Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Proportionalventile mit Arduino ansteuern


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von Wolfgang M. (wolf1985)


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Guten Tag!

Ich arbeite gerade an einem Elektrohydraulik-Projekt mit meinen Schülern 
(ein handelsüblicher Bagger wird auf elektrisch sowie Fernsteuerung 
umgebaut).

Das Problem ist, dass ich eher im mechanischen Sektor zuhause bin und 
meine Elektronikkenntnisse daher ziemlich lückenhaft sind.

Es werden bei diesem Projekt acht Proportionalventile mit PWM 
angesteuert (24 V, 0,5 A), Verarbeitung und Aufbereitung der Signale 
übernimmt ein Arduino Mega.

Im Anhang ist die von mir erstellte Schaltung - sowohl als Schaltplan 
als auch als Platinenansicht - zu finden.

Mein Anliegen: Bitte einen Blick auf die Schaltung werfen und eventuelle 
Fehler oder Verbesserungspotential aufzeigen.

Transistoren zur Signalverstärkung sind TIP120.

Danke, Wolfgang!

PS.: Der Transistor links unten in der Platinenansicht ist nur zur 
Signalumkehr des SBUS und muss nicht weiter beachtet werden.

von Philipp G. (geiserp01)


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Der Plan ist soweit in Ordnung, die Platinensicht eher weniger.

von Wolfgang (Gast)


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Ein Proportionalventil wir besser mit Strom angesteuert. Sonst hängt die 
Ventilstellung von der Temperatur ab.

von Harald (Gast)


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Und dann muss man den Strom auch noch messen, denn der „interessante“ 
Bereich ist meist recht klein. Nur per PWM kann man den nicht steuern, 
da allein durch die Spulenerwärmung zu viel Drift entsteht. Da kommt man 
nie auf einen grünen Zweig, selbst wenn man sich sagt, es müsse nicht 
sonderlich genau sein.

Der Strom muss in dem Spule/Diode Kreis gemessen werden, vielleicht per 
INA196 o.ä. In dem besagten Kreis hat man bei passender Frequenz einen 
recht konstanten Stromfluss, wenn man ihn an anderer Stelle messen 
wollte (z.B. als Shunt am Emitter gegen Masse) müsste man PWM und ADC 
synchronisieren und einige Annahmen treffen.

Und dann gibt es noch den erforderliche Dither, also ein bewusstes 
„Brummen“ des Ventils wegen der Haftreibung. Entweder durch Wahl der 
Grundfrequenz (so ca. 80..300Hz) oder durch Software-mäßige Überlagerung 
einer solchen Dreiecksfrequenz über eine wesentlich höhere PWM-Frequenz.

von Wolfgang M. (wolf1985)


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Philipp G. schrieb:
> Der Plan ist soweit in Ordnung, die Platinensicht eher weniger.

Danke. Gibt es Tipps zur Platine?

Wolfgang schrieb:
> Ein Proportionalventil wir besser mit Strom angesteuert. Sonst hängt die
> Ventilstellung von der Temperatur ab.
Harald schrieb:
> ...Da kommt man
> nie auf einen grünen Zweig, selbst wenn man sich sagt, es müsse nicht
> sonderlich genau sein...

Da die Ventile mit Joystick/Gimbal von Menschenhand bedient werden und 
die Bewegungsgeschwindigkeit der Hydraulikzylinder ohnehin von der 
jeweiligen mechanischen Last abhängt, ist diese Ungenauigkeit, so hoffe 
ich zumindest, vernachlässigbar.

Ich habe versuchsweise bereits einen einzelnen Zylinder auf diese Art 
und Weise angesteuert (damals noch mit einem Wii-Nunchuk) und der war 
damit recht angenehm zu steuern.

von Wolfgang M. (wolf1985)


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Philipp G. schrieb:
> Der Plan ist soweit in Ordnung, die Platinensicht eher weniger.

Anbei die nächste Version, bin für jeden Tipp dankbar!

von Harald (Gast)


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Wolfgang M. schrieb:
> Da die Ventile mit Joystick/Gimbal von Menschenhand bedient werden und
> die Bewegungsgeschwindigkeit der Hydraulikzylinder ohnehin von der
> jeweiligen mechanischen Last abhängt, ist diese Ungenauigkeit, so hoffe
> ich zumindest, vernachlässigbar.

Probiere es, selbst genau mit diesem Anwendungsszenario hatte ich schon 
Probleme. Man muss ja irgendeinen PWM-Bereich auf den Joystick legen, 
also ohne Strommessung sprechen wir von einer Spannung x...y. Kann sein, 
dass es bei Inbetriebnahme geht, man freut sich und einen Tag später tut 
sich bei Joystickbetätigung nichts oder man kann nicht proportional 
verändern.

von Wolfgang M. (wolf1985)


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Guten Tag!

Gestern und heute den ferngesteuerten Bagger mehrere Stunden getestet:

Funktionierte alles tadellos und auf Anhieb!

Habe außerdem die originalen Steuergeräte von Festo mit dem Oszilloskop 
untersucht, die steuern ihre Proportionalventile mit exakt dem gleichen 
500-Hz-PWM-Signal an wie ich.

Möchte mich recht herzlich für alle Kommentare bedanken (auch wenn die 
meisten letztendlich nicht in das Projekt eingeflossen sind) und wünsche 
ein schönes Wochenende!

MfG, Wolfgang

: Bearbeitet durch User
von Harald (Gast)


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Wolfgang M. schrieb:
> Ich arbeite gerade an einem Elektrohydraulik-Projekt mit meinen Schülern
> (ein handelsüblicher Bagger wird auf elektrisch sowie Fernsteuerung
> umgebaut).

Festo macht Hydraulik für handelsübliche Bagger? Oder sprachen wir die 
ganze Zeit von einem Modell mit Pneumatik? Das ist natürlich ganz was 
anderes.

von Wolfgang M. (wolf1985)


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An dem Bagger war ein Hydrauliksteuerblock montiert, den haben wir 
entfernt und durch vier Proportionalhydraulikventile unserer 
Laborarbeitsplätze ersetzt. Hersteller der Ventile ist nicht Festo, 
lediglich der Verkäufer (im Didaktik-Programm deckt Festo nämlich auch 
auch Hydraulik ab). Die Ventile werden mittels PWM angesteuert (was 
sogar im Datenblatt des Herstellers so beschrieben ist).

von Harald (Gast)


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Ah, verstanden, danke!

von Space C. (toutou19)


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Hallo Leute,

ich hoffe ich bin hier richtig:-). Bei mir geht es auch um ein 
Proportionalventil (keine 
8)https://www.buerkert.de/de/produkte/proportionalventile/elektromagnetische-proportionalventile/150426 
was mit einem Arduino Due angeschlossen werden soll. Das Ventil 
funktioniert auch mit einem PWM Signal. Ist der oben geposteten 
Schaltplan gültig auch in meinem Fall? Habt ihr eine Idee was ich für 
ein Transistor nehmen sollte?.

PS: Ich studiere BWL und benötige das für meine Abschlussarbeit also es 
wäre nett von euch wenn ihr mich als ein Schüler betrachten würdet wenn 
ihr mir das erklären wollt hhhhhh

LG Toutou19

: Bearbeitet durch User

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