktion mode 0 - 11 keine 0 = Firmware Upgrade 1 = Bootloader Upgrade 2 = Position Reset (nicht permanent) 3 = Factory Reset 4 = Save data to EEPROM 5 = Reset last error 6 –... -
Seite 23: Meldungen Vom Antrieb Zum Hostrechner
4.2 Meldungen vom Antrieb zum Hostrechner Sobald eine TCP-Verbindung besteht, wird der Motor über den TCP seine Positionsdaten in Form eines XML formatierten Strings oder binär senden, je nach dem welcher Verbindungs- und Telegramm-Typ im Web GUI ausgewählt wurde. Im UDP Betrieb können die transportierten Netzwerkdaten reduziert werden. 4.2.1 HDriveTicket <HDrive Position="300"... - Seite 24 4.2.3 BinaryTicket Beschreibung Anzahl Bits Word 0 Time [us] 32 Bit Word 1 Position 32 Bit Word 2 Speed 32 Bit Word 3 CurrentA [mA] 32 Bit Word 4 CurrentB [mA] 32 Bit Word 5 Calibration value 32 Bit [inc] Word 6 Fid [mA] 32 Bit...
- Seite 25 BinaryCANTicket Dieses Telegramm kann nur von einem CAN-Bus Master erzeugt werden und enthält alle Positionsdaten der am CAN-Bus angehängten «Slave» Motoren. Beschreibung Anzahl Bits Word 0 Time 32 Bit Word 1 Master Position 32 Bit Word 2 Slave 1 Position 32 Bit Word 3 Slave 2 Position...
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Seite 26: Fehlerzustände
5 Fehlerzustände Die letzten Fehler werden im Motor direkt gespeichert und können über das Web GUI ausgelesen werden. over temperatur Schaltet den Motor aus, wenn die Platinen-Temperatur mehr als 85°C beträgt. under voltage Schaltet den Motor aus und speichert alle Zustände, falls die Spannung unter 10V absinkt. -
Seite 27: Firmware Upgrade
Die Firmware des HDrives kann aktualisiert werden. Dies kann über das Webinterface in Menu „Maintenance“ gemacht werden. Danach kann die neue Firmware einfach auf den Motor geladen werden. Die Firmware-Dateien können unter www.henschel-robotics.ch/hdrive/firmware heruntergeladen werden. 6.1 Website Upgrade Die Webseite welche das GUI beinhaltet kann separat aktualisiert werden. Dies geschiet ähnlich wie beim Firmwareupgrade über den Reiter «Maintenance». -
Seite 28: Technische Daten
7 Technische Daten 7.1 Standartwerte der Kommunikation bei Auslieferung IP Adresse: 192.168.1.102 Subnetz Maske 255.255.255.0 TCP-Port: 1000 UDP-Port: 1001 7.2 Elektrische Standardbetriebswerte 7.2.1 Versorgungsspannung Name Funktion Einheit Wert Betriebsspannung 12-24 Spitzenstrom Dauerstrom Der HDrive besitzt einen integrierten Verpolungsschutz und übersteht eine Verpolung kurzzeitig ohne Schaden. -
Seite 29: Zeitliche Merkmale
7.2.4 Zeitliche Merkmale Name Minimum Typisch Maximum Einheit Stromreglerfrequenz Positions/Geschwindigkeitsregler- Frequenz Startzeit nach Einschalten Positionssende Frequenz Ethernet TCP Positionssende Frequenz Ethernet UDP 7.2.5 Umweltbedingungen FUNKTION Umgebungstemperatur –10 °C bis 40 °C, nicht kondensierend 7.2.6 Statusanzeige LED FUNKTION Grün blinkend Motor betriebsbereit Grün dauernd Endstufe eingeschaltet Rot blinkend... -
Seite 30: Eingangsbeschaltung
7.3.1 Eingangsbeschaltung: Bild 11: Ein/Ausgangsbeschaltung Alle Logikeingänge am Motor sind 24V kompatibel. 7.3.2 Drehmomentkurve, Gewicht und Abmessungen Drehzahl/Drehmoment Verhalten HDrive17-ETH Speed / Torque Bild 12: Drehzahl / Drehmomentverlauf Seite 30/33 Version 1.42... - Seite 31 7.3.3 Abmessungen HDrive17-ETH: Gewicht, 480 Gramm. 7.3.4 Abmessungen HDrive17-ETH-i Seite 31/33 Version 1.42...
- Seite 32 Übertemperaturschutz Test Bedingungen: 25.9°C Aussentemperatur; 24V; Drehmomentmodus Motor blockiert, Strom auf 0.8A geregelt. Platinen Temperatur steigt nach 12 Minuten auf 75°C und stabilisiert sich dort. Test 3h bei 77°C Antrieb voll funktionsfähig. Seite 32/33 Version 1.42...
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Seite 33: Beispiele
8 Beispiele Weitere Beispiele sind auf www.henschel-robotics.ch zu finden. Seite 33/33 Version 1.42...