CANopen Encoders für Aufzugsanwendungen

Quelle: CAN Newsletter Special Lift 2005 (www.can-cia.org/newsletter)

von Heinrich Greiner (IVO) und Ellen-Christine Reiff (RBS Stutensee)

Die präzise Posititionierung der Aufzugskabine ist eine wichtige Voraussetzung für das optimierte Fahren des Aufzuges. Die früher angewendeten Magnetschalter, mit ihrem ziemlich hohen Aufwand an Montage, werden mehr und mehr durch Encoder ersetzt. Encoder zur Überwachung von Position und Geschwindigkeit ermöglichen die Erfassung von Weg und Zeit. Dabei sind Inkrementalgeber perfekt für die Geschwindigkeitsmessung und Absolutwertgeber für die präzise Positionierung. Die Postitionswerte bleiben erhalten, selbst nach Stromverlust und machen eine neue Korrekturfahrt überflüssig. Neue "intelligente" Lösungen ermöglichen nicht nur bequeme Montage und Einstellung, sondern tragen auch zur Minderung der Betriebskosten durch gezielte Wartungsarbeiten bei. Dadurch können zum Beispiel Serviceintervalle den individuellen Erfordernissen angepasst werden.

Das CANopen Anwenderprofil

Das CANopen-Protokoll, entsprechend des europäischen Standards (EN 50325-4), erlebt derzeit einen Durchbruch auch in der Aufzugstechnik als flexibles serielles Kommunikationssystem für das Netzwerk elektronischer Komponenten. Das entsprechende Anwenderprofil ist klar definiert, ermöglicht aber trotzdem größte Individualität. Für die Aufzughersteller bedeutet der neue OEM-Standard vor allem Geräte mit besserem Preis-Leistungsverhältnis und einer Erleichterung der Systemintegration. Baumer IVO (www.baumerivo.com), ein Spezialist für Wertgeber und Steuerungen, hat seine Erfahrungen bei Feldbussystemen in der Arbeitsgruppe "CANopen Lift" eingebracht, indem sie einen Encoder entsprechend dem Anwenderprofil entwickelt haben, der auch direkt an das Bussystem angeschlossen werden kann. Das eröffnet dem Anwender alle Vorteile der Bustechnologie, angefangen bei der komfortablen Einstellung bis hin zu ausführlichen Diagnoseoptionen. Der kompakte multiturn Absolutwertgeber arbeitet ohne jegliche mechanische Übersetzung, und die Drehzahlen werden ohne Verschleiß durch das patentierte "berührungslose Encoderprinzip" erfasst. Selbst Umwelttemperaturen von -20°C bis +80°C haben keinen Einfluss auf die Zuverlässigkeit des Encoders. Der Encoder ist schlaggeschützt bis zu 2.000 m/s2. Die Auflösung des Gebers liegt bei 29-bit, 13 bit für die Winkelinformation und 16 bit für die Drehzahl.

Absolute und inkrementale Signale

Regelungsaufgaben in einem Aufzug beziehen sich oft auf eine Kombination von zwei Encodern: Während der Auf- und Abfahrt werden die Signale eines Inkrementalgebers zur Regelung der Geschwindigkeit des Kabinenantriebes ermittelt. Der Inkrementalgeber liefert einen geschwindigkeitsrelevanten Zeittakt, der zum Beispiel durch einen Frequenz-/Spannungs-Umformer leicht in eine geschwindigkeitsrelevante Spannung umgewandelt werden kann. Präzises Anfahren der einzelnen Etagen erfordert jedoch die absoluten Positionssignale des multiturn Encoders. Für diese und ähnliche Anwendungen, zum Beispiel Schwenkgabelstapler in Hochregallagern, können ein Gerät und entstehende Kosten eingespart werden.

Ein elektronischer Multiturngeber der Multivo Produktreihe enthält zwei zusätzliche Inkrementalspursignale versetzt um 90°. Das integrierte Asic verarbeitet beide, absolute und inkrementale Signale und stellt sie per standardisierter Schnittstelle der Steuereinheit für die Geschwindigkeit und die Positionsregulierung zur Verfügung. So sind zum Beispiel die Signale des Inkrementalgebers für das Fahrtprofil zuständig, während die absoluten Signale für die Einhaltung der Haltpositionen genutzt werden. Das Gerät stellt die höchsten Ansprüche zufrieden, seit die Verarbeitungsgeschwindigkeiten von mehr als 10 kHz möglich sind. Der Basisgeber passt auf alle aktuellen Feldbussysteme durch den Einbau der erforderlichen Busschnittstelle. Separate Anschlüsse für die inkrementalen Signale ermöglichen die einfache Installation.

Schlupfregulierung

Neben der Geschwindigkeitskontrolle eröffnen die um 90° versetzten Signale des Inkrementalgebers weitere Möglichkeiten und Anwendungen, zum Beispiel die Überwachung der Schlupftoleranz bei Riemenantrieben oder Stahlkabeln. Schlupf bedeutet den Unterschied zwischen dem Weg des Kabels und der Antriebsscheibe bzw. des Motors. Es ist erforderlich, den Schlupf bei extremer Last auf den Seilrollen, Lüfterriemen oder Stahlkabeln zu überwachen, denn gewisse Grenzwerte dürfen nicht überschritten werden. Es bedarf zweier Wertgeber, um den Schlupf zu erfassen, einen für das Kabel und einen für den Antrieb. Die übermittelten gemessenen Werte können zum Beispiel von der Aufzugsteuerung für die permanente Schlupfüberwachung verwendet werden. Vorbeugende Wartungen wegen des Schlupfes werden somit überflüssig.

Die Schlupfüberwachung muss nicht immer Aufgabe der Aufzugsteuerung sein. Zähler, zum Beispiel die Differenzsteuerung N 230, können auch diese Aufgabe übernehmen. Die Differenzsteuerung, gemacht für die Schienenmontage nach DIN, ist in der Lage zwei separate Inkrementalgeberkanäle zu verbinden, jeweils einen für Spur A und B mit Richtungserkennung.

Die Steuerung wertet den Unterschied zwischen den zwei gemessenen Werten aus und gibt ein entsprechendes Signal, sobald der erlaubte Schlupf überschritten wird. Die Eingangsfrequenz jedes Kanals liegt bei 30 Hz, die Kommunikation geschieht per RS-485 Schnittstelle. Es gibt sogar noch mehr Zählanwendungen in der Aufzugtechnik. Mit der Zählerserie isiLine bietet die Firma eine Serie von elektronischen Industriezählern an, die zu vielen Anwendungen passen, dank ihres überzeugenden Preis-Leistungs-Verhältnisses - wie auch als "drop-in" Ersatz für elektromechanische Produkte. Sie können zum Beispiel auch zum Erfassen von Start- und Stop-Intervallen oder von Arbeitsstunden angewendet werden. Dadurch können die Serviceintervalle exakt dem tatsächlichen Bedarf angepasst werden.

Die Zähler arbeiten mit Zählfrequenzen bis zu 12 kHz und gekapselten Kontakten, PNP/NPN Ausgängen und 10 V bis 260 V Impulsbedienung als Eingangsauslöser. Die 8-digit LCD-Anzeige ermöglicht komfortables Auslesen, auf Wunsch mit beleuchtetem Hintergrund. Alle Zähler sind unabhängig vom Netz. Eine fest integrierte Lithiumbatterie mit einer voraussichtlichen Lebensdauer von ca. 8 Jahren (bei 20°C) sichert die Anzeige und fährt die Datensicherung. Nur die Modelle mit beleuchtetem Hintergrund brauchen eine externe Stromversorgung.