EtherCAT Motor Controller
Massgeschneiderte Motorsteuerung auf Akrodyn-Basis mit EtherCAT, Safety PLe und Zertifizierung nach CE, UL und CSA für den globalen Einsatz in Industriemaschinen.
- Maschinenbau
- Elektronik
Challenges
Die bestehenden Motorsteuerungen im Maschinensystem sollten durch eine massgeschneiderte Lösung ersetzt werden. Die neue Steuerung muss direkt per EtherCAT in die Maschinenarchitektur integriert werden, sämtliche bestehenden Motoren und Sensoren ansteuern und sich nahtlos in die Safety-Architektur einfügen.
Die Spannungsversorgung reicht bis 100 VDC bei einem Dauerstrom von 15 Arms und kurzzeitig 30 A Peak. Das stellt an Gate-Treiber und Strommessverstärker hohe Anforderungen, da die meisten Standardkomponenten für diese Spannungsklasse nicht ausgelegt sind.
Gleichzeitig musste die Steuerung für den Weltmarkt zertifiziert werden: CE/IEC für Europa, UL für die USA und CSA für Kanada. Dazu kommt die Funktionale Sicherheit nach IEC 61508 für den STO auf Performance Level e.
Eine Gebrauchsdauer von 20 Jahren und globale Verfügbarkeit aller Schlüsselkomponenten waren Pflichtanforderungen.
Unser Vorgehen
Als Mikrocontroller wurde von Texas Instruments eine MCU gewählt mit zwei 32-Bit-CPUs mit 200 MHz plus zwei Co-CPUs für echte Parallelverarbeitung. CPU1 übernimmt die Motorregelung mit Field Oriented Control, CPU2 kommuniziert über einen dedizierten RAM-Bereich mit der EtherCAT-Seite.
Für den Gate-Treiber wurden Kandidaten von Onsemi und Infineon evaluiert, die 100 VDC Betriebsspannung tolerieren und Kurzschlussabschaltung in unter 530 ns liefern. Die Strommessung erfolgt direkt an den Phasen über den INA241 von Texas Instruments, der Common-Mode-Spannungen bis 120 VDC toleriert und so die Regelgenauigkeit gegenüber Standardmessungen erhöht.
Der STO PLe wird rein in Hardware realisiert: zwei unabhängige Abschaltpfade mit separatem Feedback, ohne Safety-Software. Das beschleunigt die Zertifizierung erheblich und vermeidet aufwändige Softwarevalidierung nach IEC 61508.
Die Kabelbäume werden vollständig grafisch dokumentiert und mit der Stückliste an den Fertigungspartner übergeben, um Montage- und Produktionsfehler zu minimieren.
Resultate einer solchen Entwicklung
Der Kunde erhält eine vollständig massgeschneiderte Motorsteuerung auf Basis der bewährten Akrodyn-Motorregelungstechnologie, angepasst an Spannungsklasse, Schnittstellen und Sicherheitsanforderungen der eigenen Maschinen.
Die hardwarebasierte STO-Implementierung ermöglicht eine schnelle CE-Zertifizierung ohne den langen Weg über Software-Safety nach IEC 61508.
Durch die dezentrale EtherCAT-Architektur ist die Steuerung direkt in den bestehenden Maschinenbuszyklus integrierbar und liefert Regelrückmeldungen mit Sub-Millisekunden-Latenz.
Die Zertifizierungsstrategie mit UL-kompatiblen Komponenten und begleitender Dokumentation legt die Grundlage für den Marktzugang in Nordamerika.
Weitere Projekte
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