有关单电缆伺服的常见疑问
2022-06-30

之前我们提到了伺服反馈协议数字化和单电缆的发展趋势,并且目前市面上已经有多种开放的单电缆伺服反馈解决方案供大家选择了。

本期,我们就先来简单了解下其中一种单电缆数字式伺服反馈协议:

HIPERFACE DSL。

什么是 HIPERFACE DSL?

HIPERFACE DSL 是一种数字式电机反馈协议,通过这种技术反馈电机信号仅需使用两根导线,并且可以将他们与电机动力线路集成到一根电缆中。

它具备以下功能和技术特点:
* 高度动态和高分辨率的位置控制
* 安全运动控制
* 状态监测
* 有助于提升驱动系统的紧凑性和集成度

有哪些厂家能够提供 HIPERFACE DSL 的驱动/电机系统?

HIPERFACE DSL 数字式伺服反馈协议由 SICK 于 2011 年推出的;基于 HIPERFACEDSL 技术,传感器产品厂商能够为驱动和电机产品提供相应的接口模块和编码器反馈。

目前,许多驱动器和电机厂商也已经在其伺服产品中使用了 HIPERFACE DSL 技术;不少编码器厂家也推出了基于 HIPERFACE DSL 协议的产品和解决方案;同时,在这个过程中,也有不少芯片厂商(如:TI、瑞萨)为他们提供相应的技术支持。

由于 HIPERFACE DSL 去年已经向市场用户全面开放了这项技术,因此,目测未来应该会有更多的产品厂商加入到此项技术阵营中来。

与 HIPERFACE 有什么不同?

数模混合的 HIPERFACE 接口为驱动系统提供的是模拟量正弦和余弦信号的过程数据;而 HIPERFACE DSL 直接输出反馈位置。

因此,对于电机驱动器来说,无需进行反馈位置计算,并省去了 A / D转换。 此外,借助数字式的数据通讯还能够帮助实现对电机状态的监控/诊断。

HIPERFACE DSL 是否需要使用特殊的专用电缆?

不需要。

只须使用标准的(4 2 2 )伺服电机电源电缆即可。 4 芯电机动力,2 芯抱闸,2 芯 HIPERFACE DSL 反馈线,电机绕组温度等传感器传感器信号也可以通过 DSL 传输。

电机侧插头连接是否有任何要求?

可以使用标准的 Intercontec M23 或 M17 插头。 将 DSL 线与电源线(引脚分配)对称放置,并使用一段短的非屏蔽引脚。

驱动侧的 HIPERFACE DSL 集成如何实施?

须将 HIPERFACE DSL 主站集成到驱动器控制器的 FPGA 中。 SICK 提供与变频器应用程序对接的 IP-Core(VHDL代码)。 两者( HIPERFACE DSL 和驱动应用)可以存储在一个 FPGA 芯片中。

是否需要支付许可费?

HIPERFACE DSL 主站开发授权费用,每次约 800 欧元,可以根据需要多次使用,并可以免费更新。

HIPERFACE DSL 的 IP-Core 是做什么的?

它会与控制脉冲自动同步。 IP-Core 用于编码和解码与 DSL 编码器之间的通信,与控制器脉冲同步地存储反馈测量值,如:位置和速度,以及温度、参数、状态信息...等。

HIPERFACE DSL 的可以达到怎样的时间周期?

HIPERFACE DSL 的时间周期(SYNC)是可以选择的。

该协议能够实现数据包与选定控制器脉冲的自动同步。 位置更新最短周期为是 12.1 μs,超过此值无级可调。

HIPERFACE DSL 和 HIPERFACE 编码器之间的价格差异是多少?

基于相同的订货数量,规格相当的编码器,HIPERFACE DSL 的价格约比 HIPERFACE 高 20%。

可以达到怎样的安全等级(SIL 安全完整性/Pl 性能等级)?

如果遵守 HIPERFACE DSL 安全手册(文档8017596)中列出的所有规范,安全相关功能将适用于:

基于 EN62061 和 IEC 61508 的 SIL2 和基于 EN ISO 13849-1 的 Pl d

或者

基于 EN62061 和 IEC 61508 的 SIL3 和基于 EN ISO 13849-1 的 Pl e

具体的分类则取决于所使用的电机反馈系统。

安全功能的错误响应速度是多少?

从编码器到信号到应用端的安全功能响应时间 200μs。

定义 PFH 值(每小时失效次数 Probability of Failure per Hour)的基础条件是什么?

在 60°C 以下 / 电缆上的错误率为 1:100。

若要达到预期的 SIL/PI 等级,对机械接口会有怎样的规定?

必须严格按照产品说明书进行安装、使用等操作,并确保由有资格的工作人员完成。具体要求须参照 HIPERFACE DSL 的安全操作手册。

对于 PELV 系统有没有限制?

没有。

有哪些过压/欠压限制需要注意?

额定电压低于 6.8V 和超过12.2V 时都会出现错误信息,且不会主动关闭。

位置反馈的分辨率有多高?

位置值的分辨率取决于具体产品,请参阅相关伺服电机反馈的产品信息,如 SICK 的:
EKS/EKM36 可达 20 位/圈,以及 12 圈多圈
EFS/EFM50 可达 23 位/圈,以及12 圈多圈

安全反馈的分辨率是多少?

安全位置值(第 2 通道)的分辨率取决于产品。 须参照相关的产品信息。
例如:EKS / EKM36 为 9 位

位置反馈值的延迟时间有多长?

100m 电缆的延迟时间为 10.5μs。

位置值的时间轴抖动有多大?

时间轴抖动

需要进行运行时间补偿吗?

不需要。IP-Core 会自动补偿运行时间。

线性度(积分 微分)如何?

线性度取决于产品,可以参照相应的电机反馈系统的产品信息。
例如:EKS / EKM36 /- 100"(角秒)

速度分辨率有多高?

取决于所选电机反馈的控制器脉冲。

对于 20 位分辨率的 EKx36 和 15μs 的最小控制器脉冲,计算方法:
360°/ 20bit / 15μs = 22.8°/ s
1LSB = 22.88° / 秒或 3.8 rpm

是否有一个安全速度?

没有。传输的只有位置值。 只能通过计算得出安全速度。

编码器的最大可测量速度?

电机反馈系统的最大可测量转速为:单圈 12,000rpm,多圈 9,000rpm。

如何读取绕组温度传感器?

测温电阻传感器是数字式的,通过 DSL 输出。 阻值存储在 IP-Core 中。 因此,温度可以通过相应的数据索引读取。详见产品手册。

IP-Core 有哪些版本?

IP-Core 分为标准版本(非安全版本)、Altera、Xilinx FPGA 的安全版本。 从安全角度来看,IP Core 是一个“黑色通道”。 因此,所有 IP-Core 计算值都必须被视为“不安全”。 对于 Altera 来说,可以使用加密的 VHDL 文件。 对于 Xilinx 来说,则是 NGC-Core。

DSL 的 IP-Core 需要占用多少空间?

以 IP Core V1.06 为例:

用户可以修改 IP-Core 吗?

只有接口块已打开才可以修改。

是否有用于测试 IP-Core 的工具(测试单元,测试软件)?

PGT-11-S(主机编号1057324)可用作从战模式下的编码器。

DSL 的 IP-Core 能否被实例化多次?

可以,但每个电机反馈系统只有一个 IP-Core。

是否有 VHDL 的测试工作台?

没有。

IP-Core 与哪个频率同步?

频率为 75MHz,最大抖动为100ppm。

对于 IP-Core 的实施有什么特别的限制?

有,必须遵守 13ns 脉冲(75MHz)的时序约束。

是否有制造商特定的 IP-Core 模块(例如 Microblaze 或 Nios)?

没有

是否有关于 DSL 输入电路组件的建议?

更多详细信息,请参照 HIPERFACE DSL 的用户手册。

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