Praktikum mit dem maxon selection program (MSP) - Zweck und Ziel Die Teilnehmer
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Praktikum mit dem maxon selection program (MSP) Zweck und Ziel Die Teilnehmer … - erlernen die Bedienung des maxon selection program. - führen eine Motor-Getriebe-Auswahl für Dauerbetrieb und Zyklusbetrieb aus. - berechnen die Massenträgheit eines zusammengesetzten Körpers. Übung 1: MSP-Download und Installation. Information über Versionen. Ziel: Herunterladen der aktuellen Version des MSP. Vorbereitung zum Start. 1. Laden Sie die aktuelle MSP-Version von www.maxonmotor.com herunter und speichern Sie diese auf Ihrem Rechner. 2. Führen Sie das Installationsprogramm (maxon_msp_Setup.exe) aus. Die folgende Dateistruktur wird erzeugt: 3. Der Ordner db enthält die Daten: Dateien mit Produktdaten, Kombinationsinformationen und Da- teien, um das Programm in verschiedenen Sprachen auszuführen. – Die Datenbank enthält lediglich Produkte, die im maxon Katalog aufgeführt sind. Beachten Sie, dass einzelne Katalogprodukte nicht enthalten sind. Einige Produkte können aufgrund Ihrer Struktur nicht in der Datenbank integriert werden, wie etwa die Motoren mit integrier- ter Elektronik. – Über das Speicherdatum der neuesten Produktdatei können Sie abschätzen, wie aktuell die Datenbank ist. Typischerweise wird die Datenbank halbjährlich aktualisiert (im April und wenn nötig im Herbst). 4. Der Ordner help enthält die Hilfeinstruktionen. 5. Starten Sie das MSP durch Klick auf das MSP-Symbol ( ) auf dem Desktop oder durch öffnen von msp.exe in den Programmdateien. – In der unteren linken Ecke finden Sie die Programmversion (aktuell V1.2 vom November 2007). Verwechseln Sie die Pro- grammversion nicht mit der Datenbankversion. 6. In der linken Spalte können Sie den Betriebsmodus (Selektion, Last- rechner, Vergleich) und die Sprache wählen. Sie finden ebenfalls die Bedienknöpfe zum erzeugen, öffnen und speichern von MSP- Anwendungen. Zusätzlich gibt es einen Direktzugang zum Trägheits- rechner (oranger Knopf) und zur Kontexthilfe (blauer Knopf). MSP Praktikum Sept. 2010 1/8
Übung 2: Selektion für Dauerbetrieb Ziel: Lernen Sie die wichtigsten Schritte zur Benützung des Programmmodus Selektion anhand eines einfachen Beispiels. Förderbandantrieb Für Antrieb eines Förderbands wird eine Motor-Getriebe-Einheit benötigt. Das Netzgerät liefert 24 VDC und 5 A. In einer ersten Näherung wird angenommen, dass das Band dauernd mit einer maximalen Geschwindigkeit von 0.5 m/s läuft. Die Reibung des leeren Bandes beträgt 40 N. Die zusätzliche Reibung durch die Last (max. 3 kg) sei 9 N. Somit ergibt sich ei- ne Gesamtlast von 49 N. 1. Wählen sie 'Selektion' in der linken Spalte. Lesen sie die Anweisungen im Hauptteil des Bild- schirms. 2. Eingabe des Netzgeräts Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Netzteil’ Schritt 2: Geben sie die vorhandene Versorgungsspannung und den vorhande- nen Strom ein (in unserem Beispiel 24 V, 5 A). Schritt 3: Falls Ihre Netzgerät kurzzeitig einen höheren Strom zulässt, können Sie dies im 'Detail>>' –Teil des Dialogfensters eingeben. Schritt 4: Beenden Sie den Eingabedialog mit 'OK'. Hinweis: Falls Sie noch nicht wissen, welches Netzteil sie einsetzen wollen, kön- nen Sie die vordefinierten Werte belassen, oder gar höhere Werte eingeben. Das MSP wird für jede Lösung anzeigen, wie viel Spannung und Strom benötigt werden. 3. Eingabe der mechanischen Antriebsauslegung Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Antrieb’ Schritt 2: Wählen Sie 'Förderband' und verschieben Sie es mit den Pfeilknöpfen in den Bereich zur Antriebseingabe. Schritt 3: Geben Sie die Durchmesser der Rollen ein (in unserem Beispiel 0.1 m). Ändern Sie zuerst die Einheit auf 'm', dann geben sie den Wert ein. Durch wählen einer anderen Einheit, wird der Wert automatisch umgerechnet: Dies ist ein eingebauter Einheitenrechner! Schritt 4: Beenden Sie den Eingabedialog mit 'OK'. Hinweis: Sie können zusätzlich die Verluste in Ihrem Antrieb über die Eingabe eines Wirkungsgrades berücksichtigen. In unserem Beispiel schlagen wir die Reibverlus- te aber zur Last. Deshalb belassen wir den Wirkungsgrad bei 100%. 4. Lasteingabe für Dauerbetrieb Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Last’ Schritt 2: Geben sie die benötigte maximalen Lastgeschwindigkeit und Förderkraft ein (in unserem Beispiel 0.5 m/s und 49 N). Schritt 3: Beenden Sie den Eingabedialog mit 'OK'. Hinweis: Dies ist die einfachste Variante zur Lasteingabe. Ein Förderband macht eine Linearbewegung. Somit müssen Geschwin- digkeit und Kraft eingegeben werden. Für rotative Antriebe verlangt das MSP Drehzahl und Drehmoment. Hinweis: Sobald die Last definiert ist, beginnt das MSP mit der Suche nach allen möglichen Motor- Getriebe-Kombinationen, die in der Liste der Lösungen dargestellt werden. MSP Praktikum Sept. 2010 2/8
5. Analyse der Liste der Lösungen Die Liste der Lösungen wird ohne Einschränkungen und Filterungen zusammengestellt: Alle Mög- lichkeiten, die gemäss Spezifikationen möglich sind, werden aufgeführt. Dies ergibt meist eine lan- ge Liste von Getriebe-Motor-Kombinationen. Die Anzahl Einträge finden Sie links. Die grosse Arbeit besteht nun darin, diese Liste auf die am besten passenden Lösungen zu redu- zieren. Dazu stellt das Programm verschiedene Möglichkeiten zur Filterung, Tabellenmanipulatio- nen und Entscheidungshilfen zur Verfügung. Unter der 'Hilfe' finden sie weitere Informationen zu Filterung und Tabellenmanipulation. − Voreinstellung: Die Liste wird nach der Auslastung des Motors sortiert. − Untersuchen sie die Liste der Lösungen: Welche Motoren finden Sie? Welche Getriebe? Wie viel Strom und Spannung werden von den verschiedenen Lösungen benötigt? Was sind die Abmessungen? Welches Kommutierungssystem? … Im unteren Teil des Bildschirms finden Sie ein Diagramm zur schnellen Beurteilung der markierten Lösung. − Doppelklick vergrössert das Diagramm. Oder im Kontextmenu (rechter Mausklick). − Information zur Interpretation finden Sie ebenfalls in der Hilfe über das Kontextmenu. 6. Die Liste der Lösungen filtern Falls Sie für unser Beispiel einen bürstenlosen Motor möchten, könnte eine Filterstrategie der Liste der etwa 370 Lösungen folgendermassen aussehen: Schritt 1: Klicken Sie auf den Filter ‘Optimaler Bereich'. Dies eliminiert alle Lösungen, die sehr stark ausgelastet (in der Nähe des maximalen Dauerdrehmoments, d.h. ohne Reserve) oder unterlastet (zu grosser Motor) sind, oder die die vorhandene Spannung schlecht ausnüt- zen. Dies verkleinert die Liste auf etwa 75 Lösungen. Schritt 2: Jetzt suchen Sie Lösungen mit bürstenloser Kommutierung. Setzen Sie einen Individual- filter 'bürstenlos' mit der rechten Maustaste auf einem entsprechenden Eintrag in der Ta- belle. Die Kolonne wird rot markiert. T Dies verkleinert die Liste auf etwa 37 Lösungen. Schritt 3: Jetzt suchen Sie Lösungen mit kleinem Durchmesser. Verschieben sie den Filterregler für den Durchmesser (linke Seite) ganz nach links (32 mm). Dies verkleinert die Liste auf etwa 4 Lösungen (die alle einen eher teuren EC-powermax- Motor enthalten). Wenn Sie einen grösseren Durchmesser erlauben (z.B. >42 mm) erhalten Sie eine grös- sere Auswahl mit etwa 15 Lösungen basierend auf den Motortypen EC 40, EC-max 40 und EC-4pole. Schritt 4: Wählen sie nun die Lösung, die Ihnen am Besten zusagt. Hinweis: Mit dem Knopf 'Filter zurücksetzen' kehren Sie immer zur vollständigen Liste zurück. Hinweis: Wie sie erkennen hängt das Herausfinden der "richtigen Lösung" nicht nur von physikali- schen Parametern (Spannung, Strom, Abmessungen, …) ab, sondern auch von Ihren Vorlieben und von der Anwendung (z.B. bei der Wahl des Kommutierungstyps und dem Ausmass der Leistungsreserve). 7. Datenblatt Schritt 1: Öffnen Sie das Datenblatt durch Doppelklick auf die Lösung. (oder via Kontextmenu) Schritt 2: Welche Informationen stehen auf den verschiedenen Seiten des Datenblattes? Schritt 3: Benützen Sie den Hilfeknopf, um mehr über die Interpretation des Diagramms zu erfah- ren. Schritt 4: Benützen Sie den Drucker-Knopf, um das Datenblatt zu drucken. 8. Speichern Sie Ihre Anwendung Schritt 1: Speichern Sie Ihre Anwendung über den ‘Speichern' Knopf unten links. Schritt 2: Öffnen Sie eine gespeicherte Anwendung. Was geschieht? MSP Praktikum Sept. 2010 3/8
Übung 3: Selektion für einfachen Zyklusbetrieb Ziele: Wie kann man Filter für Motoren und Getriebe im Voraus setzen? Erweiterte Lasteingabe mit kurzen Beschleunigungsphasen (einfacher Zyklusbetrieb). Wie kann man Steuerungen in der Selektion berück- sichtigen? Förderbandantrieb Eine grobe Schätzung für die Beschleunigung zeigt, dass zusätzlich etwa 10 N während der Beschleunigungsphase (1 s) benötigt werden. Ein Beschleunigungs- und Bremsvorgang findet alle paar Sekunden statt. Das Förderband läuft in einer Fabrikhalle, die im Sommer bis zu 40°C heiss werden kann. Aus Lebensdauergründen sollte ein bürstenloser EC Motor zum Einsatz kommen. 1. Motorfilter setzen Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Motor’. Schritt 2: Lassen Sie alle DC-Motortypen weg. Schritt 3: Setzen sie die Umgebungstemperatur auf 40°C. Schritt 4: Beenden Sie den Eingabedialog mit 'OK'. Hinweis: Da wir schon eine Last definiert haben, beginnt das MSP eine neue Selektion sobald wir einen Dialog verlassen. 2. Lasteingabe für einfachen Zyklusbetrieb Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Last’. Schritt 2: Klicken Sie auf den Knopf ‘Zyklisch’. Schritt 3: Geben Sie die benötigte maximale Förderkraft und ihre Dauer ein (in unserem Beispiel 59 N und 1 s). Schritt 3: Beenden Sie den Eingabedialog mit 'OK'. Hinweis: Dies ist ein sehr einfacher Weg, eine bekannte kurzzeitige Spitzen- belastung zu integrieren. 3. Analysieren und filtern Sie die Liste der Lösungen in ähnlicher Weise wie in der vorherigen Übung. Hinweise: − Beachten Sie den zusätzlichen Arbeitspunkt im Diagramm! − Klicken Sie auf die Messuhr zwischen Getriebe und Antrieb, um die am Getriebeab- gang benötigten Drehmomente und Drehzahl zu erhalten. 4. Auswahl Regler Schritt 1: Markieren Sie eine Lösung. Schritt 2: Unten werden die passenden Steuerungen angezeigt. Schritt 3: Markieren Sie eine Steuerung und beobachten Sie wie sich das Diagramm anpasst. Schritt 4: Überprüfen sie die passenden Sensoren (Encoder), indem Sie das Datenblatt öffnen (Doppelklick oder Kontextmenu). MSP Praktikum Sept. 2010 4/8
Übung 4: Selektion für komplexe Arbeitszyklen Ziel: Lasteingabe für komplexe Arbeitszyklen kennen lernen. Förderbandantrieb Eine genauere Analyse ergibt eine Bewegung mit kurzen Unter- brüchen (EIN 4 s, AUS 0.5 s). Die Beschleunigungs- und Brems- raten sind aber ziemlich tief (Beschleunigungszeiten ca. 0.5 s). Das Band ist 20 cm breit, hat eine Gesamtlänge von (hin und zurück) von 12 m und bei einer spezifischen Masse von 500 g/m. Die Rollen sind aus Aluminium. Beim Zyklusbetrieb berücksichtig das MSP die Beschleunigungskräfte, die aus den Bewegungsprofilen und den Massenträgheiten aller bewegten Teile berechnet werden. 1. Massenträgheiten des mechanischen Antriebs: Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Antrieb’. Schritt 2: Klicken Sie auf 'Detail >>'. Schritt 3: Berechnen Sie die Trägheitsmomente der Rollen. Klicken Sie auf den orangen Knopf neben dem Eingabefeld. Schritt 4: Wählen Sie 'Zylinder/Scheibe' als Körper für die Rolle und verschie- ben Sie ihn nach rechts. Geben Sie Durchmesser (10 cm), Länge (20 cm), und Material (Al) der Rollen ein. Da die Rollen um ihre Sym- metrieachse rotieren, ist der Abstand s = 0. Verlassen Sie den Dialog. Das Trägheitsmoment wird automatisch ins entsprechende Eingabe- feld übernommen. Schritt 5: Wiederholen Sie Schritt 4 für die zweite Rolle. Schritt 6: Geben Sie die Masse des Bandes von Hand ein. (in unserem Beispiel 12 mal 500 g/m = 6 kg) Schritt 7: Beenden Sie den Eingabedialog mit 'OK'. 2. Eingabe des Arbeitszyklus Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Last’. Schritt 2: Bei der zyklischen Eingabe klicken Sie auf ‘Detail >>’. Schritt 3: Wählen Sie unter Bewegungsprofil 'Geschwindigkeitsmodus'. Hinweis: Im 'Positioniermodus' können Sie die Zielpositionen und die Dauern für die Bewegungen eingeben. Die benötigten Geschwindigkeiten und Drehzahlen ergeben sich aus der Berechnung. Schritt 4: Stellen Sie den benötigten Arbeitszyklus aus den vorhandenen Bewe- gungsprofilen zusammen. Es können bis zu 6 Profile in Serie gewählt werden. Geben Sie die verlangten Parameter ein: Geschwindigkeit, Zeitdauern, Kräfte und Massenträgheiten (Eingaben für unser Beispiel auf der nächsten Seite) Hinweis: Das MSP nimmt an, dass dieser Arbeitszyklus ständig wiederholt wird. Falls die Bewegung nur sporadisch erfolgt, fügen Sie einfach am Ende eine genügend lange Pause ein (’Konstant/Pause’). Die Schlüsseldaten der Last werden aufgrund dieser Bewegungsprofile neu berechnet und im oberen Teil des Fensters dargestellt. Der Einfluss einer Parameteränderung kann sofort verfolgt werden. Schritt 5: Beenden Sie den Eingabedialog mit 'OK'. MSP Praktikum Sept. 2010 5/8
Förderbandantrieb Für das Förderbandbeispiel wählen wir für die Bewegung ein 'Trapez'-Profil gefolgt von 'Konstant/Pause'. MSP Praktikum Sept. 2010 6/8
Übung 5: Trägheitsrechner Ziel: Bedienung des Trägheitsrechners 1. Öffnen Sie den Massenträgheitsrechner. Oranger Knopf im linken Teil. 2. Geben Sie die Shutter-Struktur aus Aluminium ein (vgl. Abbildung). Schritt 1: Für die beiden scheibenförmigen Shutter wählen Sie 'Zylinder / Scheibe' und fügen diese zur Struktur hinzu (Knopf '>'). Schritt 2: Geben Sie die Abmessungen der Scheiben ein. Beachten Sie, dass diese sich in einem Abstand von der Drehachse P befinden! Schritt 3: Für die 4 Stäbe wählen Sie 'Zylinder / Stab quer' und fügen diese zur Struktur hinzu (Knopf '>'). Schritt 4: Geben Sie die Abmessungen der Stäbe ein. Beachten Sie, dass sich ihre Massen- schwerpunkte in einem Abstand von der Drehachse P befinden! Hinweise für Vereinfachungen − Das zentrale Teil um die Achse P kann bei der Berechnung des Trägheitsmomentes vernachläs- sigt werden. − Die beiden Shutter könnten durch eine einzige Scheibe mit doppelter Dicke ersetzt werden. − Die 4 Stäbe könnten durch einen Stab mit doppeltem Durchmesser ersetzt werden. 3. Fragen: Welche Teile tragen am meisten zum Trägheitsmoment bei? Wie gross ist das Trägheitsmoment der gesamten Struktur? Wie gross ist die Masse der gesamten Struktur? MSP Praktikum Sept. 2010 7/8
Übung 6: Lastrechner Ziel: Bedienung des Lastrechner-Programmmodus. 1. Wählen sie 'Lastrechner' in der linken Spalte. Lesen sie die Anweisungen im Hauptteil des Bildschirms. 2. Definieren sie das Netzteil. 3. Falls gewünscht, definieren Sie den Antrieb und geben Lastpunkte ein. 4. Wählen sie eine Motor-Getriebe- Kombination Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Motor’. Schritt 2: Geben Sie eine ’Motor Nr.’ ein oder wählen Sie ein ’Motorprogramm’. Schritt 3: Markieren Sie den gewünschten Motor in der Liste und drücken Sie 'OK'. Schritt 4: Wählen Sie ein passendes Getriebe aus der Liste. 5. Resultate: Sie können ein Datenblatt des Antriebs öffnen. Mit Hilfe des Diagramms können Sie beurteilen, ob der Antrieb die Lastanforderungen erfüllt. Hinweis: Dieser Programmmodus macht keine Auswahl, sondern gibt Ihnen die Informationen über einen bereits bestehenden Antrieb. Übung 7: Getriebemotor-Vergleich Ziel: Bedienung des Vergleich-Programmmodus. 1. Wählen sie 'Vergleich' in der linken Spalte. Lesen sie die Anweisungen im Hauptteil des Bildschirms. 2. Definieren sie das Netzteil. Geben Sie die Spannung für den Vergleich ein. 3. Falls gewünscht, definieren Sie den Antrieb und geben Lastpunkte ein. 4. Geben Sie einen Antrieb ein, den Sie vergleichen oder ersetzen möchten. Schritt 1: Wählen Sie einen Motor aus der Liste und übernehmen Sie dessen Motordaten durch klicken auf den Knopf ’
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