Proportionalverstärker 1/6 1 Versorgungsspannung +24 V DC 2
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162255 Proportionalverstärker 1 1 3 8 9 W1 + INT W1 W2 7 2 Bedienelemente 1 2 3 4 5 6 7 8 9 © Festo Didactic GmbH & Co., 02/2001 5 6 A 4 OE A FUNCTION IA IA BASIC IB IB BASIC IA JUMP W1 INT W2 W2 IB JUMP OE B IA MAX INT W1 IB MAX INT W2 D/E DITHER CONTRAST B 2 Versorgungsspannung +24 V DC Versorgungsmasse 0 V Anzeige Ausgänge A und B Freigabe der Ausgänge A und B (output enable) Drehknopf Wahlschalter Eingänge für externe Sollwerte Interne Sollwerte Änderungen vorbehalten 1/6 162255 Proportionalverstärker Aufbau Die Karte des Proportionalverstärkers ist in einer kleinen Elektronik-Gehäuseeinheit untergebracht. Die elektrischen Anschlüsse sind als 4 mm Sicherheitsbuchsen ausgeführt. Die Befestigung der Einheit erfolgt im Aufnahmerahmen oder auf der Profilplatte mit Hilfe von vier Steckadaptern. Funktion Die Verstärkerkarte dient zur Ansteuerung von Proportionalventilen. Der Verstärker ist so aufgebaut, dass entweder zwei unabhängige Magnete (1 Kanal) oder ein Ventil mit zwei Magneten (2 Kanal), z.B. 4/3-Wege-Proportionalventil, angesteuert werden kann. Die Karte arbeitet somit wahlweise wie zwei 1-Kanal-Verstärker oder als ein 2-Kanal-Verstärker. Hierfür werden Sollwerte (Spannungssignale) in den für die Proportionalventile nötigen Magnetstrom gewandelt. Diese Aufgabe wird von zwei pulsweitenmodulierten Endstufen erbracht. Die Funktion der Endstufen kann mit einem Schalter verglichen werden. Dieser wird eine Zeit eingeschaltet und eine Zeit lang ausgeschaltet. Die Summe der beiden Zeiten (Periode) bleibt gleich. Das Verhältnis zwischen Ein und Aus wird in Abhängigkeit des Sollwertes verändert. Der Schalter kann von der Zeit Null bis zur gesamten Periodendauer eingeschaltet bleiben. Je länger der Schalter auf Ein steht, desto länger fließt ein Strom durch den Proportionalmagneten. Im Magnet steigt der Strom nach der Ladekurve einer Spule bis maximal auf den Wert, der durch die angelegte Spannung und den ohmschen Widerstand vorgegeben ist, oder der durch das zeitliche Ende begrenzt wird. Beim Schalten auf Aus sinkt der Strom entsprechend der Entladekurve ab. Daraus ergibt sich ein Stromverlauf ähnlich eines Sägezahns. Ausgang A, B U 24V 0V t Zeit I [mA] TD t Zeit 1 / TD = fDither Stromverlauf 2/6 Änderungen vorbehalten © Festo Didactic GmbH & Co., 02/2001 162255 Proportionalverstärker Da sich der Widerstand der Spule des Proportionalmagneten mit der Temperatur ändert, wird der Strom geregelt. Dazu wird der Strom über einen sehr kleinen ohmschen Widerstand geleitet. Die Spannung, die über diesem Widerstand abfällt, wird als Istwert dem Stromregler zugeführt. Die Endstufen besitzen eine automatische Sicherung gegen Überlast. Int. Sollwert W1 Freigabe Int. Sollwert 24V PWM Int. Sollwert W2 Freigabe Magnet A Int. Sollwert Strom A Magnet B Freigabe Microcontroller Magnet A Freigabe 24V PWM Magnet B Sollwert W1 Strom B Sollwert W2 Anzeige und Bedienelemente Blockschaltbild © Festo Didactic GmbH & Co., 02/2001 Änderungen vorbehalten 3/6 162255 Proportionalverstärker Einstellungen Alle Eingaben werden mit einem Wahlschalter und einem Drehknopf an der Frontseite der Karte vorgenommen. Speichern erfolgt durch weiterschalten des Wahlschalters. Die einstellbaren Daten werden in der Anzeige dargestellt und sind gegen Spannungsausfall gesichert. FUNCTION IA BASIC, IB BASIC IA JUMP, IB JUMP IA MAX, IB MAX DITHERFREQ. CONTRAST D/E INT W1, INT W2 W1, W2 IA, IB Zwei 1-Kanal-Verstärker oder ein 2-Kanal-Verstärker Grundstrom für Ausgang A, B Sprungstrom für Ausgang A, B Maximalstrom für Ausgang A, B Dither-Frequenz Kontrast der Anzeige Sprachauswahl: deutsch, englisch Interner Sollwert W1, W2 Anzeigen des externen Sollwerts W1, W2 Anzeigen des Magnetstroms am Ausgang A, B Die Sollwerte können extern oder intern vorgegeben werden. Die internen Sollwerte werden über die Eingänge INT W1 und INT W2 aktiviert. Der aktive Zustand wird über die Leuchtdioden neben den Eingängen angezeigt. Magnetstrom Es gibt drei verschiedenartige Magnetströme. Den Grundstrom, den Sprungstrom und den Strom der in Abhängigkeit des Sollwertes steht. Der Grundstrom ist von der Einstellung an I Basic und nicht vom Sollwert abhängig. Der Sprungstrom ist von der Polarität des Sollwertes abhängig. Für den 2-KanalVerstärker gilt dabei, dass ein Wechsel zu einem positiven Sollwert beim Ausgang A zu einem sprunghaften Anstieg des Stromes um den eingestellten Betrag führt. Entsprechend führt ein Wechsel zu negativen Sollwerten zu einem Sprungstrom auf Kanal B. Die Höhe des Sollwertes hat keinen Einfluss auf den Betrag des Sprungstromes. Der Zusammmenhang zwischen Sollwert und Magnetstrom ist von einigen Faktoren abhängig. Als Faktoren gelten der Maximalstrom I Max, der Ruhestrom I Basic, Sprungstrom I Jump und der Sollwert. Der Wert von I Max bezieht sich auf einen Sollwert von 10 V. Ist kein Grundstrom und Sprungstrom eingestellt, so liegt die Verstärkung (V) bei: V= Beispiel I Max = 800 mA V= 4/6 Wert von I Max 10 V 800 mA = 80 mA/V 10 V Änderungen vorbehalten © Festo Didactic GmbH & Co., 02/2001 162255 Proportionalverstärker Ist ein Sprungstrom oder auch ein Grundstrom eingestellt, so verringert sich die Verstärkung (V). Der maximale Strom bleibt allerdings auf dem mit I Max eingestellten Wert bestehen. V= Beispiel (I Max – I Basic – I Jump) 10 V I Basic = 100 mA I Jump = 200 mA I Max = 800 mA V= (800 mA – 100 mA – 200 mA) 500 mA = = 50 mA/V 10 V 10 V Da der Ruhestrom und der Sprungstrom nicht auf beiden Kanälen gleich eingestellt sein muss, kann sich für Kanal A und Kanal B eine unterschiedliche Verstärkung ergeben. Magnetstrom I [A] Imax IJUMP IBASIC 0 t [sek] Zeit Sollwert U [V] 10 0 t [sek] Zeit -10 Magnetstromeinstellungen © Festo Didactic GmbH & Co., 02/2001 Änderungen vorbehalten 5/6 162255 Proportionalverstärker Über zwei SPS-Eingänge kann zusätzlich eine Freigabe geschaltet werden. Für die Magnetausgänge A und B gibt es je ein Freigabesignal. Ein Ausgang wird gesperrt, wenn am Eingang OE A oder OE B 24 V DC angelegt werden. Der Zustand wird über die Leuchtdioden neben den Eingängen angezeigt. Dither Um die Haftreibung des Ventilschiebers zu überwinden, wird dem Magnetstrom ein Frequenzsignal überlagert. Dieses wird Dither (Zittern) genannt. Diese Frequenz ist gleichzeitig auch die Taktfrequenz für die Endstufen. Die Wirkung des Dithers ist bei kleinen Frequenzen größer. Die Wahl der Frequenz richtet sich nach der Hysterese des angesteuerten Ventils und Aktors, und nach der akustischen Belästigung. Die eingestellte Frequenz gilt für beide Magnetausgänge. Sollwertvorgabe Sollwerte können extern über zwei Eingänge oder intern vorgegeben werden. Wird ein Steuereingang INT W1 oder INT W2 mit 24 V DC beaufschlagt, so gilt der intern eingestellte Sollwert, und die LED leuchtet auf. Für die Sollwerte W1 und W2 gilt: 1-Kanal-Verstärker: Sollwert W1, 0 – +10 V Ausgang A Sollwert W2, 0 – +10 V Ausgang B 2-Kanal-Verstärker: Sollwert W1, 0 – +10 V Ausgang A Sollwert W1, 0 – -10 V Ausgang B Sollwert W2 wird nicht berücksichtigt Technische Daten Elektrik Versorgungsspannung 24 V DC ±10 V, Restwelligkeit < 10 % Sollwerte ±10 V DC, in Schritten von 100 mV Schaltsignal für interne Sollwerte 15 – 30 V DC Magnetausgänge PWM-Signal, 24 V, maximal 1 A Schaltsignal für Freigabe 15 – 30 V DC Grundstrom 0 – 250 mA, in Schritten von 1 mA Sprungstrom 0 – 250 mA, in Schritten von 1 mA Maximalstrom 100 mA – 1 A, in Schritten von 5 mA Ditherfrequenz 100 – 250 Hz, in Schritten von 1 Hz Anschluss für 4 mm Sicherheitsstecker Elektromagnetische Verträglichkeit Störaussendung geprüft nach EN 500 81-1 Störfestigkeit geprüft nach EN 500 82-1 Die Eingänge sind kurzschlussfest bzw. spannungsfest bis 24 V. 6/6 Änderungen vorbehalten © Festo Didactic GmbH & Co., 02/2001
