Motorsteuerungs-Encoder-Anwendungen Für eine bessere Datenkommunikation

Encoder-Anwendungen in Motorsteuerungen sind eine Herausforderung für die Datenkommunikation. Wie sich die RS-485-Kommunikation hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit optimieren lässt, lesen Sie hier.

Drehgeber werden in industriellen Automatisierungssystemen in großem Umfang verwendet. Eine typische Anwendung für diese Art von Encoder sind elektrische Maschinen, bei denen der Encoder an die rotierende Welle angeschlossen ist und damit Rückkopplungssignale für das Steuerungssystem liefert. Hauptaufgaben des Encoders sind die Messung von Winkelposition und Drehzahl. Zusätzlich erfüllt er weitere Funktionen, beispielsweise zur Systemdiagnose und zur Parameterkonfiguration.

Bild 1 zeigt eine Motorsteuerungssignalkette, bei der ein RS-485-Transceiver und ein Mikroprozessor als Schnittstelle zwischen Absolut-Encoder-Slave (ABS-Encoder) und einem industriellen Servo-Antrieb als Master für die Steuerung eines AC-Motors mit geschlossener Regelschleife verwendet werden.

Die RS-485-Kommunikationsschnittstelle zwischen Servo-Antrieb und ABS-Encoder verlangt normalerweise hohe Datenraten von bis zu 16 MHz sowie geringe Signalverzögerungen. Die RS-485-Verkabelung beträgt im Normalfall maximal 50 m, kann sich in manchen Fällen aber auch bis auf 150 m erstrecken. Encoder-Applikationen in Motorsteuerungen stellen für die Datenkommunikation Herausforderungen dar. Elektrisches Rauschen und lange Leitungsverbindungen wirken sich auf die Zuverlässigkeit der RS-485-Kommunikation aus.

Dieser Artikel konzentriert sich vor allem auf zwei ausgewählte Bausteine, von denen Motorsteuerungsapplikationen deutlich profitieren können. Dabei handelt es sich um den 50 Mbit/s schnellen RS-485-Transceiver ADM3065E und den Mixed-Signal-Steuerungsprozessor ADSP-CM40x, beide von Analog Devices.

Der RS-485-Transceiver ADM3065E wurde für einen zuverlässigen Betrieb in rauen Umgebungen entwickelt, beispielsweise für Encoder in Motorsteuerungen. Weitere Eigenschaften des Encoders sind seine hohe Rauschimmunität sowie die ESD-Festigkeit nach IEC 61000-4-2.

Rauschimmunität

Die RS-485-Übertragung ist symme­trisch, differenziell und von Natur aus rauschimmun. Das Systemrauschen koppelt gleichermaßen in jede Leitung einer verdrillten RS-485-Verbindung ein. Ein Signal emittiert das Gegenteil des anderen Signals und elektromagnetische Felder, die in den RS-485-Bus einkoppeln, löschen sich gegenseitig aus.

Dies reduziert die elektromagnetischen Interferenzen (EMI) des Systems. Darüber hinaus ermöglicht die erhöhte Treiberstärke des ADM3065E von 2,1 V ein gutes Signal-/Rausch-Verhältnis (SNR) in der Kommunikation.

Den ADM3065E mit Signalisolation auszustatten, kann mit Hilfe des ­ADuM141D erfolgen. Der ADuM141D ist ein vierkanaliger Digitalisolator, der auf der iCoupler-Technologie von Analog Devices basiert. Der ADuM141D arbeitet mit Datenraten bis 150 Mbit/s und eignet sich damit für die Verwendung in Verbindung mit dem 50 Mbit/s schnellen RS-485-Transceiver ADM3065E (Bild 2).

Mit dem DPI-Verfahren (Direct Power Injection) lässt sich messen, wie gut ein integrierter Baustein Rauschen unterdrücken kann, das in die Stromversorgungs- oder Eingangspins eingespeist wird. Die Isolationstechnologie im ADuM141D wurde gemäß des Standards DPI IEC 62132-4 getestet. Während der ADuM141D eine überzeugende Rauschimmunität über den gesamten Betriebsfrequenzbereich beibehält, zeigen andere vergleichbare Isolationsprodukte Bit-Fehler im Frequenzband von 200 bis 700 MHz.