EtherCAT-Bus-fähige servoelektrische Zylinder: Steigern Sie die Genauigkeit der Mehrachsensynchronisierung und die Effizienz der Projektabwicklung

Viele Simulationsprüfstände und 6-DOF-Bewegungsplattformen erfordern eine präzise Mehrachsenkoordination. Nicht wenige Projekte bestehen die Hardwareprüfungen, liefern aber eine unbefriedigende dynamische Leistung. Die Hauptursache ist häufig der Kommunikationsbus und nicht die Schubkraft, der Hub oder die Geschwindigkeit von Elektrozylindern.

Nachteile der herkömmlichen Puls-/Modbus-RTU-Steuerung

Impulssteuerung oder Modbus-RTU werden aus Kostengründen immer noch häufig zur Ansteuerung mehrerer Aktoren eingesetzt, bringen jedoch offensichtliche Grenzen für Hochleistungssysteme mit sich:

1. Große Synchronisationsabweichung. Die Latenz erhöht sich mit mehr Achsen. Der Synchronisationsfehler kann mehrere zehn Millisekunden betragen und auf 6-DOF-Plattformen zu Verwacklungen und Lageversatz führen.

2. Schwere Verkabelungsarbeiten. Die Impulssteuerung erfordert eine separate Verkabelung für jede Achse. Ein 6-Achsen-System ist mit massiven Kabeln ausgestattet, was den Installations- und Fehlerbehebungsaufwand erhöht.

3. Langer Inbetriebnahmezyklus. Parameter müssen Achse für Achse manuell angepasst werden, was bei großen Bewegungssystemen manchmal Wochen dauert.

4. Begrenztes Feedback. Tatsächliche Positions-, Last- und Temperaturdaten können nicht in Echtzeit gelesen werden, so dass kaum Chancen für eine frühzeitige Fehlerwarnung bestehen.

Hauptvorteile von EtherCAT-basierten servoelektrischen Zylindern (Labortestdaten)

Native EtherCAT-Echtzeitbus-Servozylinder bieten eine zuverlässige Lösung für Mehrachssysteme. Unser Labortest für die 6-Achsen-Konfiguration zeigt:

• Zyklussynchronisationszeit: 1 ms, Mehrachsen-Synchronisationsfehler ＜ 100 μs

• Unterstützt Dutzende von Aktoren in Reihe geschaltet, wodurch die Verkabelung drastisch reduziert wird

• Bidirektionale Echtzeitdaten: Position, Schub, Strom und Fehlercodes werden an die Steuerung übertragen

• Kompatibel mit gängigen Motion-Controllern, unterstützt Positions-, Geschwindigkeits- und Kraftsteuerungsmodi

Bei der Anwendung auf 6-DOF-Bewegungsplattformen koordinieren sechs servoelektrische Zylinder eng über EtherCAT. Lagewechsel, Turbulenzsimulation und hochfrequente Hin- und Herbewegungen laufen reibungslos und mit hoher Wiederholgenauigkeit ab. Diese Lösung eignet sich auch für Betriebsfestigkeitsprüfstände und Vibrationssimulationsgeräte.

Drei Hauptfallen bei der Projektumsetzung

1. Wählen Sie Aktoren mit nativem EtherCAT-Antrieb. Einige Produkte basieren auf externen Konvertierungsmodulen, um EtherCAT zu realisieren. Konvertierungsmodule führen zu zusätzlicher Latenz und Instabilität. Wählen Sie für hochpräzise Mehrachsenprojekte Servozylinder mit nativer EtherCAT-CoE-Unterstützung auf Controller-Ebene.

2. Controller- und Busparameter aufeinander abstimmen. Hardware allein kann keine hohe Synchronisationsleistung garantieren. Ihr Motion Controller muss EtherCAT CoE unterstützen. Um den Synchronisationsfehler innerhalb des Zielbereichs zu halten, sind eine ordnungsgemäße DC-Distributed-Clock-Einstellung und die Deaktivierung unnötiger Hintergrundmeldungen erforderlich. Viele Projekte scheitern an diesem Konfigurationsschritt.

3. Standardisieren Sie Kabel und Feldinstallation. Elektromagnetische Störungen an Industriestandorten beeinträchtigen die Busstabilität. Verwenden Sie abgeschirmte industrielle Ethernet-Kabel und vermeiden Sie die Verlegung neben Hochleistungskabeln. Bewerten Sie die Auswirkungen auf die Latenz beim Hinzufügen von Repeatern für ein Daisy-Chain-Layout über große Entfernungen.

   

Referenz zu realen Projekten

Ein Simulationssystemintegrator baute eine 6-DOF-Plattform mit impulsgesteuerten Elektrozylindern. Das Gerät erzeugte bei Hochgeschwindigkeitsbewegungen einen Lageversatz und erforderte eine langwierige Abstimmung vor Ort. Nach der Umstellung auf die native EtherCAT-Lösung für servoelektrische Zylinder:

• Mehrachsiger Synchronisationsfehler wird innerhalb von 90 μs kontrolliert

• Arbeitsaufwand für die Feldverkabelung um 60 % reduziert

• Gesamtinbetriebnahmezeit von 14 Tagen auf 4 Tage verkürzt

• Die Lastüberwachung pro Achse in Echtzeit ermöglicht eine frühzeitige Überlastwarnung

Abschluss

Schubkraft, Hub und Geschwindigkeit sind sichtbare Spezifikationen von servoelektrischen Zylindern. Die Buskommunikationsfähigkeit ist ein unsichtbarer, aber entscheidender Faktor. Bei 6-DOF-Plattformen und Mehrachsenprüfständen, die eine hohe Synchronisierung erfordern, beseitigen native EtherCAT-Servoaktuatoren Jitter, Desynchronisierung und lange Inbetriebnahmezyklen auf der Kommunikationsschicht und senken so die langfristigen Betriebs- und Wartungskosten.