Was ist der Unterschied zwischen einem Servoantrieb und einem Motion Controller?

Nov 01, 2023

Von The Robot Report Staff | 11. Juli 2022

In der Automatisierungswelt kann es einen schmalen Grat zwischen dem geben, was als Motion Controller gilt, und dem, was einen einfachen Servoantrieb darstellt. Es ist wichtig, die Funktionalität und Intelligenz jedes Geräts zu verstehen, da in vielen Anwendungen sowohl ein Motion-Controller als auch ein Servoantrieb erforderlich sind, um das System zu vervollständigen.

Ein Servomotor wird von einem Servoantrieb angetrieben, der die Motorspulen mit Spannung und Strom versorgt und dann die Rückmeldung überwacht, um den Servokreis zu schließen. In den meisten Fällen besteht der Servoantrieb aus drei eingebetteten Servoschleifen – der Strom- (oder Drehmoment-) Schleife, der Geschwindigkeitsschleife und der Positionsschleife – die miteinander interagieren, um eine präzise Bewegung zu erzeugen. Der erwartete Motorbetrieb bestimmt, welche Schleifen erforderlich sind.

Bei einer Drehmomentsteuerungsanwendung eines bürstenlosen Gleichstromservomotors liefert ein „Gerät“ Strom und Spannung an einen Motor auf der Grundlage eines befohlenen Eingangssignals, das anhand der Stromrückführung gemessen wird. Das Gerät, das den Motor mit Strom versorgt, wird im Fachjargon Servoverstärker oder Servoantrieb genannt. Ein Strom- oder Drehmomentantrieb ist nutzlos, es sei denn, er erhält einen bestimmten Befehl, der ihm mitteilt, welches Drehmoment er erzeugen soll. Der Befehl kann aus verschiedenen Quellen stammen, die im Wesentlichen als „Controller“ fungieren. Der Befehl kann so einfach sein wie eine Person, die als Controller fungiert und manuell ein Potentiometer einstellt, um basierend auf dem gewünschten Ausgangsdrehmoment ein +/- 10-V-Gleichstromsignal an den Antrieb anzulegen.

In einem typischen bürstenlosen Gleichstromservosystem sind drei eingebettete Schleifen mit verschiedenen Kompensations- und Filterelementen vorhanden. Die innere Schleife (die Stromschleife) wird durch die Geschwindigkeitsschleife gesteuert, die wiederum durch die Positionsschleife gesteuert wird. Der Stromregelkreis befindet sich immer im Antrieb, während sich die Geschwindigkeits- und Positionsregelkreise entweder im Antrieb oder in der Steuerung befinden. Die Stromschleife verwendet einen Motorstromsensor, um den Strom in den Motorwicklungen zu messen, während die Geschwindigkeitsschleife einen Geschwindigkeitssensor (typischerweise einen Encoder) verwendet, um die Motorgeschwindigkeit zu messen, der auch Positionsinformationen zum Schließen der Positionsschleife liefert.

Motion Controller sind mikroprozessorbasierte Geräte mit komplexen Algorithmen, die pulsweitenmodulierte (PWM) Wellenformen erzeugen. Leistungstransistoren im Servoantrieb übertragen die Strom- und Spannungswellenformen, um den Motor mit Energie zu versorgen. Der Motion Controller verarbeitet typischerweise die Feedback-Informationen der verschiedenen Servoschleifen. Steuerungen verwenden Rückmeldungsinformationen, um den Motor so zu kommutieren, dass er sich genau so verhält, wie es vom Mikroprozessor vorgegeben wird. Im Wesentlichen fungiert die vom Mikroprozessor bereitgestellte Intelligenz als Steuerung, während die mit den Leistungsgeräten verbundene Elektronik als Antrieb fungiert. Grundsätzlich handelt es sich bei einer Steuerung um das Element, das einen bestimmten Befehl an eine Positions-, Geschwindigkeits- oder Stromschleife anwendet, während ein Antrieb den Motoren die von der Steuerung geforderte Spannung und den Strom bereitstellt.

Der Controller ist typischerweise ein programmierbares Gerät, das vom Programmierer bereitgestellten Code speichert und ausführt. Die Programmierung wird in einer Vielzahl von Sprachen entwickelt, z. B. BASIC, C+/C++, VB und in den in den IEC 61131-3-Standards spezifizierten Sprachen. Steuerungen verfügen über zahlreiche Sicherheitselemente, um Überlastungen zu verhindern oder die Bewegung bei Komponentenausfällen zu stoppen. Antriebe hingegen konzentrieren sich in der Regel auf den Empfang der Eingangsbefehle des Controllers und das Ein- und Ausschalten der Leistungstransistoren. Dadurch werden der Strom und die Spannung erzeugt, die erforderlich sind, um das vorgegebene Drehmoment und die vorgegebene Drehzahl zu erreichen.

Mit Fortschritten bei Mikroprozessoren und neuen Schaltgeräten werden Steuerungen und Antriebe immer stärker miteinander verflochten – meist in zentralen Systemen, bei denen die gesamte Elektronik in einem einzigen Schaltschrank untergebracht ist. Bei dezentralen Lösungen befindet sich der Motion Controller im Schrank, während die Antriebe in der Nähe der Motoren angeordnet sind und über einen Motion Field Bus mit dem zentralen Motion Controller kommunizieren.

Anmerkung der Redaktion:Dieser Artikel wurde von einem Team von Bewegungs- und Automatisierungsexperten bei Kollmorgen verfasst, darunter Ingenieure, Kundendienst- und Designexperten.