Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Leistung und Signal im gleichen Kabel?


von Tobias S. (x12z34)


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Hallo Leute,

mal eine praktische Frage:

Gegeben seien mehrere Antriebseinheiten, jeweils bestehend aus
 - einem DC-Getriebemotor mit
 - einem mechanischen Endschalter und
 - einem Poti auf der Motorwelle als Positionsrückmeldung
in einem Abstand von etwa 3-5m von der (Arduino basierten) Steuerung.

Es gibt verschiedene Motor-Varianten mit 12V/24V und 1A-5A.
Der Motor wird über PWM in der Geschwindigkeit gesteuert.

Ich überlege mir nun, wie ich Motor mit Steuerung verbinde. Ich sehe 
zwei Möglichkeiten:
 - getrennte Kabel für Leistung und digitale/analoge Signale
 --> Vorteil: weniger Beeinflussung der Sensor-Werte
 --> Nachteil: mehr Kabelsalat; Aufbau der Steuerung wird größer & 
teurer, da zwei Stecker pro Antriebseinheit

 - ein gemeinsames Kabel (mit paarweise verdrillten Adern)
 --> Vorteil: weniger Kabelsalat, Aufbau der Steuerung wird kompakter & 
billiger, da nur ein Stecker pro Antriebseinheit
 --> Nachteil: größere Beeinflussung der Sensor-Werte möglich

Die Variante mit getrennten Kabeln kostet mich insgesamt etwa 150€ mehr, 
was ich natürlich gerne vermeiden würde. Andererseits ist es natürlich 
auch blöde, wenn die Sensor-Werte spinnen, weil sie vom PWM beeinflusst 
werden.

Das Ganze wird im "privaten" Umfeld eingesetzt, also ist industrielle 
Robustheit hier kein Thema.
Dennoch tue ich mich schwer, abzuschätzen, ob die Beeinflussung eine 
reale Sache ist oder eher nur eine theoretische Gefahr.

Da bisher alles noch nicht aufgebaut ist, kann ich es nicht ausprobieren 
;-) Könnt Ihr mir Eure Einschätzung geben, ob ich mit der 
Einkabel-Lösung Probleme bekommen werde?

Vielen Dank schonmal
  x12z34

von Falk B. (falk)


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Tobias S. schrieb:
> Die Variante mit getrennten Kabeln kostet mich insgesamt etwa 150€ mehr,

Wie lang sollen denn deine Kabel werden?

> was ich natürlich gerne vermeiden würde. Andererseits ist es natürlich
> auch blöde, wenn die Sensor-Werte spinnen, weil sie vom PWM beeinflusst
> werden.

Da wird schon einiges überkopplen, vor allem kapazitiv. Die Frage ist 
halt, wie stark man die Sensorwerte filtern kann. Wenn man die 
Sensorwerte nicht sonderlich schnell verarbeiten muss 
(Positisionierung?), kann man sehr schmalbanding mit wenigen Dutzend Hz 
filtern. Wenn nicht, wird es schwieriger.

> Das Ganze wird im "privaten" Umfeld eingesetzt, also ist industrielle
> Robustheit hier kein Thema.
> Dennoch tue ich mich schwer, abzuschätzen, ob die Beeinflussung eine
> reale Sache ist oder eher nur eine theoretische Gefahr.

Das ist schon ein reales Problem. Man kann es praktisch abmildern, wenn 
man die Sensorwerte geschirmt im Kabel führt, da gibt es diverse 
Kabeltypen. Ist aber kein überall verfügbarer Standard.

150Euro sind für ein Bastlerbudget natürlich viel Geld, das man eher 
einsparen will. Andererseits sehe ich nicht, wie 2 Kabel a 3m soviel 
kosten sollen, incl. der Stecker. Ich würde einfach eine Doppelleitung 
für den Motor und ein Ethernetkabel für den Sensor nehmen. Fertig. Die 
kann man dann auch mechanisch nah führen, denn das Ethernetkabel ist 
abgeschirmt. Allerdings sollte man dann auch den Schirm der 
Ethernetbuchse mit Masse verbinden.

von Tobias S. (x12z34)


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Falk B. schrieb:
> Da wird schon einiges überkopplen, vor allem kapazitiv. Die Frage ist
> halt, wie stark man die Sensorwerte filtern kann. Wenn man die
> Sensorwerte nicht sonderlich schnell verarbeiten muss
> (Positisionierung?), kann man sehr schmalbanding mit wenigen Dutzend Hz
> filtern. Wenn nicht, wird es schwieriger.

Richtig, das Poti dient der Positionierung und der mech. Schalter als 
zusätzlicher Endanschlag.
Ein "bisschen" Filterung ist eingeplant, wie viel nötig ist, wird man 
sehen...

> Das ist schon ein reales Problem. Man kann es praktisch abmildern, wenn
> man die Sensorwerte geschirmt im Kabel führt, da gibt es diverse
> Kabeltypen. Ist aber kein überall verfügbarer Standard.

Du hast vollkommen recht, es gibt (v.A. von Lapp) da wirklich schöne 
Kabel, bei denen ein Teil der Adern nochmal getrennt geschirmt ist und 
so weiter. Nur diese Kabel sind so teuer, dass mir der Preisvorteil 
sofort wieder futsch wäre.

> 150Euro sind für ein Bastlerbudget natürlich viel Geld, das man eher
> einsparen will. Andererseits sehe ich nicht, wie 2 Kabel a 3m soviel
> kosten sollen, incl. der Stecker.

Hab ich vielleicht missverständlich formuliert: Es sind mehrere 
Motoreinheiten (derzeit 6 Stück),
also 6x Kabel & Stecker-Buche Kombination zusätzlich im Vergleich zur 
1Kabel-Lösung, ein größeres Gehäuse für die Steuerung, in die 6 Buchsen 
mehr passen etc. So kommen die 150€ Aufpreis zustande

Ich nehme auf jeden Fall mit, dass Du eher getrennt fahren würdest.
Danke schionmal für's Feedback

von Tobias S. (x12z34)


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Falk B. schrieb:
> Ich würde einfach eine Doppelleitung
> für den Motor und ein Ethernetkabel für den Sensor nehmen.

Du hast mich da tatsächlich auf eine Idee gebracht: Ich war so fixiert 
auf die 1-/2- Kabel Problematik, dass ich das offensichtlichste übesehen 
habe:

Gibt es günstigere Steckverbinder als die, die ich mir ausgesucht habe?

RJ45 ist da nicht mein Favorit, aber D-SUB wäre geeignet...Ich muss 
nicht die SuperExclusiv Sondervariante wählen...

Statt diesen Steckerverbindern:
Leistung: 
https://www.tme.eu/de/details/0250-04/steckverb-fur-industrieanw-sonstige/lumberg/0250-04/
Signal: 
https://www.tme.eu/de/details/sv40/m16-steckverbinder/lumberg/sv-40/

wird es so deutlich günstiger:
Leistung 
https://www.tme.eu/de/details/sv40/m16-steckverbinder/lumberg/sv-40/
Signal: 
https://www.tme.eu/de/details/dsc-109/d-sub-stecker-und-buchsen/ninigi/

Grob überschlagen (noch nicht nachgerechnet) sinkt der Mehrpreis von 
150€ auf 50€. Damit kann ich leben, das macht, wie Du schln sagtest, 
auch die Datenverarbeitung einfacher...

Ich denke, solange kein anderer eine Super-Sonderlösng hat, werde ich es 
so machen.

Vielen Dank nochmal für den Denkanstoß ;-)

von Falk B. (falk)


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Tobias S. schrieb:
> RJ45 ist da nicht mein Favorit, aber D-SUB wäre geeignet...Ich muss
> nicht die SuperExclusiv Sondervariante wählen...

D-Sub ist OK, gibt es auch in IP64 oder mehr.

von Tobias S. (x12z34)


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Falk B. schrieb:
> D-Sub ist OK, gibt es auch in IP64 oder mehr.

Deswegen war ich ursprünglich bei den "teuren" Steckverbindern, weil es 
die auch in IP68 gibt.

Das ist für dieses Projekt aber gar nicht erforderlich, ich hatte 
allerdings gar niht mehr den Schrictt gemacht, zu prüfen, ob es 
günstigere "nicht-IP6x" Stecker gibt...

Nochmal danke ;-)

von Robert K. (Firma: Zombieland) (rko)


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Anhand Deiner Skizze, Kabel.png, kann man erkennen,daß es sich bei der 
Mehrkabellösung um 6 Kabel (Variante1) und um 3 Kabel (Variante2) bei 
der Sparlösung handelt ?!
Fakt ist aber, daß Du den Leiterquerschnitt der Motorzuleitungen von 
0,75 mm² auf 0,50 mm² verringerst ... ob das dann im Dauerbetrieb gut 
geht ist die Frage?
Die Motorzuleitungen würde ich schon separieren, für die Steuereinheit 
kannst Du ja dann die Sparlösung wählen - wären dann 4 statt 6 Leitungen 
als Kompromiß.

von Tobias S. (x12z34)


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Robert K. schrieb:
> Anhand Deiner Skizze, Kabel.png, kann man erkennen,daß es sich bei der
> Mehrkabellösung um 6 Kabel (Variante1) und um 3 Kabel (Variante2) bei
> der Sparlösung handelt ?!

Nicht ganz, da ich die Einzeladern gezeichnet habe. Der Querstrich zeigt 
an, dass es sich im linken Fall im zwei Kabel handelt, einmal 2x0,75mm² 
und einmal 4x0,25mm². Im rechten Fall ist es ein Kabel mit 6 paarweise 
verdrillten Adern, also ein 3x2x0,5mm²


> Fakt ist aber, daß Du den Leiterquerschnitt der Motorzuleitungen von
> 0,75 mm² auf 0,50 mm² verringerst ... ob das dann im Dauerbetrieb gut
> geht ist die Frage?

Ja, das ist kein Problem. 0,5mm² reicht für Dauerbelastung durchaus aus, 
da die meisten Motoren <2A "ziehen", nur ein größerer Motor braucht 5A, 
der verfährt aber nur kurze Zeit.

> Die Motorzuleitungen würde ich schon separieren, für die Steuereinheit
> kannst Du ja dann die Sparlösung wählen - wären dann 4 statt 6 Leitungen
> als Kompromiß.

Auch Du bist also dafür, die Motorleitung von der Signalleitung zu 
trennen.

Ich seh schon: Alles in ein Kabel zu pressen kommt nicht so gut an ;-)

Danke Dir

von Holler (Gast)


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Ich würde hier auch zwei getrennte Kabel nehmen, aber nicht wegen 
Übersprechen/Störungen sondern wegen der Steckerproblematik. Ein 
6-poliger Stecker der die 5A kann kostet schon etwas.

Tobias S. schrieb:
> Richtig, das Poti dient der Positionierung und der mech. Schalter als
> zusätzlicher Endanschlag.
> Ein "bisschen" Filterung ist eingeplant, wie viel nötig ist, wird man
> sehen...

Deine Sensoren bestehen aus einem Poti und einem Schalter. Hier hast du 
doch alles in deiner Hand, mach das Poti einfach niederohmig dann gibt 
es auch wenig Einkopplung. Im allerschlechtesten Fall könntest du die 
PWM auch kurz abschalten um die Potistellung zu messen.
Aber bei 3..5m Leitungslänge solltest du vor den Steuerungseingängen auf 
jeden Fall ein Filter haben (50Hz?) und auch mal über Maßnahmen gegen 
Überspannung nachdenken. Deine IP6x Überlegungen klingen so nach 
Verlegen der Leitungen im Freien.

Dein Endschalter gehört meiner Meinung nach direkt in die 
Motorversorgung, wenn er als Sicherheitsabschaltung dienen soll.

von Tobias S. (x12z34)


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Holler schrieb:
> Ich würde hier auch zwei getrennte Kabel nehmen, aber nicht wegen
> Übersprechen/Störungen sondern wegen der Steckerproblematik. Ein
> 6-poliger Stecker der die 5A kann kostet schon etwas.

Ich bin inzwischen ja schon auf eine "günstigere" Version umgestiegen, 
die die 5A dauerhaft kann.

> Aber bei 3..5m Leitungslänge solltest du vor den Steuerungseingängen auf
> jeden Fall ein Filter haben (50Hz?) und auch mal über Maßnahmen gegen
> Überspannung nachdenken.

Sollte ich wohl machen, das ist aber - gebe ich zu - erst der zweite 
Schritt. Jetzt geht es mir erst einmal darum, die "Mechanik" aufzubauen.
Da die Elektronik sowieso durch mehrere Iterationsstufen gehen wird (ich 
kenne mich leider zu genau ;-) ) werde ich solche Dinge auf "später" 
verschieben und mit im Weihnachtsurlaub erstmal um die Mechanik 
kümmmern.

> Deine IP6x Überlegungen klingen so nach Verlegen der Leitungen im Freien.

Bei diesem Projekt nicht, wenn das jetzt aber so funktioniert wie 
gehofft, kann alles später auch schon mal im Freien sein, da hast Du 
recht.

> Dein Endschalter gehört meiner Meinung nach direkt in die
> Motorversorgung, wenn er als Sicherheitsabschaltung dienen soll.

Ist zwar ein Endschalter, aber ohne "Sicherheitsfunktion", daher nicht 
so kritisch.

von Falk B. (falk)


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Holler schrieb:
> Deine Sensoren bestehen aus einem Poti und einem Schalter. Hier hast du
> doch alles in deiner Hand, mach das Poti einfach niederohmig dann gibt
> es auch wenig Einkopplung.

Wenn das mal kein Irrtum ist ;-)
Geh mal auf ein EMV-Seminar mit Experimenten und staune.

> Dein Endschalter gehört meiner Meinung nach direkt in die
> Motorversorgung, wenn er als Sicherheitsabschaltung dienen soll.

Nö. Wenn der als Öffner gebaut ist, reicht es, den in den Steuerkreis 
der Elektronik eingereifen zu lassen. Als Öffner ist er auch gegen 
Kabelbruch gesichert.

von Georg (Gast)


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Tobias S. schrieb:
> Der Motor wird über PWM in der Geschwindigkeit gesteuert.

Wenn die PWM-Schaltsignale auf dem Kabel liegen, sollte das 
Leistungskabel unbedingt geschirmt werden, sonst kommt man in die 
EMV-Hölle.

Georg

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