Industrielle Powerline Kommunikation für Werkzeugmaschinen, Industrieroboter und Fertigungszellen
Final Report Abstract
Das erste Arbeitspaket (AP) dieses Projekts umfasste die Bestimmung der Kommunikationsanforderungen einer Fertigungszelle. Dies wurde anhand von Bearbeitungszentren durchgeführt, die am Institut zur Verfügung stehen. Es war möglich, die Modultypen in einem Bearbeitungszentrum zu definieren sowie deren Kommunikationsanforderungen festzulegen. Das zweite Arbeitspaket beschäftigte sich mit der Bestimmung der physikalischen Eigenschaften eines Powerline-Kommunikationssystems in einem Bearbeitungszentrum und mit der Implementierung eines Ferritfiltersystems. Dieses AP2 wurde in Unterarbeitspunkte aufgeteilt: Der erste Schritt war die Auswahl der geeignetsten Topologie. Die Simulationsund Evaluationsergebnisse zeigten, dass eine Bustopologie nicht die beste Lösung hinsichtlich der Übertragungseigenschaften darstellt, aber eine Erweiterung der Teilnehmer ermöglicht. Der zweite Schritt war die Messung der Impedanz der Systemkomponenten im DC- Netzwerk, nämlich Antriebe und Stromquelle. Es hat sich gezeigt, dass bei einer Frequenz zwischen 95 und 105 MHz die Systemkomponenten die optimalsten Eigenschaften für die Ferritfilterung und Kommunikation mit einem konstanten Betrags- und Phasenverlauf sowie einer niedrigen Impedanz besitzen. Der dritte Schritt bestand aus der Bestimmung des am besten geeigneten Ferritmaterials. Es gibt viele Arten von Ferritmaterialien, die auf verschiedene Filterfrequenzen abzielen. Auch die Geometrie des Ferrits spielt eine Rolle für die Filtereigenschaften. Durch mehrere Tests mit verschiedenen Ferriten war es möglich, einen Ferrit mit geeigneten Filtereigenschaften innerhalb des zuvor gewählten Frequenzbereichs zu ermitteln. Der vierte Schritt bestand aus der Ermittlung einer geeigneten Anpassungseinheit. Hier wurden Versuche durchgeführt um den Aufbau zu finden, der die Impulsstörungen der IGBTs am besten filtert. Es hat sich gezeigt, dass die Anzahl der Windungen im Ferritfilter eine wesentliche Rolle spielt. Der Vorteil ist die Erhöhung der Filtereffektivität, der Nachteil ist die Änderung der Frequenz, in der der Ferrit wirksamer ist und dazu den Frequenzbereich verringert. Es wurde gezeigt, dass die Verwendung von Ferriten per se bei Gleichstrom sehr begrenzt ist, falls keine Adaptionen vorgenommen werden, weil Ferrite bei relativ niedrigem Gleichstrom gesättigt sind. Im Nichtsättigungsbereich des Gleichstroms war das effektivste Filterdesign der Direktmodus, wo jedes Gleichstromkabel seinen eigenen Ferrit erhält. Das dritte Arbeitspaket bestand aus der Entwicklung des IPLC-Modems und wurde in die zwei Teile, Hardware und Software, aufgeteilt. In Bezug auf die Hardwareimplementierung wurde eine Weiterentwicklung der bestehenden Hardware in Richtung bidirektionaler Kommunikation realisiert. Der Teil Software konnte in drei weitere Schritte gegliedert werden: Der erste Schritt macht es möglich bidirektional auf dem Versuchsstand zu kommunizieren. Im zweiten Schritt wurde ein industrielles Feldbusprotokoll, welches innerhalb der gewählten Topologie kommunizieren kann, ausgewählt. Im dritten Schritt wurde ein Powerline Modem, das dieses Feldbusprotokoll unterstützt, implementiert. Die durchgeführten Messungen belegen, dass das aktuelle Kommunikationssystem mit IPLC funktioniert, jedoch eine relative hohe Latenz (420 µs) aufweist, was im Fall von vielen Antrieben ein Problem darstellt.
Publications
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Industrielle Powerline Kommunikation für Werkzeugmaschine, Industrieroboter und Fertigungszellen, 9 AALE-Konferenz 2012, Aachen, 2012
Lopes, J., Wurst, K.-H., Verl, A.
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Industrial Powerline Communication for Machine Tools and Industrial Robots, 17th IEEE International Symposium on Power Line Communication and its Applications (ISPLC 2013). Johannesburg, Südafrika, März 2013
Lopes, J., Wurst, K.-H., Verl, A.
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Industrial Powerline Communication for Machine Tools and Industrial Robots, Proceedings of the17th IEEE International Symposium on Power Line Communication and its Applications (ISPLC 2013), P. 351-356. Johannesburg, Süd Afrika, März 2013
Lopes, J., Wurst, K.-H., Verl, A.
