Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Signalübertragung Motor/Encoder/Hallsensor über längere Leitung


von Christian M. (Gast)


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Hallo!

Ich mach eine Motoransteuerung eines bürstenlosen Motors, der mit einem 
Encoder und digitalen Hallsensoren ausgestattet ist.
Motor: Faulhaber 2250 BX4
Encoder: 1024 Pulse pro Umdrehung, magnetische Basis mit integriertem 
Linetreiber
Hallsensoren digital

Zusätzlich ein mechanischer Endschalter, der 5V bzw. GND schaltet.

All diese Signale müssen zu einem Standard IDC Header 2mm Raster.

Aus Platzgründen können keine geschimrten Kabel verwendet werden. Alle 
Signale werden über eine Art FFC Kabel, das jedoch sehr dicke 
Kupferbahnen besitzt, übertragen:
http://at.farnell.com/pro-power/fblaf34-26-2-54-10ft/kabel-flach-planar-34adrig-3-05m/dp/1202507?Ntt=1202507

Dieses Kabel ist sehr praktisch, da es sehr flexibel ist (auch für die 
lineare Bewegung) und wenig Platz brauch. Die Kabellänge ist ca 1m. Da 
ich mit diesem Kabel nicht direkt auf einen IDC Header komme, gibt es 
eine Zwischenplatine, auf der di Signale auf ein Flachbandkabel 
weitergeleitet werden (längste Leiterbahn ca 10cm). Das Flachbandkabel 
geht dann zum gewünschten Ziel, dem IDC Header (ca 20cm). Die Signale 
gehen also über das besprochene Kabel auf eine Platine, dort über 
Leiterbahnen zu einem IDC Stecker und von dort mit einem Flachbandkabel 
zum Ziel.

Die Encoder verfügen über integrierte Leinetreiber und die Siganel 
werden differentiell übertragen, sollte also kein Problem sein. Was ist 
aber mit den anderen Signalen, z.B. den Signalen des Hallsensors? sehr 
ihr hier ein Problem wegen der relativ langen Leitungen? Oder den 
Motorphasen? Da es sich um einen bürstenlosen Motor handelt, wird es 
hier wohl keine EMV Probleme geben, oder?

Danke für die Hilfe!

von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Auch ein BLDC-Motor kann EMV-Probleme machen, schließlich wird er ja 
meist per PWM angesteuert. Was du meinst ist der Entfall des 
Bürstenfeuers. Das ist in Hinblick auf EMV natürlich positiv.

Ich hatte mal einen Anwendung bei einem Kunden, wo man aus Kostengründen 
in der Serie die Encoder an Schrittmotoren von differentieller 
Übertragung mit Line-Driver aus einfache single-ended Signale umgestellt 
hat. An den Achsen mit etwas größeren Kabellängen machte das schnell 
Probleme, da man natürlich Motor und Encoderleitung dicht nebeneinander 
verlegt hatte. Anfangs war der Kunde der Meinung, dass meine Steuerung 
fehlerhaft arbeiten würde. Nach einer Änderung der Encoder-Verdrahtung 
lief aber alles fehlerfrei.

Lange Rede kurzer Sinn: Ich würde versuchen, die Motorleitung möglichst 
weit weg von Encoder und Hallsignalen zu verlegen. Insbesondere die 
Hall-Signale sind empfindlich, wenn sie nicht differentiell übertragen 
werden.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

von Christian M. (Gast)


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HAllo Thorsten, super, danke, eine Antwort, die mir sehr weiterhilft!

Thorsten Ostermann schrieb:
> wo man aus Kostengründen

Ich finde das irgendwie komisch, weil mein Encoder mit integriertem 
Linetreiber kostet gleich viel wie der ohne Linetreiber.

> in der Serie die Encoder an Schrittmotoren von differentieller
> Übertragung mit Line-Driver aus einfache single-ended Signale umgestellt
> hat

War der LineTreiber hier im Encoder integriert oder war das ein 
externer? Aber ich denke, das macht keinen Unterschied?

Thorsten Ostermann schrieb:
> An den Achsen mit etwas größeren Kabellängen machte das schnell
> Probleme

Wie lang waren hier die Leitungen ungefähr?

Thorsten Ostermann schrieb:
> Ich würde versuchen, die Motorleitung möglichst
> weit weg von Encoder und Hallsignalen zu verlegen

Warum eigentlich die Motorleitung? Ist das Übel hier eigentlich die 
Frequenz oder die Stromstärke oder beides?

Wenn man das vorher gepostete Kabel betrachtet: dieses wird längs so 
zugeschnitten, dass ein 6-poliges Flachband entsteht (also 6 
Kupferleitungen parallel). über eines dieser 6 poligen Kabel werden die 
Encodersignale übertragen (also Vcc, GND, A+, A-, B+, B-). die drei 
Motorphasen werden zusammen mit den 3 Leitungen des Endschalters auch 
über so ein 6 poliges Flachband übertragen. Schließlich noch die 5 
Signale des Hallsensors (Vcc, GND, A,B,C) ebenfalls über ein 6poliges 
Flachband. Es ergeben sich also insgesamt drei 6-polige Flachbänder, die 
direkt übereinander liegen. Das ist vermutlich schlecht?!

Thorsten Ostermann schrieb:
> Insbesondere die
> Hall-Signale sind empfindlich, wenn sie nicht differentiell übertragen
> werden.

ok, könnte man für die Hallsignale einen externen Linetreiber vorsehen?

Danke!!

von Christian M. (Gast)


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Hallo,

hat hier keiner mehr ein Idee?

von Christian M. (Gast)


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Thorsten Ostermann schrieb:
> An den Achsen mit etwas größeren Kabellängen machte das schnell
> Probleme

Hallo Thorsten, was habt ihr hier für einen Motor verwendet? BLDC oder 
bürstenbehaftet?

von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Hallo Christian,

> Hallo Thorsten, was habt ihr hier für einen Motor verwendet? BLDC oder
> bürstenbehaftet?
1
Ich hatte mal einen Anwendung bei einem Kunden, wo man aus Kostengründen 
2
in der Serie die Encoder an *Schrittmotoren* von differentieller 
3
Übertragung mit Line-Driver aus einfache single-ended Signale umgestellt 
4
hat.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

von Christian M. (Gast)


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HAllo Thorsten,

ouch, das hatte ich wohl überlesen, sorry.

Hast du auf die oben angeführten Fragen auch eine Antowrt? Speziell die 
Thematik mit der Motorleitung (Strom/Frequenz?) würde mich sehr 
interessieren.

Danke, lG

von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Hallo Christian,

> Thorsten Ostermann schrieb:
>> wo man aus Kostengründen
>
> Ich finde das irgendwie komisch, weil mein Encoder mit integriertem
> Linetreiber kostet gleich viel wie der ohne Linetreiber.

Das Kabel kostet ja auch Geld. Vielleicht war damals auch die schnelle 
Verfügbarkeit das Problem, das ist schon eine Weile her.

> Thorsten Ostermann schrieb:
>> An den Achsen mit etwas größeren Kabellängen machte das schnell
>> Probleme
>
> Wie lang waren hier die Leitungen ungefähr?

1-2 Meter.

>> Ich würde versuchen, die Motorleitung möglichst
>> weit weg von Encoder und Hallsignalen zu verlegen
>
> Warum eigentlich die Motorleitung? Ist das Übel hier eigentlich die
> Frequenz oder die Stromstärke oder beides?

Viel Strom = viel Feld = viel Störung. Dazu noch die PWM-Frequenz und 
die Motorspulen als Energiespeicher.

> Es ergeben sich also insgesamt drei 6-polige Flachbänder, die
> direkt übereinander liegen. Das ist vermutlich schlecht?!

Das ist so ziemlich die schlechteste Lösung die man wählen kann, ja.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

von Christian M. (Gast)


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Thorsten Ostermann schrieb:
>> Warum eigentlich die Motorleitung? Ist das Übel hier eigentlich die
>> Frequenz oder die Stromstärke oder beides?
>
> Viel Strom = viel Feld = viel Störung. Dazu noch die PWM-Frequenz und
> die Motorspulen als Energiespeicher.
>
>> Es ergeben sich also insgesamt drei 6-polige Flachbänder, die
>> direkt übereinander liegen. Das ist vermutlich schlecht?!
>
> Das ist so ziemlich die schlechteste Lösung die man wählen kann, ja.

Hallo Thorsten, vielen Dank!

demnach wird es wohl besser sein, für die 3 Motorphasen ein eigenes, 
3-poliges Kabel vorzusehen, das dann getrennt von den anderen 6-poligen 
(Encoderleitungen, Hallsignale) verlegt wird.

Danke für die Hilfe!

von Horst H. (horst_h44)


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Vielleicht ist da der 1-Chip Encoder iC-MH8 oder iC-MH vom iC-Haus drin. 
Die Teiberfähigkeit der RS422-Treiber ist im deutschen Datenblatt: 
http://www.ichaus.de/product/iC-MH8 .

von Christian M. (Gast)


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Hallo Horst,

also so wie ich das sehe, liefert dein Vorschlag differentielle SIgnale 
eines Hallsensors, und zwar analog.

Meine Hallsensoren sind digital und nicht differentiell, d.h. ich hab 
nur die 5 Signale: Vcc, GND, A,B,C

lG

von Christian M. (Gast)


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Thorsten Ostermann schrieb:
> Viel Strom = viel Feld = viel Störung. Dazu noch die PWM-Frequenz und
> die Motorspulen als Energiespeicher.

Hallo!

OK, das ist mir jetzt klar, dass höhere Ströme auch größere Störungen 
verursachen. Mein Motor wird jedoch laut Datenblatt für die vorgesehene 
Belastung nur ca 300 mA ziehen. Ich habe damit wenig Erfahrung, aber ich 
weiß, dass andere Motoren für solche Anwendungen auch bis zu 2 A ziehen 
können.

Muss man sich bei diesen 300mA auch noch Gedanken wegen 
STörungseinkopplung auf andere Leitungen machen?

Vielen Dank!

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Christian M. schrieb:
> Muss man sich bei diesen 300mA auch noch Gedanken wegen
> STörungseinkopplung auf andere Leitungen machen?

Schaden tut es jedenfalls nicht, um unliebsame Stündchen beim Kunden zu 
vermeiden. Kannst du nicht eine Kupferfolie o. ä. um die Flexplatinen 
machen, oder gleich ein Flexkabel mit Kupferschirm nehmen?

: Bearbeitet durch User
von Christian M. (Gast)


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Hallo,

also diese Flexkabel gibt es auch mit Schirm, die sind dann aber nicht 
mehr so flexibel und hier gibt es auch keine Tests bez. der Biegeradien 
und Biegezyklen...

Aber ihr stimmt mir zu, dass 300mA nicht gerade viel für eine Motorphase 
sind? Wenn ich die Leitungen dabei noch geschickt lege (z.B. unter den 3 
Motorphasen nur die 3 Signale des Referenzschalters (GND, VCC und das 
geschaltete Signal), und neben diesen 3 dann erst die Hallsignale, 
könnte das zusätzlich helfen.

von Christian M. (Gast)


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Thorsten Ostermann schrieb:
> Auch ein BLDC-Motor kann EMV-Probleme machen, schließlich wird er ja
> meist per PWM angesteuert. Was du meinst ist der Entfall des
> Bürstenfeuers. Das ist in Hinblick auf EMV natürlich positiv

Hallo!

Hat jemand Erfahrungen mit der Thematik, ob bürstenlose oder 
bürstenbehaftete Motoren bez. EMV besser geeignet sind? Welche 
Technologie verursacht weniger EMV Störungen? Mir ist klar, das es auf 
die Anwendung, Kabelverlegung usw ankommt, aber gehen wir davon, dass 
alles gleich (Kabellängen, Verlegung usw) ist. Welche Technologie 
produziert dann mehr EMV Störungen?

Danke!

von Christian M. (Gast)


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Is die Frage so blöd oder hat hier wirklich keiner Erfahrung damit?

Ich meine, man liest oft, dass bürstenlose Motoren weniger EMV Probleme 
verursachen, da sie kein Bürstenfeuer haben. Aber dafür haben sie die 
PWM Ansteuerung.

lG

von Christian M. (Gast)


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Hallo!

OK, diesbezüglich hat anscheinend keiner eine passende Antwort, hier 
noch eine andere Frage:

Thorsten Ostermann schrieb:
> Ich würde versuchen, die Motorleitung möglichst
> weit weg von Encoder und Hallsignalen zu verlegen.

Ich hatte jetzt die Idee, die Motorphasen getrennt von den anderen 
beiden Kabeln (Encodersignale, Hallsignale) zu verlegen. An einer 
Engstelle ist dies jedoch nicht möglich, sodass alle 3 Kabel direkt 
obereinander geführt werden. Über das FFC Kabel mit den Motorphasen lege 
ich jedoch eine selbstklebende Kupferfolie (ich klebe sozusagen das FFC 
Kabel an eine Metallwand, die auf Masse liegt). Somit habe ich eine GND 
Schirmung zwischen den Motorphasen und den anderen beiden Kabeln.

Was ist aber mit den anderen beiden FFC Kabeln? Kann das Kabel mit den 
Encodersiganle jenes mit den Hallsignalen stören? Oder reicht es aus, 
nur die Motorphasen vom Rest wegzubekommen?

Danke, lG

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