Hallo, ich absolviere derzeit ein Praktikum und wurde vor ein bereits bestehendes, aber leider etwas fehlerhaftes Projekt gesetzt. Kleine Projektbeschreibung (Prinzipskizze siehe unten): Es geht um ein Walzensystem mit dem erhitztes Glas in kleine Formen gewalzt werden soll. Man darf sich das so vorstellen, dass in einer (natürlich wassergekühlten) Stahlwalze zwei kleine Formen befinden, die exakt gegenüber angeordnet sind. Ist eine der beiden Formen "oben", wird das flüssige Glas eingefüllt. Daraufhin beginnt die Walze, sich um genau 180° zu drehen, so dass genau die andere Form "oben" ist. Bei der Drehung wird der Glasinhalt der befüllten Form an einer anderen Walze platt gewalzt und fällt unten nach der Drehung aus der Form, während "oben" bereits die nächste Füllung beginnt. Die Walze wird über einen Riehmenantrieb von einer Asynchronmaschine an einem Frequenzumrichter betrieben. An der Welle der Walze befinden sich zwei kleine Metallstifte, auf die ein nebenstehender induktiver Näherungssensor reagieren soll. Der Näherungssensor soll also ein Signal liefern, sobald die Drehung der Walze einen Metallstift am Sensor vorbeiführt (das ist nämlich genau der Moment, an dem eine der beiden Formen exakt "oben" steht und bereit ist zur nächsten Befüllung). So nun zum eigentlichen heiklen Thema: Das ankommende Sensorsignal soll nun mit Hilfe eines OPV (Schmitt-Trigger) ausgewertet werden und das Ausgangssignal an einen digitalen Eingang des Frequenzumrichters für den Walzenantrieb gegeben werden. Die Geschwindigkeit des Antriebs ist vorher fest parametriert wurden - das Signal des OPV soll den Antrieb also nur zuschalten. Die Auswerteschaltung war bereits vorhanden, hat aber einen kleinen Fehler. Ziel dieser Schaltung ist es, den Antrieb der Walzen ständig anzusteuern. Erkennt der Sensor einen Metallstift (somit "Form oben") soll der Antrieb für eine bestimmte Zeit aussetzen (einstellbar zwischen 10s...40s) und danach wieder anlaufen. Zur Schaltung (siehe unten): R1 ist Vorgabe des Herstellers des Näherungssensors, so dass überhaupt ein Signal abgegriffen werden kann. R7 ist für den open-collector-Ausgang des verwendeten OPV. C2 soll die Betriebsspannung stützen. Der OPV ist als invertierender Schmitt-Trigger verbaut (Mittkopplung), dessen Schaltschwelle sich über das Poti (mit Spannungsteiler) einstellen lassen soll. Es dürfte bei der gegebenen Beschaltung ja auch keine Hysterese geben, oder??? Gibt der Sensor ein Signal aus (bei Erreichen des Metallstiftes), lädt sich der Elko mit einer bestimmten Zeitkonstante auf. Der Strom springt also auf den Maximalwert und sinkt dann nach einer e-Funktion. In dieser Zeit überschreitet er den eingestellten Schwellwert-->OPV (invertierender Schmitt-Trigger) schaltet auf low und somit den Antrieb ab, bis sich der Elko nahezu aufgeladen hat. Unterschreitet der Strom den Schwellwert wieder, Schaltet der OPV den Antrieb wieder dazu. Das Signal des Sensors wird daraufhin bald "verschwinden", da sich der Metallstift ja wegbewegt. Somit kann sich der Elko entladen, der entstehende negative Strom wird mit der Diode abgeschnitten (habe mal ein paar Signaldiagramme skizziert). Erkennt der Sensor den zweiten Metallstift, beginnt der Vorgang erneut. Das eigentliche Problem bei der Sache ist, dass der Antrieb nach der Wartezeit mit einem extremen Ruck anfährt, was nicht am Antrieb oder Umrichter liegt, da der Ruck bereits am Ausgang des OPV erkennbar wird (siehe reales Signal am OPV-Ausgang). Der Ausgang des OPV bricht kurzzeitig komplett weg (konnte man auf einem Oszi auch wunderbar sehen), dem zu Folge bleibt der Antrieb auch kurzzeitig stehen. Aus technologischen Gründen ist dieses kurze Aussetzen des Antriebs aber absolut unerwünscht. Ich habe jedoch keinen blassen Schimmer, woher dieser Ruck/Einbruch des OPV-Ausgangs stammen kann! Selbst am Eingang des OPV ergibt sich der theoretisch zu erwartende Signalverlauf (wie in den Diagrammen skizziert). Nun daher meine Frage: Hat jemand eine Idee, woran es liegen könnte, dass das Ausgangssignal des OPV kurz nach dem Schaltmoment wieder zusammenbricht? Habe die Schaltung nicht entworfen und hoffe daher, dass ich auch nicht einen grundsätzlichen Denkfehler in der Funktion der Schaltung habe! Habe schon den Verdacht gehabt, dass gerade wegen der Diode der Strom doch geringfügig ins negative rutscht (0,7V eben) und dadurch der OPV nicht ganz klar kommt. Habe daraufhin zusätzlich auf die Sensorleitung zwischen der Diode und R2 noch eine Diode gesetzt,die diese geringen negativen Anteile blockieren sollte - jedoch ohne Erfolg. Ebenso habe ich den Verdacht, dass die unsymmetrische Betriebsspannung des OPV evtl. irgendetwas damit zu tun haben könnte. Mein nächster Gedanke wäre daher, den OPV symmetrisch zu versorgen und den entstehenden negativen Signalteil hinter dem OPV mit einer Diode abzuschneiden. Wobei das natürlich eine Umdimensionierung der Schaltung zu Grunde legt. Oder aber ich gehe weg vom OPV und setzte einen Timer-Baustein (z.b. NE555) ein, wobei ich mich damit noch garnicht befasst habe und auch keine Ahnung von der externen Beschaltung habe. Vielleicht hat jemand da einen Ansatz? Also ich hoffe, den Kerngedanken des Aufbaus und des Problems verständlich ausgedrückt zu haben. Sollte es noch Fragen geben (bezüglich Aufbau), werde ich diese natürlich sofort versuchen zu beantworten. Leider bin ich in der Elektronik nicht ganz so bewandert. Es würde mich daher wirklich sehr freuen, wenn jemand einen kleinen Tipp für die Problematik hätte und ich möchte mich dafür schon im Vorraus bedanken. Achja so ganz nebenbei noch zwei Dinge: 1. Zu Beginn dieses Projekts wurde der Antrieb über mechanische Relais gesteuert. Auf Grund der hohen Anzahl der Schaltvorgänge sind dabei alle paar Tage die Relais durchgeflogen, weshalb auf eine elektronische Variante gewechselt werden musste! 2. Der erste Entwurf der elektronischen Schaltung wurde damals wild Draht-an-Draht zusammen gelötet. In diesem Zustand funktionierte die Schaltung einwandfrei (ohne diesen Ruckler beim Anfahren). Nach der Übernahme auf eine Leiterplatte entstand jedoch genanntes Problem. Habe mir auch schon überlegt, ob ich die Schaltung nicht einfach nochmal komplett seperat aufbaue (z.b. auf einem Steckboard), um irgendwelche Fehler beim Löten der Leiterplatte auszuschließen?! Grüße Christian D.
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1,1 KB -
schaltung.PNG
1,6 KB -
signale2.PNG
5 KB
-Ist vielleicht die Hystherese des Komparators zu klein gewählt? -Kann es sein, dass die Versorgungsspannung des OPVs (die 24VDC) Störungen im Einschaltmoment des Motors unterliegen? -"Zur Not" könntest du das Ausgangssignal des Komparators ggf. durch einen Tiefpass "verschleifen", so dass dieser (im Verhältnis zum korrekten Signal) kurze Impuls am Ausgang des Komparators weggefiltert wird.
Was ist das für ein OPAmp? Könnte es sein, dass du am Eingang dessen Gleichtaktbereich verlässt? Dann macht so ein OP u.U. alles Mögliche :-o EDIT: verglichen mit dem Mitkopplungsspannungsteiler sieht mir der Pullup ein wenig hochohmig aus... Kannst du da mal 1 kOhm reinmachen?
Hallo Christian, >>Der OPV ist als invertierender Schmitt-Trigger verbaut (Mittkopplung), >>dessen Schaltschwelle sich über das Poti (mit Spannungsteiler) >>einstellen lassen soll. Es dürfte bei der gegebenen Beschaltung ja auch >>keine Hysterese geben, oder??? Allein schon das Symbol des Schmitt-Triggers beinhaltet eine Hysterese. Du willst doch keinen Oszillator bauen? http://de.wikipedia.org/wiki/Schmitt-Trigger Es wäre sehr hilfreich wenn man wüsste was Du für einen OP verwendest. Welche Spannungen haben Deine Ansteuersignale? Gruss Klaus.
Vorne weg: Vielen Dank für die schnellen Antworten! @ Alex Bürgel: Nein, die Betriebsspannung steht stabil, hab das mal kontrolliert. Habe dann mal den Tipp mit dem Tiefpass versucht - leider funktionierte da nichts mehr. @ Lothar Miller: es handelt sich um einen LM393P. Den Pullup habe ich auch mal auf 1k geändert, ohne Veränderung. @KlaRa: Das Steuersignal vom Sensor hat ebenfals 24VDC Ein Hinweis aus einem anderen Forum hat dann den Erfolg gebracht: habe vor beide Eingänge des OPV mal ein 10k Widerstand eingesetzt...und siehe da...es läuft ruckfrei! Aber warum? Schmiert denn der OPV einfach kurzzeitig ab bei zu großen Eingangsströmen und geht in die Sättigung?
Umladevorgänge am Eingangselko verschieben vermutlich den Arbeitspunkt?
> Habe schon den Verdacht gehabt, dass gerade wegen der Diode der Strom > doch geringfügig ins negative rutscht (0,7V eben) und dadurch der OPV > nicht ganz klar kommt. Der Verdacht ist berechtigt. Die Eingangsschaltung des LM393 verträgt keine Spannungen unterhalb von etwa -0,5V (lt. Datenblatt sogar nur -0,3V). Wird diese Spannung unterschritten, hat das einen ähnlichen Effekt, als ob die maximal erlaubte positive Spannung angelegt würde. Der Komparator schaltet also um, in deinem Fall also von high nach low, so dass der Motor, nachdem er bereits eingeschaltet wurde, noch einmal kurz stockt. Das Unterschreiten der -0,5V hat außerdem einen erhöhten Eingangsstrom (aus dem Eingang heraus) zur Folge, der den Komparator U.u. töten kann. Das ist bei dir wohl nicht passiert, da der 8,2k-Widerstand den Entlade- strom des Kondensators begrenzt und ein Teil davon ohnehin durch die Diode fließt. > Habe daraufhin zusätzlich auf die Sensorleitung zwischen der Diode und > R2 noch eine Diode gesetzt,die diese geringen negativen Anteile > blockieren sollte - jedoch ohne Erfolg. Das sollte eigentlich das Problem beheben. Heißt "ohne Erfolg", dass genau das gleiche Problem immer noch da war? Das wundert mich etwas. Um sicher zu gehen, dass ich dich richtig verstanden habe: Du hast also die Leitung zwischen der Kathode der bestehenden Diode und dem oberen Ende von R2 aufgetrennt und die zusätzliche Diode so eingefügt, dass sie in Richtung R2 zeigt? > Ein Hinweis aus einem anderen Forum hat dann den Erfolg gebracht: habe > vor beide Eingänge des OPV mal ein 10k Widerstand eingesetzt...und > siehe da...es läuft ruckfrei! An dem 10k-Widerstand fällt durch den oben erwähnten erhöhten Eingangs- strom des Komparators etwas Spannung ab, so dass die Eingangsspannung etwas steigt, offensichtlich gerade so viel, dass das unbeabsichtigte Umschalten des Komparators ausbleibt. Da ist aber sicher reichlich Glück im Spiel, und ich würde nicht garantieren, dass das bei jedem LM393- Exemplar, bei jeder Temepratur usw. funktioniert. Deine Lösung mit der zusätzlichen Diode ist viel besser, weil sie die negative Eingangsspannung gar nicht erst enstehen lässt. Vielleicht schaust du noch einmal nach, ob sie wirklich nicht funktioniert. Wenn nicht: Kannst du vielleicht die Oszibilder vom Sensorsignal und Komparatorein- und -ausgangssignal für die modifizierte Schaltung posten? Am besten als Hardcopy oder Foto, damit auch die Details erkennbar sind (im Bild in deinem Ursprungsbeitrag kann man bspw. die Negative Eingangsspannung nicht erkennen).
yalu schrieb: > Das sollte eigentlich das Problem beheben. > > Heißt "ohne Erfolg", dass genau das gleiche Problem immer noch da war? > Das wundert mich etwas. Um sicher zu gehen, dass ich dich richtig > verstanden habe: Du hast also die Leitung zwischen der Kathode der > bestehenden Diode und dem oberen Ende von R2 aufgetrennt und die > zusätzliche Diode so eingefügt, dass sie in Richtung R2 zeigt? Exakt, hatte die Diode wie du es beschrieben hast eingesetzt, jedoch ohne Veränderung. Das mit der Diode hatte mir keine Ruhe gelassen - habe sie daraufhin nochmal in eine Testschaltung auf einem Steckboard gesetzt...und siehe da, plötzlich funktioniert es auch mit der Diode (selbst ohne die Eingangswiderstände vor den OPV-Eingängen). Ich kann es mir nur mit einem Fehler in der gelöteten Platine erklären.
> Ich kann es mir nur mit einem Fehler in der gelöteten Platine > erklären. Vielleicht hast du vergessen, die Leiterbahn, in die du die Diode eingefügt hast, aufzutrennen ;-)
yalu schrieb: > Vielleicht hast du vergessen, die Leiterbahn, in die du die Diode > eingefügt hast, aufzutrennen ;-) ^^ Das wäre ja zu einfach. Die neu gelötete Platine funktioniert jedenfals. Wird wohl eine mikroskopisch kleine Kontaktierung auf der alten sein. Herzlichen Dank nochmals an alle Helfer!
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