piezosystemjena series 30DV User manual

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Bedienungsanleitung
Digitaler Piezoverstärker
Serie 30DVxxx
instruction manual
digital piezo amplifier
series 30DVxxx
Bitte lesen Sie sorgfältig die Bedienungsanleitung vor dem Einschalten des Gerätes. Beachten Sie
bitte insbesondere die Sicherheitshinweise!
Please read carefully before switching on the power! Please see safety instructions for using
piezoelectric actuators and power supplies!

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Bedienungsanleitung Seite 3 ... 34
(deutsch)
instruction manual pages 35 ... 63
(english)
Deutsche Version: Letzte Änderung 03.07.2015 von AS
English version: last change 2015-07-03 by AS

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Inhaltsverzeichnis
1Gegenstand.......................................................................................................................4
2Zertifizierung von piezosystem jena .................................................................................4
3Konformitätserklärung.......................................................................................................4
4Lieferumfang .....................................................................................................................5
5Allgemeine Hinweise zu Piezoaktoren und Spannungsverstärkern ................................5
6Sicherheitshinweise ..........................................................................................................6
6.1 Installation, Stromanschluss.............................................................................................7
6.2 Betrieb...............................................................................................................................7
6.3 Pflege und Wartung ..........................................................................................................8
6.4 Umgebungsbedingungen..................................................................................................8
7Kurzanleitung, Funktionskontrolle.....................................................................................8
8Beschreibung des digitalen Piezoverstärkers der Serie 30DVxxx...................................9
8.1 Allgemeines.......................................................................................................................9
8.2 Bedienelemente ................................................................................................................9
8.2.1 Frontseite ..........................................................................................................................9
8.2.2 Rückseite.........................................................................................................................10
8.3 Funktion...........................................................................................................................11
8.3.1 Technische Daten...........................................................................................................14
8.3.2 MOD/MON.......................................................................................................................15
8.3.3 Anschlussbelegungen.....................................................................................................17
8.4 Kommunikation und Befehlssatz ....................................................................................18
8.4.1 Kommunikation................................................................................................................18
8.4.2 Befehlssatz......................................................................................................................19
8.4.3 Statusregister..................................................................................................................22
8.5 Funktionsgenerator.........................................................................................................23
8.6 Ausgabe von Triggersignalen.........................................................................................24
8.7 Scanfunktion....................................................................................................................27
9Bedienung.......................................................................................................................29
10 Reglereinstellung ............................................................................................................30
11 Fehlersuche.....................................................................................................................32
11.1 Fehlerregister..................................................................................................................33
12 Ihre Notizen.....................................................................................................................34

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Diese Bedienungsanleitung enthält wichtige Informationen für den Betrieb und
Umgang mit Piezoaktoren. Bitte nehmen Sie sich die Zeit, diese
Informationen zu lesen. Piezopositioniersysteme sind mechanische System
von höchster Präzision. Durch den richtigen Umgang stellen Sie sicher, dass
das System die geforderte Präzision auch über lange Zeit einhält.
1 Gegenstand
Diese Anleitung beschreibt die digitalen Piezoverstärker der Serie 30DVxxx von piezosystem
jena. Weiterhin finden Sie Sicherheitshinweise beim Umgang mit Piezoelementen.
Bei Problemen wenden Sie sich bitte an den Hersteller des Gerätes:
piezosystem jena, Stockholmer Str. 12, 07747 Jena. Tel: [phone]
2 Zertifizierung von piezosystem jena
Die Firma piezosystem jena GmbH arbeitet seit 1999 nach einem nach
DIN EN ISO 9001 zertifizierten Qualitätsmanagementsystem, dessen
Wirksamkeit durch regelmäßige Audits durch den TÜV geprüft und
nachgewiesen wird.
3 Konformitätserklärung
Die CE-Konformitätserklärung für dieses Gerät ist im Internet unter www.piezosystem.de
einsehbar.

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4 Lieferumfang
Bitte prüfen Sie nach Erhalt die Vollständigkeit der Lieferung, bestehend aus:
Spannungsverstärker 30DVxxx
Weitbereichsnetzteil 24VDC
RS232-Kabel
USB-Kabel
Bedienungsanleitung
CD-ROM mit Treiber, Software und Bedienungsanleitung
5 Allgemeine Hinweise zu Piezoaktoren und Spannungsverstärkern
Piezoaktoren von piezosystem jena werden mit Spannungen bis 150V angesteuert.
Beachten Sie bitte die Sicherheitsvorschriften beim Umgang mit diesen Spannungen.
Nach dem Transport von Piezoaktoren sollten sich diese vor dem Einschalten ca. 2h der
Raumtemperatur anpassen können.
Piezoaktoren sind stoß- und schlagempfindlich (Bruchgefahr). Vermeiden Sie auch bei
eingebauten Piezoaktoren derartige Einwirkungen. Durch den piezoelektrischen Effekt
können bei Stoß- oder Schlageinwirkungen Spannungen erzeugt werden, die zu
Überschlägen führen können.
Piezoaktoren sind mit hohen Druckkräften belastbar. Ohne Vorspannung dürfen sie nicht auf
Zug belastet werden. Beachten Sie, dass bei Stoßeinwirkungen (z.B. Herunterfallen) und bei
hochdynamischen Anwendungen Beschleunigungen des Keramikmaterials und somit auch
Zugkräfte auftreten. Piezoaktoren mit mechanischer Vorspannung können im Rahmen der
Vorspannung auf Zug belastet werden.
Bei Ansteuerung der Aktoren mit einer Spannung im oberen Stellbereich kann bei
Abschaltung der Steuerspannung allein durch die noch erfolgende Bewegung der Keramik
eine beträchtliche elektrische Gegenspannung erzeugt werden, die zu Überschlägen führen
kann.
Durch strukturbedingte Verlustprozesse innerhalb der Keramik kommt es zu einer
Erwärmung beim dynamischen Betrieb. Bei ungenügenden Kühlungsmaßnahmen kann es
zu Ausfällen kommen. Eine Erwärmung über der Curietemperatur (übliche Werte ca.
140°C - 250°C) lässt den piezoelektrischen Effekt verschwinden.
Piezoaktoren können elektrisch als Kondensatoren angesehen werden. Die
Entladungszeiten liegen im Bereich von Stunden bis Tagen. Deshalb können auch nach
Trennung der Piezoaktoren von der Spannungsversorgung hohe Spannungen anliegen.
Bleibt der Aktor mit der Elektronik verbunden, so wird er innerhalb einer Sekunde nach dem
Abschalten auf ungefährliche Spannungswerte entladen.
Piezoaktoren können durch Erwärmung oder Abkühlung und der damit verbundenen
Längenänderung eine Spannung an den Anschlüssen erzeugen. Bedingt durch die
Eigenkapazität ist das Entladungspotential nicht zu vernachlässigen. Bei üblicher
Raumtemperatur ist dieser Effekt unbedeutend.
Piezoaktoren von piezosystem jena sind justiert und verklebt. Ein Öffnen der Stellelemente
führt zur Dejustage. Eine Beschädigung des inneren Aufbaus ist dabei nicht auszuschließen.
Dieses kann zur Funktionsunfähigkeit führen. Geräte von piezosystem jena dürfen deshalb
nicht geöffnet werden. Ein Öffnen führt zum Garantieverlust!
Verwenden Sie nur mitgelieferte Kabel und Verlängerungen. So können Geräteausfälle
durch eventuell falsche Verbindungen verhindert werden.
Bei Problemen wenden Sie sich bitte an piezosystem jena oder an den jeweiligen Händler.
Die für die jeweiligen Länder verantwortlichen Repräsentanten finden Sie auf unserer
Webseite http://www.piezosystem.de im Bereich „Unternehmen“

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Achtung! Trotz mechanischer Vorspannung können Stoßkräfte (z.B. Fallenlassen oder
Anstoßen) zu einer Beschädigung des eingebauten Keramikelementes führen. Bei
Beschädigungen des Piezoaktors aufgrund derartiger Einwirkungen können wir keine Garantie
übernehmen. Bitte gehen Sie deshalb sehr sorgfältig mit Ihrem Piezoaktor um.
6 Sicherheitshinweise
Symbole:
GEFAHR! Dieses Symbol weist auf die Gefahr von Elektrounfällen hin. Damit
verbundene Warnhinweise sind unbedingt zu beachten.
ACHTUNG! Dieses Symbol weist auf zu beachtende Anweisungen in der
Bedienungsanleitung hin, die zusätzliche Hinweise zur Bedienung und Warnung
enthalten.
GEFAHR
Öffnen Sie das Gerät in keinem Fall! Im Inneren des Gerätes befinden sich keine Teile, die
vom Benutzer selbst gewartet werden können. Das Öffnen oder Entfernen der Abdeckungen
könnte einen elektrischen Schlag verursachen oder zu anderen gefährlichen Situationen
führen. Reparaturarbeiten dürfen nur von qualifizierten technischen Personal durchgeführt
werden.
Vermeiden Sie das Eindringen von Flüssigkeiten in die Geräte! Diese können zu einem
elektrischen Schlag, Brand oder Fehlfunktionen des Gerätes führen.
ACHTUNG
Achten Sie auf ausreichende Belüftung der Steuerelektronik. Lüftungsschlitze dürfen nicht
blockiert werden. Die Geräte sollten nicht in unmittelbarer Nähe von Wärmequellen (z.B.
Heizung, Ofen usw.) aufgestellt werden.
Betreiben Sie die Geräte von piezosystem jena nur in sauberer und trockener Umgebung.
Nur dafür speziell vorgesehene Geräte und Piezoelemente dürfen unter abweichenden
Umgebungsbedingungen betrieben werden.
piezosystem jena übernimmt keine Garantie bei Fehlfunktionen durch fremdes Zubehör.
Besonders geregelte Systeme sind nur in dem von piezosystem jena ausgelieferten
Zustand voll funktionstüchtig. Das Verwenden zusätzlicher Kabel oder abweichender
Stecker verändert die Kalibrierung und andere spezifizierte Daten. Dieses kann bis zur
Fehlfunktion der Geräte führen.
Piezoelemente sind empfindliche Präzisionsgeräte von großem Wert. Bitte behandeln Sie
die Geräte dementsprechend. Achten Sie auf einen mechanisch saubere Befestigung der
Piezoelemente, ausschließlich an den dafür vorgesehenen Befestigungsstellen!
Unter den nachfolgend aufgeführten Umständen müssen die Geräte sofort vom Netz getrennt
werden:
beschädigte Kabel (z.B. Netzkabel)
Flüssigkeiten sind in das Gerät gelangt
das Gerät war Regen ausgesetzt oder ist mit Wasser in Berührung gekommen
das Gerät funktioniert bei Bedienung entsprechend der Bedienungsanleitung nicht
ordnungsgemäß

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6.1 Installation, Stromanschluss
GEFAHR
Greifen Sie niemals mit nassen Händen an den Netzstecker. Es besteht die Gefahr eines
elektrischen Schlages.
Nicht in Räumen installieren, in denen leicht entzündliche Substanzen gelagert werden.
Kommen leicht entzündliche Substanzen mit elektrischen Bauteilen in Kontakt, besteht die
Gefahr von Feuer oder einem elektrischen Schlag.
Nehmen Sie keine Veränderungen am Netzkabel vor. Stellen Sie keine schweren
Gegenstände auf das Netzkabel und verlegen Sie es so, dass es nicht übermäßig gespannt
oder geknickt ist. Das Netzkabel könnte sonst beschädigt werden, und es besteht die Gefahr
eines elektrischen Schlages bzw. Brandgefahr.
Ziehen Sie niemals am Kabel, um den Netzstecker zu ziehen. Dadurch könnte das
Netzkabel beschädigt werden und es besteht die Gefahr eines elektrischen Schlages oder
Brandgefahr.
ACHTUNG
Verwenden Sie nur das mitgelieferte Zubehör. Stecken Sie die Netzkabel ausschließlich in
Schutzleitersteckdosen.
Stellen Sie das Gerät niemals an einem Platz auf, an dem das Netzkabel beschädigt oder
zur Stolperfalle werden kann. Stellen Sie niemals Geräte auf das Netzkabel.
Stellen Sie das Gerät so auf, dass die Lüftungsschlitze nicht blockiert werden und eine
ausreichende Belüftung der Steuerelektronik gewährleistet wird.
Stecken Sie den Netzstecker vollständig in die Schutzleitersteckdose, damit es sich nicht
versehentlich lösen kann.
Halten Sie den Netzstecker immer frei zugänglich, damit er im Notfall gezogen werden kann.
Stellen Sie das System so auf, dass der Schalter ohne Probleme betätigt werden kann.
Der Netzstecker ist die Trennstelle vom Versorgungsnetz
6.2 Betrieb
Gefahr
Öffnen Sie das Gerät in keinem Fall! Im Inneren des Gerätes befinden sich keine Teile, die
vom Benutzer selbst gewartet werden können. Das Öffnen oder Entfernen der Abdeckungen
könnte einen elektrischen Schlag verursachen oder zu anderen gefährlichen Situationen
führen. Reparaturarbeiten dürfen nur von qualifiziertem technischen Personal durchgeführt
werden.
Achten Sie darauf, dass kein Wasser oder entflammbare Flüssigkeiten ins Innere des
Gerätes gelangen. Kommen elektrische Bauteile mit diesen Substanzen in Kontakt besteht
Feuergefahr und die Gefahr eines elektrischen Schlages.
ACHTUNG
Falls Sie Rauchentwicklung, starke Hitze oder einen ungewöhnlichen Geruch am Gerät
feststellen, schalten Sie es bitte sofort aus und ziehen Sie den Netzstecker. Nehmen Sie mit
unseren technischen Service Kontakt auf.

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6.3 Pflege und Wartung
ACHTUNG
Schalten Sie das Gerät immer aus und ziehen Sie den Stecker, bevor Sie das äußere
Gehäuse reinigen.
Verwenden Sie zum Reinigen ein gut ausgewrungenes Tuch. Verwenden Sie niemals
Alkohol, Benzin, Verdünner oder andere leicht entflammbare Substanzen. Ansonsten
besteht Feuergefahr oder die Gefahr eines elektrischen Schlages.
6.4 Umgebungsbedingungen
Das Gerät ist unter folgenden Umgebungsbedingungen einsetzbar:
Verwendung nur in Innenräumen
bei einer Höhe bis zu 2000 m
Temperaturbereich: 5...35 °C
relative Luftfeuchte: 5...95% (nicht kondensierend)
Die empfohlenen Einsatzbedingungen sind:
Verwendung nur in Innenräumen
bei einer Höhe bis zu 2000 m
Temperaturbereich: 20...22 °C
relative Luftfeuchte: 5...80% (nicht kondensierend)
7 Kurzanleitung, Funktionskontrolle
Bitte überprüfen Sie die Lieferung auf Vollständigkeit (siehe Packliste) und auf Unversehrtheit
aller angegebenen Lieferpositionen. Es folgt eine Sichtprüfung von Aktor und Verstärker:
Kopf- und Deckplatte des Aktors (wenn vorhanden) müssen parallel zueinander stehen
keine Kratzer auf Grund- und Deckplatte
Bitte informieren Sie piezosystem jena sofort bei Beschädigungen des Systems.
Bitte lassen Sie sich Transportschäden vom Lieferanten (Paketdienst o.ä.) bestätigen.
Netzschalter ist ausgeschaltet, vorhandene Betriebsspannung ist mit der am Gerät
angegebenen identisch
Schließen Sie die Stromversorgung an.
Schließen Sie das Piezoelement an den 15 pol. D-Sub Stecker „PIEZO“ an.
Schalten Sie das Gerät mit Hilfe des Netzschalters an der Frontplatte in den ON-Betrieb. Es
erfolgt ein kurzer Selbsttest.
Zuerst blinken die gelben Leuchtdioden „OVL“ und „UDL“. Die grüne „OL/CL“-LED leuchtet
permanent. Steckt ein Aktor an dem 15pol. D-Sub Stecker, erlöschen die gelben
Leuchtdioden nach ca. 3 Sek. und der Verstärker ist funktionsbereit.
Schalten Sie die Regelung durch Druck auf den digitaler Drehgeber „OFFSET“ ein. Die
Leuchtdiode „OL/CL“ leuchtet gelb.
Nun kann die Position mit dem Drehknopf eingestellt werden.
Leuchten die LED „UDL“ oder „OVL“ auf, liegt ein Fehler vor. In diesem Fall lesen Sie bitte
den Absatz Fehlersuche.
Schalten Sie das Gerät bitte aus. Die Funktionskontrolle ist hiermit abgeschlossen.
Sollten während der Funktionskontrolle Unstimmigkeiten auftreten, lesen Sie bitte den
Absatz Fehlersuche.

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8 Beschreibung des digitalen Piezoverstärkers der Serie 30DVxxx
8.1 Allgemeines
Die Serie 30DVxxx besteht aus Verstärkern mit 50mA Ausgangsstrom - 30DV50 und mit 300mA
Ausgangsstrom - 30DV300. Diese digitale Verstärkerserie wurde speziell für die hohen
Anforderungen einer OEM-Applikation konzipiert. Sie zeichnet sich durch Robustheit und
Zuverlässigkeit aus, ist variabel montierbar und kann mit einer Versorgungsspannung von bis zu
30V DC universell eingesetzt werden. Verfügbar ist der 30DVxxx sowohl mit Anschraublaschen
als auch in einer 19“-Einschub-Gehäuseausführung.
Wahlweise können Aktoren mit und ohne integriertem Messsystem betrieben werden. Aktoren mit
integriertem Messsystem werden durch den digitalen PID-Regler drift- und hysteresefrei
positioniert.
Der Verstärker bietet die Möglichkeit, das Piezoelement manuell mittels digitalem Drehgeber über
analoge Steuerspannungen 0...10V oder RS232 zu steuern. Durch die digitale Sollwertvorgabe
sind höchste Auflösung und Genauigkeiten erzielbar. Aufgrund der hohen Ausgangsleistung mit
20bit Auflösung garantiert er in Bezug auf Geschwindigkeit, Anstiegszeit, Einschwingoptimierung
und Genauigkeit hervorragende Parameter in der Positionierung.
Der digitale Piezoverstärker 30DVxxx ermöglicht die getrennte Austauschbarkeit von Aktor und
Steuerelektronik. Alle relevanten Daten sind eigenständig auf einem ID-Chip im Aktorstecker
gespeichert und werden beim Einschalten an den Verstärker übergeben.
Eine Vielzahl hilfreicher Features ist implementiert. So ist standardmäßig ein Kerbfilter (Notch) und
Tiefpassfilter sowie eine Anstiegsbegrenzung des Eingangssignals (Slew Rate) frei
programmierbar. Der integrierte Funktionsgenerator ermöglicht Sinus-, Rechteck- und Dreieck-
Signalsteuerung. Zur Frequenzanalyse kann die Rausch- bzw. Wobbelfunktion genutzt werden.
Alle Bedienelemente sind von der Frontseite erreichbar. Das PC-Interface auf der Rückseite
erlaubt eine Kabelführung in Schaltschränken. Verlängerungskabel für einen Aktoreinsatz auch in
größerer Entfernung vom Verstärker sind bei piezosystem jena erhältlich.
8.2 Bedienelemente
8.2.1 Frontseite
Anschluss
Analog-
steuerung
Anschluss
Piezoaktor
Ein/Aus
Schalter
Regler
Underload
Open Loop /
Closed Loop
Regler
Overload
Fehler
Anzeige
Offset
Vorgabe

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8.2.2 Rückseite
Lüfter -
Temperatur-
gesteuert
RS232 -
Schnittstelle
Versorgungs-
spannung

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8.3 Funktion
Im folgenden Blockschaltbild sind die Funktionsgruppen des Verstärkers dargestellt:
Processor Mitsubishi 16 bit
VCC
ON
OL/CL OVL UDL
OFFSET
DSP 32 bit
P-Term
I-Term Notch
Low Pass
Slew Rate
Function Generator
SPI Bus
DAC 16 bit
ADC 16 bit
16 16
Power Amplifier
ANALOG
CAN Bus
I C Bus
PIEZO
Back Plane
Modulation
Monitor
Aktuator
Sensor ID Chip
Sensor Amplifier
HVout Actuator ID Position
Amplifier 30DV50
VCC
D-Term
+
-
Control
Position
+
+
16
2
OL
CL
+165V
-30V
HVout
Digital I/O
Abbildung 1: Funktionsgruppen des Verstärkers

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Der Sollwert für den Digitalregler setzt sich aus der Addition von analogem Modulationssignal, dem
Digitalwert des Drehgebers „OFFSET“und dem über RS232-Schnittstelle vorgegebenen
Digitalwert zusammen und stellt diesen Wert dem Digitalen Signal Prozessor (DSP) als
Führungsgröße zur Verfügung.
Die Anstiegsgeschwindigkeit kann wahlweise durch eine einstellbare „Slew Rate“ Begrenzung oder
durch einen Tiefpassfilter 4. Ordnung auf das jeweilige Gesamtsystem optimal angepasst werden,
d. h. Frequenzen, die das System in der Resonanz anregen könnten, werden schon vor der
eigentlichen Regelung unterdrückt.
Der Regler errechnet die Regelabweichung (err) zwischen Sollwert und dem Positionswert des
Wegmesssystems.
err = soll –mes soll = Sollwert
mes = Positionswert des Messsystems
Der Proportional-Anteil (P-Term) verstärkt den Fehlerwert frequenzunabhängig und steuert damit
das Stellglied so lange, bis sich der Positionswert dem vorgegebenen Sollwert angleicht:
yp = kp * err kp = einstellbare Proportionalverstärkung
yp = Ausgangsspannung des P-Anteiles
Typisch für das Verhalten eines reinen P-Reglers ist, dass er Positionsänderungen nicht
vollständig ausregelt und somit eine bleibende Regelabweichung hinterlässt, die zur proportionalen
Steuerung des Stellgliedes gebraucht wird.
Durch Überlagerung eines Integral –Anteiles wird diese Regelabweichung beseitigt. Die
charakteristische Kenngröße des I-Anteiles ist die Nachstellzeit (ki). Das ist die Zeit, die der I-Anteil
bei einer sprunghaften Änderung der Regelabweichung benötigt, um das Stellglied in die
vorgegebene Position zu bringen. Die Eingabe großer Werte von ki ergeben kleine Nachstellzeiten
und damit kürzere Regelzeiten.
yi = yi + ki * err * Ts Ts = 1 / Samplefrequenz (50kHz)
1/ki = Nachstellzeit
yi = Ausgangsspannung des I-Anteiles
Um die Reaktionsgeschwindigkeit eines PI-Reglers zu erhöhen, kann ein D-Regler zugeschaltet
werden. Der Differential-Anteil (D-Term) erzeugt ein Signal, das der Änderungsgeschwindigkeit
des Fehlerwertes proportional ist, d. h. die Reaktionsstärke richtet sich nach der Geschwindigkeit
der Regelabweichung. In der Praxis wirkt sich der D-Anteil als Verminderung der höherfrequenten
Schwinganteile auf der Einschwingkurve aus.
yd = kd * 1/Ts * (err –err[n-1]) err[n-1] = Fehlerwert vorheriges Sample
kd*1/Ts =1/ Vorhaltezeit
kd = einstellbarer Faktor
yd = Ausgangsspannung des D-Anteiles
Beim Einsatz eines D-Anteiles besteht jedoch die Gefahr, dass kleine durch stochastische
Störungen (z.B. Rauschen) bedingte Änderungen der Regelabweichung eine zu starke Reaktion
der Stellgröße hervorrufen.
Die Summe dieser drei Terme ergibt die Eigenschaften eines PID-Reglers. Das erzeugte Signal
wird als Stellgröße der Endstufe zugeführt, welche den Piezoaktor steuert.
y = yp + yi + yd y = Ausgangsspannung des PID-Reglers
Im ungeregelten Betrieb (open loop) wird der PID-Regler überbrückt, d.h. der Sollwert wird als
Stellgröße ausgegeben.

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Die Reaktionen der Reglerkomponenten sind in folgendem Diagramm dargestellt:
Abbildung 2: Übertragungsfunktion
Ein besonderes Feature ist ein Kerbfilter (notch filter), der direkt vor die Endstufe geschaltet
werden kann. Dieser hat die Eigenschaft, die Hauptresonanzfrequenz des Gesamtsystems stark
zu dämpfen. Das bedeutet im geregelten Zustand, dass Störungen von außen den Regelkreis
nicht zum Eigenschwingen bringen können. Im ungeregelten Betrieb wird die Frequenz
ausgeblendet, die den Aktor zum Schwingen anregen könnte. Die Kerbfrequenz und die
Bandbreite können frei eingestellt werden. Bei Verwendung des Kerbfilters kann ein erhöhtes
Positionsrauschen auftreten. Die reglerspezifischen Kennwerte kp, ki, kd sowie die
Anstiegsgeschwindigkeit und die Kerbfiltereigenschaften sind im ID-Chip des Aktors
standardmäßig voreingestellt. Diese sind aber meist keine optimalen Einstellungen, da sich mit
dem kundenspezifischen Anbau und zusätzlich aufgebrachten Massen die Charakteristik des
Aktors ändert.

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8.3.1 Technische Daten
30DV50
30DV300
Eingangsspannung:
10 –30 VDC
Betriebsspannungsbuchse:
Kleinspannungsbuchse mit 2,1mm-Stift
Eingangsstrom:
max. 2,5A @ 10V
max. 1,0A @ 30V
max. 5,5A @ 10V
max. 2,5A @ 30V
Leistungsaufnahme:
max. 30W
max. 55W
Ausgangsleistung:
7,5W (max. 15W für nanoXTM
Aktoren)
max. 45W
Ausgangsspannungen:
-20V...+130V
+130V...-20V für nanoXTM Aktoren
Ausgangsstrom (Konstantstrom):
50mA permanent
(2x 50mA für nanoXTM
Aktoren)
300mA permanent
(2x 150mA für nanoXTM
Aktoren)
Ausgangsspannungsrauschen:
<0,3mVRMS @ 500Hz
Aktor- / Messsystemstecker
„PIEZO“:
15pol. D-Sub Stecker
Monitorausgang:
0...+10V (Signalquelle programmierbar)
Ausgangsimpedanz:
1kΩ
Modulationseingang:
0...+10V (abschaltbar)
Eingangsimpedanz:
25kΩ
Triggerausgang (low-aktiv)
5V/0V mit pull-up-Drainwiderstand 240Ω
MOD/MON Buchse „ANALOG“:
9pol. D-Sub Buchse
Offsetspannung:
-20V...+130V über digitalen Drehgeber
Überlastungsschutz:
kurzschlussfest, Temperatursicherung
Anzeigen (LED):
grün/gelb
grün = betriebsbereit / open loop
gelb = closed loop
OVL (gelb) = Overload
UDL (gelb) = Underload
Schnittstelle:
RS232
RS232 Buchse
9pol. D-Sub Buchse
Kühlung:
Lüfter, temperaturgesteuert
Masse (B x H x T):
130 x 86 x 230 mm
Gewicht:
1,6kg
1,8kg
Tabelle 1: Technische Daten

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8.3.2 MOD/MON
Modulationseingang: MOD
Die Position des Aktors kann über diesen Eingang analog gesteuert werden. Das
Modulationssignal muss im Bereich von 0 bis +10V liegen. Außerdem erfolgt eine Addition der an
der SUB-D Buchse anliegenden Spannung mit der vom digitalen Drehgeber "OFFSET" generierten
Offsetspannung und dem digital vorgegebenen Sollwert. Bei Nichtbenutzung des analogen
Modulationseingangs sollte dieser abgeschaltet werden (modon,x,0 siehe 8.4.2 Befehlssatz).
Externe Störungen und Einstreuungen können somit vermieden werden. Im Modus
Funktionsgenerator ist der Modulationseingang permanent abgeschaltet.
Monitorausgang: MON
An diesem Ausgang können über ein Steuerkommando mit entsprechendem Parameter eine
Vielzahl von Systemsignalen im Spannungsbereich von 0...+10V ausgegeben und z. B. über ein
Oszilloskop kontrolliert werden. Das ist besonders bei dynamischer Ansteuerung empfehlenswert.
Bitte beachten Sie den Innenwiderstand des Monitorausgangs!
MON
Monitorausgang
(default = 0)
0 = Positionswert im geregelten Betrieb
1 = Sollwert
2 = Reglerausgangsspannung
3 = Regelabweichung mit Vorzeichen
4 = Betrag der Regelabweichung
5 = Aktorspannung
6 = Positionswert im ungeregelten Betrieb
Tabelle 2: Monitor
0) Der Positionswert des Messsystems im geregelten Betrieb hängt vom jeweiligen Aktor ab,
d.h. ein Aktor mit einem kalibrierten geregelten Hub von 80μm erzeugt an diesem Ausgang
eine Spannung von 0...+10V (= 8μm/V bzw. 0,125V/μm).
1) Der Sollwert, der aus der Addition von Modulation, Offset und digitaler Vorgabe entsteht,
wird 1:1 ausgegeben.
2) Die Reglerausgangsspannung (Steuerspannung für die Endstufe) wird 1:1 ausgegeben.
3) Die Regelabweichung mit Vorzeichen, d. h. der Vergleich zwischen Soll- und Positionswert
kann positiv bzw. negativ sein.
Uerr = Usoll –Umess Usoll = 0V...+10V
Umes = 0V...+10V
Uerr = -10V...+10V
Da nur Spannungen im Bereich von 0...+10V ausgegeben werden können, wird die
Regelabweichung halbiert und um +5V angehoben. Die Regelabweichung kann wie folgt
aus der gemessenen Monitorspannung rückgerechnet werden:
Uerr = (Umon –5V) * 2 Uerr = -10V...+10V
Umon = 0V...+10V

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Im ausgeregelten Fall liegen +5V an.
Bei maximalem positiven Fehler +10V (bei einem Sollwertsprung Usoll von 0 auf +10V) ist
im Zeitpunkt t=0 Umess noch 0V -> Uerr = 10V -> Umon = +10V. Bei maximalem negativen
Fehler 0V (bei einem Sollwertsprung Usoll von +10V auf 0V) ist im Zeitpunkt t=0 Umess
noch 10V -> Uerr = -10V -> Umon = 0V.
4) Der Betrag der Regelabweichung ist interessant für Kunden, die zeitgenau wissen wollen,
wann eine bestimmte Schwelle der Regelabweichung unterschritten ist. +10V ist entweder
der maximale positive oder der maximale negative Fehler. Bei 0V ist die Regelabweichung
= 0
5) Hier wird die direkt gemessene Aktorsteuerspannung (Ausgang Endstufe) ausgegeben.
Diese ist im Gegensatz zur Reglerausgangsspannung im Punkt 2 (Eingang Endstufe) von
der Dynamik der Endstufe und der Kapazität des Aktors abhängig. -20V...+130V
entsprechen 0V...+10V Monitorspannung. Die Aktorspannung kann wie folgt aus der
gemessenen Monitorspannung rückgerechnet werden:
Uaktor = (Umon * 15) –20V
6) Im Gegensatz zum geregelten Betrieb, wo der Nullpunkt der Aktordehnung auf den
Positionswert = 0V kalibriert ist, liegt die minimale Dehnung im ungeregelten Betrieb (OL)
unter 0V (siehe unten). Damit diese Position und die max. ungeregelte Dehnung im Bereich
von 0...+10V dargestellt werden kann, wird der Positionswert halbiert und um +2,5V
angehoben. Der ungeregelte Positionswert kann wie folgt aus der gemessenen
Monitorspannung rückgerechnet werden:
Umes(OL) = (Umon –2,5V) * 2
Aktorhub geregelt
10V
0V
geregelt
Upos (0)
Umon
ungeregelt
Upos Original
Umon
10V
0V
Aktorhub ungeregelt Aktorhub scaliert
ungeregelt
Upos scaliert (6)
Abbildung 3: Skalierung Umes
Werksseitig ist der Monitorausgang auf den Positionswert des Messsystems im geregelten
Betrieb eingestellt (Pkt. 0).

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8.3.3 Anschlussbelegungen
ANALOG: 9pol. D-Sub Buchse
Pin
Bezeichnung
Beschreibung
1
MON+
Monitorausgang 0 ... +10V
2
MON-
Signalmasse
4
MOD+
Modulationseingang 0 ... +10V
5
MOD-
Signalmasse
7
TRG+
Triggerausgang (low-aktiv)
8
TRG-
Digitalmasse für Trigger
Tabelle 3: Pinbelegung
PIEZO: 15pol. D-Sub Stecker
Pin
Bezeichnung
Beschreibung
1,2,11
AGND
Analogmasse
3
+15V *
Betriebsspannung Messsystem +15V
4,14
GND
Digitalmasse
5
SDA
I²C Bus SDA
6
5Veeprom *
Betriebsspannung ID-Chip
7
Vout2
Aktorsteuerspannung 2 +130 ... -20V für nanoXTM
8
Vout
Aktorsteuerspannung -20 ... +130V
9
+MESS
Positionssignal -8 ... +8V
10
-15V *
Betriebsspannung Messsystem -15V
12
SCL
I²C Bus SCL
13
DETECT
Aktordetektor
15
Piezomasse
Aktormasse
Tabelle 4: Pinbelegung
[*] nicht für externen Gebrauch
Über den 15pol. D-Sub Stecker wird der Aktor angeschlossen. Es gehen gleichzeitig die
Steuerspannung zum Piezoaktor, das vom integrierten Messsystem generierte Positionssignal
zum digitalen Regler und die im ID-Chip des Aktors gespeicherten spezifischen Kennwerte seriell
zum Steuerprozessor. Wichtig ist, dass die Verriegelungsschrauben der D-Sub Griffschale an der
Frontplatte angeschraubt sind. Sowohl die gefährlichen Spannungen als auch die übrigen
Versorgungsspannungen werden nur bei angestecktem Aktorstecker freigeschalten. Bei
abgezogenem Steckverbinder werden die gefährlichen Spannungen durch ein Sicherheitsrelais
von der Quelle getrennt.

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8.4 Kommunikation und Befehlssatz
8.4.1 Kommunikation
Die Kommunikation mit dem 30DVxxx kann über den PC mit Hilfe eines beliebigen
Terminalprogramms (z.B. Hyperterminal „hypertrm.exe“) hergestellt werden. Notwendig ist ein
serielles Verbindungskabel 1:1 (mitgeliefert) zwischen der COM Schnittstelle des PC und der 9pol.
D-Sub Buchse des Verstärkers. Die Eigenschaften der Verbindung sind wie folgt: 115200 Baud, 8
bit, keine Parität, 1 Stoppbit, Flusssteuerung Software (XON/XOFF):
Abbildung 4: Terminal-Einstellungen
In den Eigenschaften der Verbindung sollte noch das Häkchen bei Eingegebene Zeichen lokal
ausgeben im Menü ASCII-Konfiguration vorgenommen werden.
Abbildung 5: Terminal-Einstellungen

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Wird nun der Verstärker eingeschalten, wird im Terminalfenster die Versionsnummer der Firmware
AP Vx.xx ausgegeben. Damit ist die Kommunikation hergestellt. Die Befehlseingabe und die
Rückmeldungen erfolgen im ASCII-Code, sind also einfach einzugeben bzw. zu lesen.
8.4.2 Befehlssatz
Globale Befehle: <Befehl> Enter
Befehl
Beschreibung
dprpon
schaltet die zyklische Ausgabe der aktuellen Position des Aktors ein *1
dprpof
schaltet die zyklische Ausgabe der aktuellen Position des Aktors aus
dprson
schaltet die automatische Ausgabe des Status bei Statusänderung des
Verstärkers ein
dprsof
schaltet die automatische Ausgabe des Status bei Statusänderung des
Verstärkers aus
Tabelle 5: globale Befehle
Befehle ohne Werteingabe (Abfragen): <Befehl> Enter
Befehl
Beschreibung
s
zeigt alle verfügbaren Befehle an
stat
zeigt den Inhalt des Statusregisters an (siehe Seite 23)
mess
Positionswertabfrage [µm bzw. mrad] *1
ktemp
Temperaturabfrage Verstärker [°C]
rohm
Betriebszeit des Aktors seit Auslieferung [min]
rgver
gibt die Versionsnummer des Digitalreglers aus
Tabelle 6: Abfragen
Befehle mit Werteingabe: <Befehl>,<Wert> Enter
Befehl
Beschreibung
Wertebereich
fan
schaltet Lüfter ein/aus
0 = ausgeschaltet
1 =eingeschaltet
setf
schaltet das Ausgabeformat für den
Messwert (mess) um
0= drei Nachkommastellen
1= wissenschaftliches Format
setg
schaltet das Ausgabeformat für alle
Gleitkommazahlen (außer mess) um
0= fünf Nachkommastellen
1= wissenschaftliches Format
fenable
Aktorformatierung (Softstart) nach
dem Einschalten aktivieren
0= Aktorformatierung deaktiviert
1= Aktorformatierung aktiv
fbreak
Abbruch der Aktorformatierung
-
set
Wertevorgabe: Aktorspannung
(ol)
Dehnung (cl)
-20...130.000 [V]
0...xxx.xxx [μm] (Maximalhub des Aktors
siehe Datenblatt Aktor)
sr
Anstiegsgeschwindigkeit
der Sollwertes (slew rate)
0.0000002...500.0 [V/ms], bezogen auf
Modulationsspannung (0...10V)

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modon
Modulationseingang
ein- / ausschalten
0 = ausgeschaltet
1 = eingeschaltet
monsrc
Monitorausgang
(0 = default)
0 = Positionswert im geregelten Betrieb
1 = Sollwert
2= Reglerausgangsspannung
3 = Regelabweichung mit Vorzeichen
4 = Betrag der Regelabweichung
5 = Aktorspannung
6 = Positionswert im ungeregelten Betrieb
cl
ungeregelt / geregelt
(open loop / closed loop)
0 = ungeregelt
1 = geregelt
kp
Proportional Anteil
0...999.0
ki
Integral Anteil
0...999.0
kd
Differential Anteil
0...999.0
sstd
stellt Standardwerte des Reglers
wieder her
-
notchon
Kerbfilter ein- / ausschalten
0 = ausgeschaltet
1 = eingeschaltet
notchf
Kerbfilter Kerbfrequenz
0...20000 [Hz]
notchb
Kerbfilter Bandbreite (-3dB)
0...20000 (max. 2 * notch_fr) [Hz]
Ipon
Tiefpassfilter ein- / ausschalten
0 = ausgeschaltet
1 = eingeschaltet
Ipf
Tiefpass Schnittfrequenz
1...20000 [Hz]
gfkt
interner Frequenzgenerator
(siehe auch Tabelle 9)
0 = ausgeschaltet
1 = Sinus
2 = Dreieck
3 = Rechteck
4 = Rauschen
5 = Wobbeln
gasin
Gen. Amplitude Sinus
0...100 [%]
gosin
Gen. Offset Sinus
0...100 [%]
gfsin
Gen. Frequenz Sinus
0.1...9999.9 [Hz]
gatri
Gen. Amplitude Dreieck
0...100 [%]
gotri
Gen. Offset Dreieck
0...100 [%]
gftri
Gen. Frequenz Dreieck
0.1...9999.9 [Hz]
gstri
Gen. Symmetrie Dreieck
0.1...99.9 [%] default = 50.0 %
garec
Gen. Amplitude Rechteck
0...100 [%]
gorec
Gen. Offset Rechteck
0...100 [%]
gfrec
Gen. Frequenz Rechteck
0.1...9999.9 [Hz]
gsrec
Gen. Symmetrie Rechteck
0.1...99.9 [%] default = 50.0 %
ganoi
Gen. Amplitude Rauschen
0...100 [%]
gonoi
Gen. Offset Rauschen
0...100 [%]
gaswe
Gen. Amplitude Wobbeln
0...100 [%]
goswe
Gen. Offset Wobbeln
0...100 [%]
gtswe
Gen. Wobbelzeit
0.4...800 [s]
sct
Scan Typ
0=Scanfunktion aus
1=Sinusscan
2=Dreieckscan