Wegmesssystem Bestens durchdacht

Unterschiedlichste Anwendungen können Wegmessungen (radial oder linear) haben. Dies kann von einer Stellungsrückmeldung einer Klappe bis hin zu einer fliegenden Säge sein. Je nach Anwendung werden eine benötigte Wegmessung und deren Positionierung gewählt. Diese ist sehr oft aufgrund von der geforderten Genauigkeit abhängig.

Ein Anwendungsfall ist zum Beispiel eine automatische Umsetzmaschine.
Diese besitzt für die Positionierung unterschiedliche Typen von Wegmessungen.

  • Positionsschalter
  • Berechneter Weg
  • Inkrementaler Drehgeber (Funktionsprinzip beruht auf dem Auszählen von Pulsen)

 

Positionsschalter

Als einfachste Anwendung gelten die Positionsschalter. Jedes Fahrwerk benötigt zumindest zwei Positionsschalter, nämlich Endlagen. Diese werden einerseits als Fixpunkte benötigt und bei Verwendung einer Wegmessung als Referenzpunkt, wo die Werte der Wegmessung mit einem Fixpunkt abgeglichen werden.
Es ist natürlich möglich, dass diese Endlagen auch aufgrund einer analogen Stellungsrückmeldung generiert werden. Hierbei ist zu beachten, dass eine ausreichende mechanische Sicherung vorhanden ist, da es sonst zu Problemen kommen kann. Eine Anwendung hierfür ist zum Beispiel eine Klappe für die Lufttechnik, welche mit Stellungsrückmeldung jedoch ohne Endlagen ausgestattet ist.

Berechneter Weg

Sollte ein Fahrwerk nur Positionsschalter haben, da aufgrund der Anwendung nur ein Fahren zwischen diesen Endlagen benötigt wird, besteht zusätzlich die Möglichkeit, den aktuellen Weg zu berechnen. Wichtig ist hierbei, dass der Antrieb mit gleich bleibender Geschwindigkeit in Betrieb ist. Sonst wird die Toleranz zwischen der Berechnung und der Realität zu groß. Generell ist für diese Art der Ermittlung des aktuellen Weges zu beachten, dass die Toleranzen zwischen Soll und Ist bei ca. 10% des Verfahrweges angenommen werden müssen. Genauer kann nicht verfahren werden. Zumeist dient diese Berechnung nur als zusätzliche Information für ein Prozessleitsystem, wo das Aggregat sich in etwa befinden sollte.

 Sensor mit Geberrad

Die einfachste Form einer Wegmessung besteht aus einem Sensor (zumeist ein induktiver Näherungsschalter) und einem Geberrad, welches die Form eines Zahnrades besitzt. Der Sensor ist fix montiert und das Geberrad auf der Welle. Der Sensor darf nur die Zähne des Geberrades erkennen. Pro positiver Flanke wird je nach Betriebsrichtung ein definierter Weg zum aktuellen Weg addiert oder subtrahiert. In den Endlagen kann die Wegmessung auf eingestellte Punkte referenziert werden. Ein Fahrwerk lässt sich hiermit mit einfachen Mitteln auf einige Zentimeter genau positionieren.

Drehgeber

In einfachen Anwendungen werden Drehgeber eingebaut. Als einfachste gilt das Drehpotentiometer. Es wird hierbei je nach Stellung eine Spannung zwischen + / – 10 V gemeldet, welche in einen Weg oder einen Winkel umgerechnet werden. Diese Art der Ermittlung wird z.B. bei Regelklappen verwendet.

Inkrementale Drehgeber

Inkrementale Drehgeber haben bereits eine sehr hohe Auflösung und mittels Auswertegeräte kann teilweise auf Millimeter genau positioniert werden. Drehgeber werden überall dort eingebaut, wo mittels Rotation der Weg ermittelt werden kann. Es gibt diese in jeglichen Ausführungen. Als Komplettgerät kann der Drehgeber bereits mit Busschnittstelle eingebaut werden. Dieser benötigt lediglich das Buskabel, da die Spannungsversorgung vom Bus genommen wird.

Lineare Maßstäbe

Für schnelle, jedoch auch genaue Anwendungen, welche linear ausgeführt werden, können lineare Maßstäbe verwendet werden. Es ist allerdings zu beachten, dass der Verfahrweg nur so lang wie der Stab sein kann. Je länger der Stab, desto ungenauer wird die Auflösung wieder.

Positionierung

Egal, welche Art der Wegermittlung nun gewählt wird, lässt sich eine dafür geeignete Positionierung durchführen.

Wichtig ist hierbei nur, dass bei der Anwendung die geringste Auflösung bekannt ist. Diese definiert den Tot-Bereich der Messung. Dazu sollte auch das Bremsvermögen des Antriebs zählen. Es macht keinen Sinn, eine extrem genaue Messung zu haben, wenn der Antrieb über den Tot-Bereich schwingt. Zwar lässt sich ein Vorabschaltpunkt definieren, doch gerade bei geringen Wegen kann das zu Problemen führen, wenn der Antrieb nicht die geforderte Geschwindigkeit erreicht. Dann hat dieser nicht die ausreichende Trägheit und der Antrieb bleibt bereits vor dem zu erreichenden Punkt stehen.

 

Für eine Positionierung gelten als Parameter immer die folgenden Werte

  • Tot-Bereich: In welchem der Weg nicht geändert wird.
  • Bremsbereich: Bei einem geregelten Antrieb wird die Geschwindigkeit gesenkt. Dies ermöglicht ein genaueres Positionieren.
  • Vorabschaltung: Bei einer immer gleichen Trägheit des Antriebes kann dieser Punkt eingestellt werden. Der Antrieb wird bereits außerhalb des Tot-Bereichs deaktiviert und läuft zum gewünschten Punkt aus.

 

Zusätzlich können verschiedenste Überwachungsmechanismen aktiviert werden. Eine Laufüberwachung, ob sich der Weg innerhalb einer Zeit genügend ändert oder ob gesetzte Grenzen nicht überschritten werden. Es besteht noch zusätzlich die Möglichkeit, eine Master / Slave (bezeichnet eine Form der Verwaltung des Zugriffs auf eine gemeinsame Ressource) Umschaltung auszuführen, falls zwei Wegmessungen installiert wurden. Diese überprüfen sich gegenseitig. Sollte der gemeldete Weg zu stark differieren, wird eine Meldung gesetzt.