Unser dynamisches Nockenschaltwerk
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Elektronische Nockenschaltwerke
Moderne Automationsanlagen erfordern Präzisionsantriebstechnik - Wendling realisiert die Dynamische SteuerungWendling Elektronik enwickelt schon seit über zehn Jahren elektronische Nockenschaltwerke. Ziel der Forschung ist es, mechanische Steuerungen nicht nur zu ersetzen, sondern die Funktion von Nockenschaltwerken um ein vielfaches genauer, einfacher, universeller anwendbar und verschleißfreier zu machen.
Etwas allgemeines zu Nockenschlaltwerken
Das mechanische Nockenschaltwerk betätigt über Teilabschnitte eines Kreises einen Schalter, der über die Länge dieses Teilabschnittes geschlossen ist. Ein solcher Teilabschnitt ist als „Nocke“ definiert. Jeder Schalter stellt einen Ausgang dar. Mehrere parallel angeordnete Kreise ergeben die Anzahl der Ausgänge.Dieses Grundprinzip wurde von den mechanischen Nockenschaltwerken übernommen. Die Programmierung einer Nocke auf einem Ausgang geschieht über die Eingabe eines Einschalt- und eines Ausschaltpunktes. Zwischen diesen Punkten ist der Ausgang eingeschaltet. Gegenüber den mechanischen Nockenschaltwerken sind mit den elektronischen Nockenschaltwerken nun neue Funktionalitäten möglich: So sind eine dynamischen Nockenverschiebung (Kompensation der Totzeit eines angeschlossenen Aktors), Winkel-Zeit-Nocken, elektronische Nullpunktverschiebung und vieles mehr möglich.
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Elektronische Nockenschaltwerke
Dynamisches Nockenschaltwerk MCT3 für Winkelcodierer mit Binär-Eingang Programm: MCT3.2
Funktionsbeschreibung
Dynamisches Nockenschaltwerk MCT3
Nach dem Einschalten der Betriebsspannung werden die Daten aus dem EEProm in den Arbeitsspeicher eingelesen. Das Gerät befindet sich in der Arbeitsstellung. In der Taste 'RUN' leuchtet die grüne LED. Zwei vierstellige 7-segmentanzeigen zeigen die Stellung des Winkelcodierers, sowie die Geschwindigkeit an. Ab einer Geschwindigkeit von größer 10 Umdr./Min wird die Winkelanzeige dunkel geschaltet.
Die Grenzwerte können innerhalb der 360 Grad beliebig gesetzt werden. Der Anfangswert kann z. B. bei 350 Grad, der Endwert bei 10 Grad programmiert sein. Der Nocken ist dann von 350 bis 10 Grad aktiv.
In der Standardausführung sind die ersten 8 Nocken dynamisch programmierbar. Die dynamische Verschiebung wird nicht über Zeit, sondern über Winkelgrade erreicht. Der Wert für die Voreilung (dynamischer Wert) muß einzeln für jeden Kanal unter den Kanalnummern 51 bis 58 eingegeben werden. Am einfachsten kann man diesen Wert wie folgt ermitteln: Man stellt die Geschwindigkeit auf 80 Umdrehungen ein und stoppt die Maschine. Die Differenz aus dem Sollwert (programmierter Nocken) und dem Istwert (angezeigter Wert) ist der Wert, der als dynamischer Wert programmiert werden muß. Die Berechnungsgrundlage für den Rechner ist 80 UPM. Wenn 80 UPM nicht gefahren werden kann, so läßt sich mit einer Verhältnisrechnung auch der dynamischen Wert ermitteln. Da man während des Betriebs programmieren kann, lassen sich auch durch praktisches Ausprobieren leicht Korrekturen vornehmen oder komplette Einstellungen machen. Bitte beachten: Die programmierten Werte werden erst mit dem Drücken der Taste 'Set Sollwert' übernommen.
Das Programmieren im Teach-In Mode wird man in der Praxis so vornehmen, daß die Maschine an die Stelle gefahren wird, wo der Nocken aktiviert werden soll. Der vorgesehene Kanal muß angewählt und die Taste 'Anfang' gedrückt sein. Durch Drücken der Taste 'Set Istwert' wird jetzt der augenblickliche Istwert der Winkelanzeige als Anfangswert zwischengespeichert. Danach fährt man zu der Position, wo der Nocken ausgeschaltet werden soll, wählt die Taste 'Ende' und drückt nochmals die Taste 'Set Istwert'. Durch Umschalten der Tasten 'Anfang' und 'Ende' kann man sich zu Kontrolle beide Werte noch einmal ansehen, bevor man die Werte mit der Taste 'Set Sollwert' zur Auswertung übergibt.
Nach dem Einschalten der Betriebsspannung werden die Daten aus dem EEProm in den Arbeitsspeicher eingelesen. Das Gerät befindet sich in der Arbeitsstellung. In der Taste 'RUN' leuchtet die grüne LED. Zwei vierstellige 7-segmentanzeigen zeigen die Stellung des Winkelcodierers, sowie die Geschwindigkeit an. Ab einer Geschwindigkeit von größer 10 Umdr./Min wird die Winkelanzeige dunkel geschaltet.
Die Grenzwerte können innerhalb der 360 Grad beliebig gesetzt werden. Der Anfangswert kann z. B. bei 350 Grad, der Endwert bei 10 Grad programmiert sein. Der Nocken ist dann von 350 bis 10 Grad aktiv.
In der Standardausführung sind die ersten 8 Nocken dynamisch programmierbar. Die dynamische Verschiebung wird nicht über Zeit, sondern über Winkelgrade erreicht. Der Wert für die Voreilung (dynamischer Wert) muß einzeln für jeden Kanal unter den Kanalnummern 51 bis 58 eingegeben werden. Am einfachsten kann man diesen Wert wie folgt ermitteln: Man stellt die Geschwindigkeit auf 80 Umdrehungen ein und stoppt die Maschine. Die Differenz aus dem Sollwert (programmierter Nocken) und dem Istwert (angezeigter Wert) ist der Wert, der als dynamischer Wert programmiert werden muß. Die Berechnungsgrundlage für den Rechner ist 80 UPM. Wenn 80 UPM nicht gefahren werden kann, so läßt sich mit einer Verhältnisrechnung auch der dynamischen Wert ermitteln. Da man während des Betriebs programmieren kann, lassen sich auch durch praktisches Ausprobieren leicht Korrekturen vornehmen oder komplette Einstellungen machen. Bitte beachten: Die programmierten Werte werden erst mit dem Drücken der Taste 'Set Sollwert' übernommen.
Das Programmieren im Teach-In Mode wird man in der Praxis so vornehmen, daß die Maschine an die Stelle gefahren wird, wo der Nocken aktiviert werden soll. Der vorgesehene Kanal muß angewählt und die Taste 'Anfang' gedrückt sein. Durch Drücken der Taste 'Set Istwert' wird jetzt der augenblickliche Istwert der Winkelanzeige als Anfangswert zwischengespeichert. Danach fährt man zu der Position, wo der Nocken ausgeschaltet werden soll, wählt die Taste 'Ende' und drückt nochmals die Taste 'Set Istwert'. Durch Umschalten der Tasten 'Anfang' und 'Ende' kann man sich zu Kontrolle beide Werte noch einmal ansehen, bevor man die Werte mit der Taste 'Set Sollwert' zur Auswertung übergibt.
Programmieren
Das Programmieren der Nocken und der dynamischen Vorhaltewerte kann während des Betriebs erfolgen und hat keine Auswirkung auf die Steuerung. Es kann entweder im Teach-in-Mode oder über die Tastatur programmiert werden. Im linken Tastenfeld sind 3 Betriebsarten farblich gekennzeichnet. Tasten mit Teilfarben haben Unterfunktionen der angewählten Betriebsart.
Grüne Taste: RUN
Die Taste 'RUN' wird gedrückt, wenn der Programmiermodus beendet werden soll. Wenn die grüne LED in der Taste leuchtet, befindet sich das Nockenschaltwerk in der Arbeitsstellung.
Gelbe Taste: Teach-in.
Nach Anwahl dieser Taste leuchtet die grüne LED in der Taste und auf der Winkelanzeige erscheinen 4 waagerechte Balken. Das Gerät erwartet einen 4-stelligen Codeschlüssel.
Nach Eingabe der richtigen Zahl blinkt die linke Anzeige und zeigt den Anfangswert des ersten Nockens an. Die gelbe LED in der Anzeige leuchtet und auf der rechten Anzeige erscheint 'A01'. Das A steht für Anfang.
Nun kann der Istwert des Winkelcodierers als Anfangswert des Nockens übergeben werden, indem die Taste 'Set Istwert' gedrückt wird. Der neue Anfangswert erscheint auf der linken Anzeige und gleichzeitig ist links der untere Balken zu sehen. Dieser zeigt an, daß der Anfangswert in den Zwischenspeicher übernommen wurde. Nach Betätigung der Taste 'Ende' wird für den Endwert des Nockens ebenso verfahren. Auf der rechten Anzeige steht nun 'E01' für den Endwert.
Nach Drücken der Taste 'Set Istwert' erscheint der obere Balken der linken Anzeige. Die beiden zwischengespeicherten Werte können anschließend mit den Tasten '+' oder '-' jeweils erhöht oder erniedrigt werden. Mit der Taste 'Set Sollwert' werden die beiden zwischengespeicherten Werte in den Arbeitsspeicher übernommen und im EEProm abgespeichert. Diese Funktion wird ebenfalls auf der linken Anzeige sichtbar gemacht, indem nun alle 3 waagerechten Balken angezeigt werden.
Drückt man die Taste 'Kanal' bevor 'Set Sollwert' betätigt wird, so erfolgt keine Abspeicherung, es erscheinen wieder die alten Werte.
Um weitere Kanäle zu programmieren drückt man die Taste 'Kanal'. Die rechte Kanalanzeige blinkt nun und zeigt an, daß die Kanalnummer verändert werden kann. Dies kann durch die Eingabe einer 2-stelligen Zahl geschehen, oder durch Drücken der Tasten '+' oder '-'. Eine direkte Kanaleingabe ist im Teach-In-Mode nur bis Kanal 48 möglich.
Blaue Taste: Prog
In dieser Betriebsart werden die Grenzwerte direkt über die Tastatur eingegeben. Nur in dieser Betriebsart ist auch das Programmieren der dynamischen Vorhaltewerte möglich. Wie oben beschrieben, muß auch hier der Zahlenschlüssel eingegeben werden. Die Nocken werden nun über die Tastatur als Anfangs- und End-werte direkt eingegeben. Mit Drücken der Taste 'Set Sollwert' werden die Grenzwerte in den Arbeitsspeicher übernommen.
Die dynamischen Werte sind in den Kanälen 51 bis 58 abgelegt entsprechend den Kanälen 1 bis 8. Um in diesen Kanalbereich zu gelangen, muß die Anwahl zuerst einmal direkt mit der Eingabe einer Kanalzahl erfolgen. Danach bleibt man mit dem Drücken der '+/-' Tasten immer im Bereich 51 bis 58. In der rechten Anzeige steht hier ein 'd' vor der Kanalnummer, und die LED 'Anfang' oder 'Ende' verlischt, da ja nur ein Wert pro Kanal programmiert wird.
Versucht man Werte abzuspeichern, die größer als 359 oder im dynamischen Bereich größer als 159 sind, so wird 'Err 2' angezeigt. 'Err 1' wird gemeldet, wenn ein falscher Zahlenschlüssel eingegeben wurde.
Wenn einmal der Zahlenschlüssel eingegeben ist, kann man beliebig zwischen den Tasten 'Teach-in' und 'Prog' hin- und herschalten.
Control-Mode
Drückt man die Taste 'Prog' und anschließend die Taste 'Kanal', so kann man über die '+/-'-Tasten oder durch direkte Kanalwahl alle gespeicherten Daten zur Anzeige bringen, ohne daß diese Werte verändert werden können. Auf der rechten Anzeige erscheint vor der Kanalnummer ein CA, CE oder ein Cd.
Grüne Taste: RUN
Die Taste 'RUN' wird gedrückt, wenn der Programmiermodus beendet werden soll. Wenn die grüne LED in der Taste leuchtet, befindet sich das Nockenschaltwerk in der Arbeitsstellung.
Gelbe Taste: Teach-in.
Nach Anwahl dieser Taste leuchtet die grüne LED in der Taste und auf der Winkelanzeige erscheinen 4 waagerechte Balken. Das Gerät erwartet einen 4-stelligen Codeschlüssel.
Nach Eingabe der richtigen Zahl blinkt die linke Anzeige und zeigt den Anfangswert des ersten Nockens an. Die gelbe LED in der Anzeige leuchtet und auf der rechten Anzeige erscheint 'A01'. Das A steht für Anfang.
Nun kann der Istwert des Winkelcodierers als Anfangswert des Nockens übergeben werden, indem die Taste 'Set Istwert' gedrückt wird. Der neue Anfangswert erscheint auf der linken Anzeige und gleichzeitig ist links der untere Balken zu sehen. Dieser zeigt an, daß der Anfangswert in den Zwischenspeicher übernommen wurde. Nach Betätigung der Taste 'Ende' wird für den Endwert des Nockens ebenso verfahren. Auf der rechten Anzeige steht nun 'E01' für den Endwert.
Nach Drücken der Taste 'Set Istwert' erscheint der obere Balken der linken Anzeige. Die beiden zwischengespeicherten Werte können anschließend mit den Tasten '+' oder '-' jeweils erhöht oder erniedrigt werden. Mit der Taste 'Set Sollwert' werden die beiden zwischengespeicherten Werte in den Arbeitsspeicher übernommen und im EEProm abgespeichert. Diese Funktion wird ebenfalls auf der linken Anzeige sichtbar gemacht, indem nun alle 3 waagerechten Balken angezeigt werden.
Drückt man die Taste 'Kanal' bevor 'Set Sollwert' betätigt wird, so erfolgt keine Abspeicherung, es erscheinen wieder die alten Werte.
Um weitere Kanäle zu programmieren drückt man die Taste 'Kanal'. Die rechte Kanalanzeige blinkt nun und zeigt an, daß die Kanalnummer verändert werden kann. Dies kann durch die Eingabe einer 2-stelligen Zahl geschehen, oder durch Drücken der Tasten '+' oder '-'. Eine direkte Kanaleingabe ist im Teach-In-Mode nur bis Kanal 48 möglich.
Blaue Taste: Prog
In dieser Betriebsart werden die Grenzwerte direkt über die Tastatur eingegeben. Nur in dieser Betriebsart ist auch das Programmieren der dynamischen Vorhaltewerte möglich. Wie oben beschrieben, muß auch hier der Zahlenschlüssel eingegeben werden. Die Nocken werden nun über die Tastatur als Anfangs- und End-werte direkt eingegeben. Mit Drücken der Taste 'Set Sollwert' werden die Grenzwerte in den Arbeitsspeicher übernommen.
Die dynamischen Werte sind in den Kanälen 51 bis 58 abgelegt entsprechend den Kanälen 1 bis 8. Um in diesen Kanalbereich zu gelangen, muß die Anwahl zuerst einmal direkt mit der Eingabe einer Kanalzahl erfolgen. Danach bleibt man mit dem Drücken der '+/-' Tasten immer im Bereich 51 bis 58. In der rechten Anzeige steht hier ein 'd' vor der Kanalnummer, und die LED 'Anfang' oder 'Ende' verlischt, da ja nur ein Wert pro Kanal programmiert wird.
Versucht man Werte abzuspeichern, die größer als 359 oder im dynamischen Bereich größer als 159 sind, so wird 'Err 2' angezeigt. 'Err 1' wird gemeldet, wenn ein falscher Zahlenschlüssel eingegeben wurde.
Wenn einmal der Zahlenschlüssel eingegeben ist, kann man beliebig zwischen den Tasten 'Teach-in' und 'Prog' hin- und herschalten.
Control-Mode
Drückt man die Taste 'Prog' und anschließend die Taste 'Kanal', so kann man über die '+/-'-Tasten oder durch direkte Kanalwahl alle gespeicherten Daten zur Anzeige bringen, ohne daß diese Werte verändert werden können. Auf der rechten Anzeige erscheint vor der Kanalnummer ein CA, CE oder ein Cd.
Einbau und Verdrahtung
Für den Einbau ist ein Ausschnitt von 138 x 138 erforderlich. Mit zwei beigefügten langen Befestigungsspangen wird das Gehäuse von hinten festgeschraubt.
Die Winkelcodierer für 360 Grad Auflösung besitzen 9 Ausgänge, die an die Klemmen 61 bis 69 angeschlossen werden. Die Klemme 70 führt die 24 Volt Anschlußspannung, jedoch ist diese Spannung über eine Verpolschutzdiode geführt. Die Eingangsspannung am MCT3 kann gefahrlos verpolt werden. Die Klemmen 71 bis 74 sind identisch mit den Anschlußspannungsklemmen 0 Volt.
Die Ausgänge an den Klemmen 1 bis 56 sind untereinander gleich. Es sind gegen Plus schaltende Transistor-Ausgänge, die mit einer digitalen Strombegrenzung ausgeführt sind und sich auch bei längerem Kurzschluß nicht erwärmen. Wenn an die Ausgänge Relais angeschlossen werden, sollten über die Spulen nicht die üblichen Dioden als Schutzbeschaltung gelegt werden, wegen der zu hohen Abfallverzögerung. Die Schutzbeschaltung der Ausgänge des MCT3 ist so ausgelegt, daß die Abschaltinduktivität erst bei ca -24 Volt begrenzt wird.
Die Klemmen 1 bis 48 sind den Kanälen 1 bis 48 zugeordnet. Die Klemmen 49 bis 56 sind Ausgänge des Drehzahlmessers im BCD-Code, zum Anschluß einer Fernanzeige.
Die Winkelcodierer für 360 Grad Auflösung besitzen 9 Ausgänge, die an die Klemmen 61 bis 69 angeschlossen werden. Die Klemme 70 führt die 24 Volt Anschlußspannung, jedoch ist diese Spannung über eine Verpolschutzdiode geführt. Die Eingangsspannung am MCT3 kann gefahrlos verpolt werden. Die Klemmen 71 bis 74 sind identisch mit den Anschlußspannungsklemmen 0 Volt.
Die Ausgänge an den Klemmen 1 bis 56 sind untereinander gleich. Es sind gegen Plus schaltende Transistor-Ausgänge, die mit einer digitalen Strombegrenzung ausgeführt sind und sich auch bei längerem Kurzschluß nicht erwärmen. Wenn an die Ausgänge Relais angeschlossen werden, sollten über die Spulen nicht die üblichen Dioden als Schutzbeschaltung gelegt werden, wegen der zu hohen Abfallverzögerung. Die Schutzbeschaltung der Ausgänge des MCT3 ist so ausgelegt, daß die Abschaltinduktivität erst bei ca -24 Volt begrenzt wird.
Die Klemmen 1 bis 48 sind den Kanälen 1 bis 48 zugeordnet. Die Klemmen 49 bis 56 sind Ausgänge des Drehzahlmessers im BCD-Code, zum Anschluß einer Fernanzeige.
Art des Winkelcodierers
Gebräuchlich sind Winkelcodierer im Binär-Code oder im Gray- Code. Das MCT3 kann beide Arten verarbeiten. Die Type muß jedoch bei der Bestellung angegeben werden, wenn der Winkelcodierer von Ihnen beigestellt wird.
Technische Daten
| Spannungsversogung | Ub 15 - 30 V DC |
| Restwelligkeit | < 15% |
| Stromaufnahme | < 200 mA ohne Ausgangsbelastung |
| Anzahl der Ausgänge | 48 PNP-schaltend, kurzschlußfest |
| Ausgangsspannung der Ausgänge | Ub minus 1V, aktiv high |
| Ausgangsstrom pro Ausgang | 80 mA |
| Arbeitstemperatur | von 0 bis 60° C |
| Lagertemperatur | von -20 bis 70° C |

