Elektronischer Verstärker Typ EV22K2-12/24

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1 Elektronischer Verstärker Typ EV22K2-12/24 zur Ansteuerung von Proportionalventilen Kartenausführung mit Steckerleiste nach DIN D32 1. Allgemeines 1.1. Kurzbeschreibung Die Verstärkerkarte ist mit zwei voneinander unabhängigen Proportionalverstärkern mit hoher Regelgenauigkeit bestückt. Sie ermöglicht die gleichzeitige Ansteuerung von zwei 3/3- oder 4/3-Wege-Proportionalventilen, von denen jedes Ventil mit einem Zwillings-Proportional-Magneten oder zwei Einzel-Prop.-Magneten für das wechselweise Anfahren der Schaltstellungen a oder b ausgerüstet ist. Dadurch ist die Verstärkerkarte in erster Linie für die elektrische Ansteuerung von jeweils zwei Proportional-Wegeschiebern Typ PSL(V)... mit E- oder EA-Betätigung nach D oder Typ SWS 2...MP nach D 7951 oder Typ (N)SWP nach D 7451N geeignet. Die Ansteuerung von Hubmodulen Typ HMC2 und HMC33 nach D 7650 ist ebenfalls möglich. Die beiden Einzelmagnete der wechselweise beanspruchten Proportional-Stromregelventile für Heben und Senken werden jeweils an eine Kartenhälfte angeschlossen, die zweite bleibt unbenutzt. Bei zwei Einzelmagneten anstelle eines Zwillingsmagneten ist je ein Anschluß, z.b. PIN 1, zu einem gemeinsamen Anschluß a10 bzw. c10 an der Klemmenleiste anzuschließen. Für die Fernbedienung sind als Signalgeber pro Verstärkerkarte zwei Einachsen-Handhebelpotentiometer oder ein Zweiachsen-Steuerknüppel (Joystick) nach D 7844 geeignet. Die Sollwerteingänge können auch direkt an einen Analogausgang einer SPS, CNC oder eines PC angeschlossen werden. Die Verstärkerkarte EV22K2-12/24 ist hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften und Anschlußbelegung aufwärtskompatibel zu den Verstärkerkarten EV22K1-24 und EV22K1-12 nach D Sie hat die Abmaße einer Europakarte mit Frontplattenbreite von 6 TE. Die wichtigsten Funktionsbauteile sind: ' Verpolungssichere Spannungsversorgung für einzelne Funktionsbausteine und kurzschlußfeste Festspannungsregler zur Erzeugung der stabilisierten Spannungen ±5 VDC bzw. ±10 VDC (umschaltbar) ' Analoger Summierer zum Addieren der Sollwertspannungen und Subtrahieren der Referenzspannung ' Lineare Rampengeneratoren (Integratoren), Anstiegs- und Abfallzeiten getrennt einstellbar ' Dithergeneratoren mit einstellbarer Ditheramplitude ' Stromgeregelte, getaktete und kurzschlußfeste Endstufen mit Drahtbrucherkennung ' Digitaler Mikrokontroller zur Anzeige der Betriebszustände als Leuchtanzeige und Störungsmeldung Die wichtigsten Eigenschaften sind: ' Eine Karte für 12V DC- und 24V DC-Versorgungsspannung ' Spannungsversorgung verpolungssicher ' Sollwertspannungsbereich und stabilisierte Spannungen umschaltbar zwischen ±5V und ±10V ' Grund- und Maximalströme I min (Q min ) und I max (Q max ) durch Mehrgangpotentiometer in beiden Richtungen genau einstellbar ' Hochgenaue Stromkonstanthaltung ' Dithersignal ist dem Ausgangsstrom überlagert ' Ditheramplitude einstellbar, Ditherfrequenz ca. 55Hz ' Rampenzeiten auf und ab getrennt durch Mehrgangpotentiometer einstellbar ' Ausgänge kurz- und massenschlußsicher ' Bei Drahtbruch- oder Kurzschluß der Ausgänge Störungsanzeige ohne Abschaltung der Funktionen d.h., nach Beseitigung der Störungsursachen funktioniert die Elektrohydraulik sofort wieder, jedoch muß die Störungsanzeige gesondert zurückgesetzt werden (siehe Position 5.3, Tabelle 2) ' Leuchtanzeigen (LED s) auf der Frontplatte signalisieren den Betriebszustand der einzelnen Proportional-Verstärker auf der Karte (falls keine Störungsanzeige ansteht) ' Parallel zur optischen Störungsanzeige (LED) ein Signal-Ausgang mit Transistor (Open-Collector) vorhanden ' #2 mm Meßbuchsen auf der Frontplatte für Messung des Spulenstromes mittels eines Amperemeters ohne Unterbrechung der Anschlußleitungen (nach Meßvorgang sind Meßbuchsen nach Möglichkeit paarweise kurzzuschließen - Verlustreduzierung) Analogeingänge: Sollwertgeberanschluß für unipolares Potentiometer mit Richtungsschalter oder bipolares Potentiometer möglich Echte Differentialeingänge, dadurch Sicherheitsbeschaltung bei Drahtbruch mit geeignetem Sollwertgeber möglich (siehe Position 6.1 Beispiel 1) Zweiter Sollwerteingang ermöglicht ggf. die Addition eines zusätzlichen Signals zum Sollwert Schalteingänge (digitale Eingänge): Rampen-Abschaltung, Sollwert-Invertierung und Freigabe Funktionen Schaltausgang (digitaler Ausgang): Parallele Funktion zur LED-Störungsanzeige auf der Frontplatte mittels eines Open-Collector-Transistors. Ein Pull-Up Widerstand ist auf der Karte vorhanden, bei Bedarf anschließbar. Die Frontplatte der Verstärkerkarte hat die Abmessung Höhe x Breite = 3 HE x 6 TE (128,4 x 30,1 mm), die Tiefe entspricht einer Europakarte (160 mm). D 7817/1 HEILMEIER & WEINLEIN 5 STREITFELDSTR MÜNCHEN elektronischer Verstärker November

2 D 7817/1 Seite Blockschaltbild

3 D 7817/1 Seite 3 2. Lieferbare Ausführungen, Hauptdaten 2.1. Verstärkerkarte Bestellbezeichnung: Elektronischer Verstärker EV 22 K 2-12/24 Grundtypbezeichnung zwei Zwillings- oder zweimal zwei Einzel-Proportional-Magnete für jeweils wechselweise Betätigung ansteuerbar (Steck-)Kartenausführung Konstruktions- und Entwicklungsstand (internes Kennzeichen) Versorgungsspannung sowohl 12V DC als auch 24V DC (Nennwert) 2.2. Montage-Zubehör Zubehör, wie 19"-Baugruppenträger bzw. Kartenhalter sind handelsüblich und werden deshalb von HAWE nicht geführt. Im allgemeinen wird an die große Vielfalt von Zubehör im Fachhandel hingewiesen. 3. Weitere Kenngrößen 3.1. Allgemein Benennung Ausführung Befestigung Einbaulage Masse (Gewicht) Elektronischer Verstärker Steckkarte mit 32-poliger Steckerleiste nach DIN D32 mittels Kartenhalter für eine Karte oder 19" Baugruppenträger beliebig ca. 200 g Schutzart DIN VDE 0470 EN bzw. IEC 529 IP 00 Umgebungstemperatur -20 bis +70 C 3.2. Elektrisch Versorgungsspannung U B V DC max. zulässiger Riffelfaktor w 10% (Welligkeit) mindest erf. Siebkondensator an der Versorgungsspannung C B 2200 µf je 1A Spulenstrom Ausgangsspannung U >U B -1,8V DC Leerlaufstrom (Eigenverbrauch) I L max. 110 ma (spannungsabhängig) Taktfrequenz der Leistungs-Endstufe f, 1,9kHz Ausgangsstrom (kurzschlußfest) I A max. 1,6A Einstellbereich I max ,8A Voreinstellung 0,6A I min ,8A Voreinstellung 0,25A Sollwertspannung U Soll V DC (BR offen) 1 ) V DC (BR gesetzt) 1 ) Freigabefenster für I min U * 300mV (BR offen) 1 ) * 150mV (BR gesetzt) 1 ) Eingangswiderstand der Sollwerteingänge UE.. gegen Signalmasse R, 400kΩ Spannungsbereich am Referenzeingänge URef 1 bzw. URef 2 bezogen auf Signalmasse U V DC (BR offen) 1 ) V DC (BR gesetzt) 1 ) Eingangswiderstand der Referenzeingänge URef 1 bzw. URef 2 gegen Signalmasse R, 400kΩ 1) BR = Brücke auf der Karte für Umschaltung der Sollwertspannungbereiche ( V DC bzw V DC) und der stabilisierten Spannungen (siehe Geräteabmessungen Position 4)

4 D 7817/1 Seite 4 Schalteingänge (digitale Eingänge): Freigabe-Eingänge, Rampe aus-eingänge, Invertieren-Eingänge Eingangswiderstand gegen Leistungsmasse R, 10kΩ Eingangspannungspegel BR offen: 1 ) BR gesetzt: 1 ) logisches 0 U 0 U 4,5V 0 U 1,3V logisches 1 U 9,5 U U B 6 U U B Stab. Spannung für Versorgung des Sollwertpotentiometers U st * 10V DC (BR offen) 1 ) * 5V DC (BR gesetzt) 1 ) Belastbarkeit der stabilisierten Spannung I st max. 10mA kurzschluß- und überlastfest Rampenzeit (getrennt einstellbar bezogen auf dem vollen Bereich der Sollwertspannung) t R 0,1... 5s, Voreinstellung 0,1s Rampenzeit bei angesteuertem Schalteingang RAMPE AUS.. < 0,1s Ditherfrequenz f, 55Hz Ditheramplitude einstellbar I mA S-S (Spitze zu Spitze) Voreinstellung, 140mA S-S Schaltausgang (digitaler Ausgang): Fehler-Ausgang NPN-Transistor (Pin a14) mit Open Collector: Max. zulässige Spannung gegen Leistungsmasse U A 35V Max. Ausgangsstrom I A 9mA Ausgang ist gegen Kurzschluß geschützt Pull-Up Widerstand (Pin c14) R 4,4kΩ 1) BR = Brücke auf der Karte für Umschaltung der Sollwertspannungbereiche ( V DC bzw V DC) und der stabilisierten Spannungen (siehe Geräteabmessungen Position 4)

5 D 7817/1 Seite Verstärker-Frontplatte und Belegung der Steckerleiste Steckerleiste nach DIN D32 Steckerleiste Anschlußbelegung Verstärker-Frontplatte

6 D 7817/1 Seite 6 4. Geräteabmessungen Alle Maße in mm, Änderungen vorbehalten! 4.1. Verstärkerkarte EV22K2-12/24 5. Hinweise für den Betrieb 5.1. Einstellanweisung Hinweis: Die Verstärkerkarte ist im Auslieferungszustand so eingestellt, daß sie ohne zusätzliche Einstellung mit dem Proportionalschieber Typ PSL bzw. PSV nach Druckschrift D zusammenarbeitet. Eine genauere Abstimmung zwischen Proportionalschieber und Proportionalverstärker sollte erst dann vorgenommen werden, wenn geeignetes Fachpersonal und Meßausrüstung zur Verfügung stehen.

7 D 7817/1 Seite 7 Nebenstehende Anordnung (Seite 6) gilt für die meistverwendete Schaltung mit einem Sollwertpotentiometer mit Mittelanzapfung (siehe auch Schaltungsbeispiel 1 in Position 6.1) Die Karte wird mittels Kartenhalter oder Baugruppenträger (auf dem freien Markt erhältlich), angeschlossen. Die Bezeichnung der Klemmen entspricht der Bezeichnung der Sockelleiste (siehe Position 3.3). Bei Anschlußlängen über 3 m sollten abgeschirmte Anschlußleitungen mit paarweise verdrillten Adern verwendet werden, um Störaussendung zu minimieren bzw. Störfestigkeit zu erhöhen. I max darf auf die Dauer nicht über den für Proportionalmagneten angegebenen I lim liegen. F1 = Sicherung 3,5A mt max. 2 Karten dürfen mit einer Sicherung (6A mt), abgesichert werden V1, V2 = Kontroll Voltmeter zur Messung der Sollwertspannung, Meßbereich V DC A1, A2 = Kontroll-Amperemeter zur Messung der Spulenströme, Meßbereich A DC P1, P2 = Kreuzknüppel (Joystick) z.b. 1 x Typ EJ2-10 nach Druckschrift D Rampenzeiten auf Minimum stellen (Rampenpotentiometer gegen Uhrzeigersinn so lange drehen, bis der Schleifer des Potentiometers im durchsichtigen Gehäuse am weitesten von der Frontplatte entfernt ist.) Verstärker- und Meßgeräteanschluß gemäß Schaltbeispiel, Stellung der Brücke BR kontrollieren. Versorgungsspannung einschalten. Lediglich die grüne LED Pow soll an der Frontplatte leuchten. Falls die rote LED Err leuchtet, liegt eine Störung vor. Für Feststellung bzw. Behebung der Störungsursachen werden Tafel 1 und 2 verwendet (siehe Position 5.3). Dies gilt für den gesamten Einstellvorgang. Einstellung des Kanals 1 (Channel 1) als Beispiel Steuerknüppel (Joystick) P1 in eine Richtung so weit auslenken und festhalten, bis die LED A beginnt aufzuleuchten. Spannung am Voltmeter V1 ablesen: Ca. * 300mV bei einem Sollwertspannungsbereich * 10V (Brücke BR entfernt). Mit dem zugehörigen Mehrgangpotentiometer Q min A den Minimalstrom I min A für Richtung A einstellen. Beim Drehen im Uhrzeigersinn steigt der Spulenstrom (Anhaltswert für einen PSL- bzw. PSV-Proportionalschieber mit 24V-Magneten ca. 290 ma, mit 12V-Magneten ca. 580 ma). Der Spulenstrom ist am Amperemeter A1 abzulesen. Steuerknüppel (Joystick) in die andere Richtung auslenken, und festhalten, bis die LED B beginnt aufzuleuchten und mit dem Mehrgangpotentiometer Q min B den Minimalstrom I min B für Richtung B nach Punkt 4 einzustellen. Steuerknüppel in Richtung A bis auf Anschlag betätigen und festhalten (die zugehörige maximale Sollwertspannung ist am Voltmeter V1 abzulesen) und mit dem Mehrgangpotentiometer Q max A den Maximalstrom I max A für Richtung A einstellen. Beim Drehen im Uhrzeigersinn am Mehrgangpotentiometer steigt der Spulenstrom (Anhaltswert für einen PSL bzw. PSV Proportionalschieber mit 24V-Magneten ca. 600 ma, mit 12V-Magneten ca ma). Der Spulenstrom ist am Amperemeter A1 abzulesen. Steuerknüppel in Richtung B bis auf Anschlag betätigen, festhalten und mit dem zugehörigen Mehrgangpotentiometer Q max B den Maximalstrom I max B für Richtung B nach Punkt 6, einstellen. Ditheramplitude so groß einstellen, daß bei etwa halb ausgelenktem Steuerknüppel am Hebel des Proportionalschiebers mit Hand die Vibration deutlich zu spüren ist, jedoch im hydraulischen System noch keine Störungen verursacht werden (Anhaltswerte für Typ PSL(V) nach D U N = 24V und beim Spulenstrom 0,4A ca. 140 ma S-S. Dieser Wert kann nur mit einem Oszilloskop gemessen werden). Am Mehrgangpotentiometer t Rampenzeit für Beschleunigen einstellen. Am Mehrgangpotentiometer t Rampenzeit für Bremsen einstellen. Beim Drehen im Uhrzeigersinn wird die Rampenzeit verlängert. Einstellungen Q min (I min), Q max (I max ) und Ditherstrom und Rampenzeit in beiden Richtungen kontrollieren und ggf. Einstellvorgang wiederholen. Sonstige Hinweise: Eine externe Sollwertspannung darf den eingestellten Bereich der Referenzspannungen nach oben und unten auf Dauer nicht mehr als 1 V über- bzw. unterschreiten. Andernfalls kann es zur Fehlreaktion des Proportionalverstärkers kommen. Bei Störungen während des Einstellvorganges oder bei Inbetriebnahme Netzversorgung kontrollieren; Bei Brückengleichrichtung: Elektrolyt-Siebkondensator von mindestens 2200µF/A Spulenstrom parallel zur Versorgungsspannung geschaltet? Versorgungsspannung für Prop.-Verstärker hoch genug? Sie soll unter Belastung mindestens um 1,8V DC höher sein als zur Erzeugung des eingestellten Maximalstromes I max bei warmer Magnetspule ohne Proportionalverstärker erforderlich wäre. Der verwendete Amperemeter für Strommessung darf keinen höheren Spannungsabfall als 0,5V haben, weil der mittels der Meßbuchsen auf der Frontplatte angezeigte Strommeßwert sonst falsch sein kann. Verwendung der Karte als Einfach-Proportionalverstärker zur Ansteuerung von Einzel-Proportionalmagneten siehe Position Funkentstörung In seltenen Fällen kann es vorkommen, daß der Proportionalverstäker am Einsatzort durch elektromagnetische Störungen (z.b. beim Schalten von nicht oder nur unzureichend entstörten Magnetventilen) auf Störung geht. In diesen Fällen empfiehlt sich eine nachträgliche Entstörung von s/w Magnetventilen und/oder der serielle Einbau einer Funk-Entstördrosselspule in die Plus-Leitung der Versorgungsspannung am Baugruppenträger (in der Mobilhydraulik z.b.: Entstör-Drossel mit Kondensator; Typ: FK107/3, Bestell- Nummer: BERU in Ludwigsburg).

8 D 7817/1 Seite Hinweise zur Störungsmeldung Auf der Verstärkerkarte sind zwei unabhängige Prop.-Verstärker integriert. Mit jedem Verstärker können ein Zwillingsmagnet oder zwei Einzelmagnete angesteuert werden. Die auf der Frontplatte angebrachten LED-Leuchtdioden signalisieren die Betriebszustände der Verstärker, falls keine Störungsanzeige anliegt. Die grüne LED (Pow) zeigt die Versorgungsspannung der Karte an, die rote LED (Err) einen Störungszustand. Parallel zur roten LED (Err) ist ein Signalausgang (NPN-Transistor mit Open-Collector am Pin a14) und ein Pull-Up Widerstand 4,4kΩ am Pin c14 vorhanden. Die rote LED (Err) wird für Störungsmeldungen beider Verstärker verwendet. Ansonsten ist die Störungsbehandlung für beide Verstärker völlig getrennt. D.h, falls eine Störung (z.b. Lfd.Nr. 7, Tl. 1) durch Aufleuchten der "Err"-LED gemeldet wird, betrifft es höchstwahrscheinlich nur einen Verstärker auf der Karte. Der gestörte Kanal ist derjenige, an dem beide weiteren LED s "A" (grün) und "B" (gelb) gleichzeitíg blinken. In den Fällen Lfd.-Nr. 6 Tafel 1 kann keiner der beiden Verstärker arbeiten, weil die Versorgungspannung zu niedrig liegt. Die Störmeldung und das Störsignal beeinflussen die Funktion der Verstärker nicht. D.h., das Verhalten eines Verstärkers ist völlig unabhängig von der Störmeldung und wird nach Beseitigung der Fehlerursache sofort weiterfunktionieren, jedoch das Signal am Fehler-Ausgang (Pin a14) und die Störungsmeldung (LED s auf der Frontplatte) bleiben bis zur nächsten Quittierung aufrechterhalten. Tabelle 1: Betriebszustände des Proportionalverstärkers EV22K2-12/24 1) Bei jedem Einschalten der Karte (U B > 9,1V) gibt der Fehler-Ausgang PIN a14 eine ca. 200ms lange Störmeldung aus Tabelle 2: Auswirkungen des Störzustandes und Störungsbehebung 2) Der Magnetstrom wird beim Sperren der FREIGABE (PIN 18) ohne Verzögerung abgeschaltet, jedoch beim erneuten Freigeben über die eingestellte Rampenfunktion wieder eingeschaltet Hinweis: Ein Störungszustand kann durch die Elektronik erst dann wahrgenommen werden, wenn die Spulenströme bei Ansteuerung über die zulässigen Grenzen hinausgeraten sind. Deshalb ist keine Vorhersage über einen Kurzschluß oder Kabelbruch am Ausgang möglich bei SOLLWERTSPANNUNG = 0 oder FREIGABE GESPERRT (PIN 18). Solche Störungen werden erst kurz nach Ansteuern der jeweiligen Seite (Endstufe) gemeldet.

9 D 7817/1 Seite 9 6. Schaltungsbeispiele Unverbindliche Vorschläge 6.1. Steuerung von Hydroventilen mit je einem Zwillings- oder zwei Einzel-Proportionalmagneten Beispiel 1: Der angeschlossene Signalgeber besteht aus zwei Potentiometern mit Mittelanzapfung, z.b. aus zwei Einachsen-Steuerknüppeln oder einem Zweiachsen-Kreuzknüppel. Die Sollwertspannung ist bipolar. Verwendbarer Kreuzknüppel z.b.: Typ EJ1-10 nach D 7844 Diese Grundschaltung ist gegen Fehlfunktion des unbetätigten Zwillings-Proportionalmagneten bei Bruch eines Drahtes am Eingang (Sollwertpotentiometer) abgesichert. Das unbetätigte Proportionalventil bleibt bei einem derartigen Drahtbruch in Neutralstellung, weil die Sollwertspannung am Eingang des Proportionalverstärkers null bleibt. Beispiel 2: Als Signalgeber werden zwei einfache Potentiometer mit nur drei Anschlüssen (ohne Mittelanzapfung) verwendet. Die Sollwertspannung ist bipolar. Diese aus preislicher Sicht recht günstige Ausführung hat aber den Nachteil, daß z.b. bei Bruch einer Zuleitung vom Sollwertpotentiometer zur Referenzspannung + 10V (a26) die Sollwertspannung am Eingang des Prop.-Verstärkers sofort auf - 10V springt. Das bedeutet, daß der Prop.-Magnet des unbetätigten Prop.-Ventils voll angesteuert wird und dadurch das Ventil bis zum Anschlag auslenkt mit unkontrollierter Bewegung und max. Geschwindigkeit des angeschlossenen Verbrauchers! Eine solche Schaltung ist deshalb nur dann zu vertreten, wenn Signalgeber und Verstärkerkarte so nahe beieinander installiert sind, daß eine Beschädigung der Zuleitungen nach allem Ermessen unwahrscheinlich ist. Aus Sicherheitsgründen ist die Schaltung nach Beispiel 1 oder 3 vorzuziehen. Beispiel 3: Als Signalgeber werden zwei einfache Potentiometer wie nach Beispiel 2 verwendet. Die Sollwertspannung ist bipolar. Die fehlende Mittelanzapfung der Sollwertpotentiometer wird durch jeweils zwei zusätzliche gleichgroße Widerstände zwischen kω, 0,25W nachgebildet. Dadurch werden die Sicherheitsnachteile von Beispiel 2 vermieden und es gilt dasselbe wie für Beispiel 1.

10 D 7817/1 Seite 10 Beispiel 4: Anschluß eines Kreuzknüppelschalters mit aktiven Sollwertgeber, Sollwertspannung unipolar, z.b.: Meisterschalter mit optoelektronischen Absolutwertgeber, Type: CSOVR 8P1.8P1-2 OEG 010U Firma Spohn und Burkhardt in Blaubeuren. Richtungsschalter intern mechanisch mit Absolutgeber gekoppelt: Richtungsschalter 1 - mit optischen Abs.- Wertgeber 1. Richtungsschalter 2 - mit optischen Abs.- Wertgeber 2. Beispiel 5: Anschluß an eine SPS, CNC oder einen PC, Sollwertspannung bipolar Beispiel 6: Anschluß an eine SPS, CNC oder einen PC, Sollwertspannung unipolar

11 D 7817/1 Seite Steuerung von Hydroventilen mit einem Proportionalmagnet Beispiel 7: Verwendung als Einfach-Proportionalverstärker. Die beiden einfachwirkenden Proportionalmagnete sind an die Anschlüsse a6... a10 bzw. c6... c10 anzuschließen und eine unipolare Sollwertspannung zu wählen. Achtung: Bei Invertierung (a22 oder c22) oder Vorzeichenwechsel der anliegenden Sollwertspannung würde der Verstärker auf Störung gehen, weil dies dem Ansteuern der fehlenden Zweitspulen gleichkäme und wegen der unbelegten Anschlüsse a8 und c8 als Drahtbruch gedeutet würde.