Introducción

Un servoaccionamiento alimenta un servomotor para mantener la velocidad y el par ajustados por un controlador de servoaccionamiento. Los servomotores se alimentan utilizando una tensión de CA trifásica que crea un campo magnético giratorio. Un controlador le indica al servoaccionamiento qué tan rápido puede girar el motor y en qué dirección se puede mover este. En el motor, hay un codificador que detecta y realimenta la velocidad y la posición reales del motor al servoaccionamiento y este ahora puede ajustar continuamente los datos de velocidad y posición. Los casos de uso de un convertidor analógico a digital (ADC) en un servoaccionamiento incluyen lo siguiente:

1. Medición de la salida de un sensor de corriente
2. Entrada de control analógico desde un controlador lógico programable (PLC) o controlador de movimiento
3. Interpolación de señales SIN/COS desde un codificador incremental SIN/COS

Figura 1 Diagrama de bloques de servoaccionamiento

Medición de la salida de los sensores de corriente

Dentro del servoaccionamiento, hay un inversor trifásico interno que toma la tensión CC de una fuente de alimentación y la convierte en tensión de CA a través de un modulador por ancho de impulsos (PWM). El ciclo de trabajo del modulador por ancho de impulsos (PWM) controla la corriente o el par aplicado al motor. Cuando el ciclo de trabajo está cercano al 0 %, la corriente o el par está al mínimo. Cuando el ciclo de trabajo está cercano al 100 %, la corriente o el par está en un máximo. El modulador por ancho de impulsos (PWM) cambia continuamente el ciclo de trabajo para crear una señal de CA sinusoidal. Esta señal de CA alimenta y gira el motor. El procesador utiliza la medición de corriente para actualizar el ciclo de trabajo del modulador por ancho de impulsos (PWM). Un sensor de corriente se empareja con un convertidor analógico a digital (ADC) para medir la corriente y convertir la salida analógica en una salida digital, que se envía al procesador, como se ve en Figura 2.

Hay muchos tipos diferentes de sensores de corriente, como sensores de corriente LEM, sensores de corriente VAC, sensores de corriente de efecto Hall, amplificadores de detección de corriente, etc., como el TMCS1123, AMC1300 y INA241A que ofrece TI. La salida de estos sensores de corriente es analógica y debe digitalizarse mediante un convertidor analógico a digital (ADC) para que el procesador pueda leer. Los sensores de corriente tienen una variedad de tipos de salida, incluidos diferenciales, seudodiferenciales y de un único extremo. Estos tipos de salida requieren circuitos analógicos para convertirlos en señales de un único extremo, por lo que es más fácil utilizar convertidores analógico a digital (ADC) con entradas seudodiferenciales/diferenciales. Las familias ADS8350, ADS7850, ADS7250 y ADS704x/ADS705x ofrecen múltiples dispositivos con entradas diferenciales y seudodiferenciales. El rango de entrada del convertidor analógico a digital (ADC) también es esencial y puede coincidir con el rango de salida del sensor de corriente. Algunos sensores, como los sensores LEM, pueden tener una salida de –10 V a 10 V. El ADS8681 puede tomar esta tensión directamente sin componentes externos, ya que el ADS8681 tiene un amplificador de ganancia programable (PGA) integrado. Tabla 1 ofrece información más detallada con algunos convertidores analógico a digital (ADC) que cubren múltiples rangos de entrada y tensiones.

Figura 2 Medición de la salida de los sensores de corriente

Entrada y salida (E/S) analógica

Un controlador, como un controlador lógico programable (PLC) o un controlador de movimiento, puede comunicarse con el servoaccionamiento mediante salidas analógicas o digitales. El control analógico se utiliza a menudo en sistemas heredados y sistemas de bajo costo. Normalmente, el controlador puede tener una salida de ±10 V. Estas entradas analógicas deben convertirse a digitales para que el procesador pueda leer en el servoaccionamiento, que es donde se requiere un convertidor analógico a digital (ADC). El convertidor analógico a digital (ADC) debe tener un amplio rango de tensión de entrada para asegurarse de que este pueda leer las salidas del controlador lógico programable (PLC). Figura 3 muestra un ejemplo de cómo se puede usar el convertidor analógico a digital (ADC) en forma de circuito, y todos los dispositivos indicados en Tabla 2 tienen rangos de entrada de ±10 V.

Figura 3 Entrada y salida (E/S) analógica

Retroalimentación de la posición del servoaccionamiento

El codificador del motor se usa para detectar la velocidad y la posición reales del motor. El codificador lee esta información como señales de tensión y las envía de vuelta al servoaccionamiento para implementar el control de velocidad o posición del motor. La señal analógica que el codificador genera es una señal seno/coseno de 1 V_PP, por lo que un amplificador de 2 canales más un convertidor analógico a digital (ADC) de 2 canales puede ser un buen diseño, como se puede ver en Figura 4. El procesador utiliza la salida digital del convertidor analógico a digital (ADC) para determinar la velocidad y la posición del motor, por lo que la resolución en el convertidor analógico a digital (ADC) es una especificación esencial. El codificador típico tiene un ancho de banda de 500 kHz; en aplicaciones con motores más rápidos, el ancho de banda de las señales seno o coseno del codificador puede ser mayor. Una velocidad de muestreo del convertidor analógico a digital (ADC) más alta es importante porque este se puede utilizar para mejorar el rendimiento del ruido mediante el cálculo del promedio. Para cada factor de 2, el cálculo del promedio mejora la relación señal a ruido (SNR) en aproximadamente 3 dB. En Tabla 3, hay pares de amplificadores además de los pares del convertidor analógico a digital (ADC) que cumplen las especificaciones requeridas de una cadena de señal de retroalimentación del codificador.

Figura 4 Retroalimentación de la posición del servoaccionamiento

Conclusión

Los servoaccionamientos requieren convertidores analógico a digital (ADC) en muchos casos de uso diferentes. Los convertidores analógico a digital (ADC) se pueden utilizar para medir la salida de los sensores de corriente en las líneas de alimentación, digitalizar las salidas analógicas del PLC y convertir a digitales los datos analógicos recibidos por el codificador. TI cuenta con una sólida gama de dispositivos para realizar estas mediciones. En el siguiente artículo se ofrece más información sobre servoaccionamientos.

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