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OPV - Problem mit Schaltung

Diskutiere OPV - Problem mit Schaltung im Elektronik allgemein Forum im Bereich WEITERE ELEKTROTECHNISCHE BEREICHE; Hallo, ich absolviere derzeit ein Praktikum und wurde vor ein bereits bestehendes, aber leider etwas fehlerhaftes Projekt gesetzt. Kleine...

  1. #1 schlenz, 30.09.2009
    schlenz

    schlenz Neues Mitglied

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    Hallo,

    ich absolviere derzeit ein Praktikum und wurde vor ein bereits bestehendes, aber leider etwas fehlerhaftes Projekt gesetzt.


    Kleine Projektbeschreibung (Prinzipskizze siehe unten):

    Es geht um ein Walzensystem mit dem erhitztes Glas in kleine Formen gewalzt werden soll.
    Man darf sich das so vorstellen, dass in einer (natürlich wassergekühlten) Stahlwalze zwei kleine Formen befinden, die exakt gegenüber angeordnet sind. Ist eine der beiden Formen "oben", wird das flüssige Glas eingefüllt. Daraufhin beginnt die Walze, sich um genau 180° zu drehen, so dass genau die andere Form "oben" ist. Bei der Drehung wird der Glasinhalt der befüllten Form an einer anderen Walze platt gewalzt und fällt unten nach der Drehung aus der Form, während "oben" bereits die nächste Füllung beginnt.

    Die Walze wird über einen Riehmenantrieb von einer Asynchronmaschine an einem Frequenzumrichter betrieben.
    An der Welle der Walze befinden sich zwei kleine Metallstifte, auf die ein nebenstehender induktiver Näherungssensor reagieren soll. Der Näherungssensor soll also ein Signal liefern, sobald die Drehung der Walze einen Metallstift am Sensor vorbeiführt (das ist nämlich genau der Moment, an dem eine der beiden Formen exakt "oben" steht und bereit ist zur nächsten Befüllung).


    So nun zum eigentlichen heiklen Thema:

    Das ankommende Sensorsignal soll nun mit Hilfe eines OPV (Schmitt-Trigger) ausgewertet werden und das Ausgangssignal an einen digitalen Eingang des Frequenzumrichters für den Walzenantrieb gegeben werden. Die Geschwindigkeit des Antriebs ist vorher fest parametriert wurden - das Signal des OPV soll den Antrieb also nur zuschalten.

    Die Auswerteschaltung war bereits vorhanden, hat aber einen kleinen Fehler.
    Ziel dieser Schaltung ist es, den Antrieb der Walzen ständig anzusteuern. Erkennt der Sensor einen Metallstift (somit "Form oben") soll der Antrieb für eine bestimmte Zeit aussetzen (einstellbar zwischen 10s...40s) und danach wieder anlaufen.


    Zur Schaltung (siehe unten):

    R1 ist Vorgabe des Herstellers des Näherungssensors, so dass überhaupt ein Signal abgegriffen werden kann.
    R7 ist für den open-collector-Ausgang des verwendeten OPV.
    C2 soll die Betriebsspannung stützen.
    Der OPV ist als invertierender Schmitt-Trigger verbaut (Mittkopplung), dessen Schaltschwelle sich über das Poti (mit Spannungsteiler) einstellen lassen soll. Es dürfte bei der gegebenen Beschaltung ja auch keine Hysterese geben, oder???

    Gibt der Sensor ein Signal aus (bei Erreichen des Metallstiftes), lädt sich der Elko mit einer bestimmten Zeitkonstante auf. Der Strom springt also auf den Maximalwert und sinkt dann nach einer e-Funktion. In dieser Zeit überschreitet er den eingestellten Schwellwert-->OPV (invertierender Schmitt-Trigger) schaltet auf low und somit den Antrieb ab, bis sich der Elko nahezu aufgeladen hat. Unterschreitet der Strom den Schwellwert wieder, Schaltet der OPV den Antrieb wieder dazu. Das Signal des Sensors wird daraufhin bald "verschwinden", da sich der Metallstift ja wegbewegt. Somit kann sich der Elko entladen, der entstehende negative Strom wird mit der Diode abgeschnitten (habe mal ein paar Signaldiagramme skizziert). Erkennt der Sensor den zweiten Metallstift, beginnt der Vorgang erneut.

    Das eigentliche Problem bei der Sache ist, dass der Antrieb nach der Wartezeit mit einem extremen Ruck anfährt, was nicht am Antrieb oder Umrichter liegt, da der Ruck bereits am Ausgang des OPV erkennbar wird (siehe reales Signal am OPV-Ausgang). Der Ausgang des OPV bricht kurzzeitig komplett weg (konnte man auf einem Oszi auch wunderbar sehen), dem zu Folge bleibt der Antrieb auch kurzzeitig stehen. Aus technologischen Gründen ist dieses kurze Aussetzen des Antriebs aber absolut unerwünscht.

    Ich habe jedoch keinen blassen Schimmer, woher dieser Ruck/Einbruch des OPV-Ausgangs stammen kann! Selbst am Eingang des OPV ergibt sich der theoretisch zu erwartende Signalverlauf (wie in den Diagrammen skizziert).

    Nun daher meine Frage: Hat jemand eine Idee, woran es liegen könnte, dass das Ausgangssignal des OPV kurz nach dem Schaltmoment wieder zusammenbricht?
    Habe die Schaltung nicht entworfen und hoffe daher, dass ich auch nicht einen grundsätzlichen Denkfehler in der Funktion der Schaltung habe!

    Habe schon den Verdacht gehabt, dass gerade wegen der Diode der Strom doch geringfügig ins negative rutscht (0,7V eben) und dadurch der OPV nicht ganz klar kommt. Habe daraufhin zusätzlich auf die Sensorleitung zwischen der Diode und R2 noch eine Diode gesetzt,die diese geringen negativen Anteile blockieren sollte - jedoch ohne Erfolg.

    Ebenso habe ich den Verdacht, dass die unsymmetrische Betriebsspannung des OPV evtl. irgendetwas damit zu tun haben könnte. Mein nächster Gedanke wäre daher, den OPV symmetrisch zu versorgen und den entstehenden negativen Signalteil hinter dem OPV mit einer Diode abzuschneiden. Wobei das natürlich eine Umdimensionierung der Schaltung zu Grunde legt.

    Oder aber ich gehe weg vom OPV und setzte einen Timer-Baustein (z.b. NE555) ein, wobei ich mich damit noch garnicht befasst habe und auch keine Ahnung von der externen Beschaltung habe. Vielleicht hat jemand da einen Ansatz?

    Also ich hoffe, den Kerngedanken des Aufbaus und des Problems verständlich ausgedrückt zu haben. Sollte es noch Fragen geben (bezüglich Aufbau), werde ich diese natürlich sofort versuchen zu beantworten.

    Leider bin ich in der Elektronik nicht ganz so bewandert.
    Es würde mich daher wirklich sehr freuen, wenn jemand einen kleinen Tipp für die Problematik hätte und ich möchte mich dafür schon im Vorraus bedanken.

    Achja so ganz nebenbei noch zwei Dinge:
    1. Zu Beginn dieses Projekts wurde der Antrieb über mechanische Relais gesteuert. Auf Grund der hohen Anzahl der Schaltvorgänge sind dabei alle paar Tage die Relais durchgeflogen, weshalb auf eine elektronische Variante gewechselt werden musste!

    2. Der erste Entwurf der elektronischen Schaltung wurde damals wild Draht-an-Draht zusammen gelötet. In diesem Zustand funktionierte die Schaltung einwandfrei (ohne diesen Ruckler beim Anfahren). Nach der Übernahme auf eine Leiterplatte entstand jedoch genanntes Problem. Habe mir auch schon überlegt, ob ich die Schaltung nicht einfach nochmal komplett seperat aufbaue (z.b. auf einem Steckboard), um irgendwelche Fehler beim Löten der Leiterplatte auszuschließen?!


    Grüße Schlenz
     

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  3. #2 bigdie, 30.09.2009
    Zuletzt bearbeitet: 30.09.2009
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    AW: OPV - Problem mit Schaltung

    Hallo
    Ich würde mal prüfen. ob der Sensor evtl. beim Starten aus und nochmal kurz an geht. Es kann auch eine Störung auf der Sensorleitung sein, die beim Start vom Frequenzumrichter eingestreut wird. Abhilfe 100NF kondensator am Eingang oder R1 verkleinern auf 2,4K.
     
  4. #3 kalledom, 30.09.2009
    kalledom

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    AW: OPV - Problem mit Schaltung

    Hallo,
    in der Praxis setze ich vor beide OpAmp-Eingänge Widerstände mit ca. 10k, damit kein zu hoher Strom in die Eingänge fließen kann.

    Die Spannung für den Spannungsteiler würde ich mit einem Elko glätten und mit einer Zenerdiode 12...18V stabilisieren, damit sich Schwankungen bei den 24V nicht auf die Schaltschwelle auswirken.
     
  5. #4 schlenz, 01.10.2009
    schlenz

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    AW: OPV - Problem mit Schaltung

    Danke erst einmal für die schnellen Antworten!

    Also dass der Sensor nach Anlauf des Motors noch ein Signal gibt, war für mich auch der aller erste Gedanke, konnte ich aber definitiv ausschließen...auf dem Oszi war nichts zu sehen.

    R1 ist übrigens schon ein 2,4k Widerstand (man sollte niemals dem Farbcode vertrauen!!).

    Entscheidender Tipp waren die 10k Widerstände vor den Eingängen! Merci an kalledom!! Es läuft nun ruckfrei. Aber warum? Schmiert denn der OPV einfach kurzzeitig ab bei zu großen Eingangsströmen und geht in die Sättigung?
     
  6. #5 kalledom, 01.10.2009
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    kalledom Lichtbogenlöscher

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    AW: OPV - Problem mit Schaltung

    Ein OpAmp hat einen sehr hohen Verstärkungsfaktor, so daß wenige MikroVolt Differenz an den Eingängen ausreichen, um den Ausgang nach Plus oder Minus bzw. GND durchschalten zu lassen.
    An den beiden Eingängen stellt sich (fast) gleiches Potenzial ein (das kannst Du nachmessen). Gleiches Potenzial an beiden Eigängen kann sich aber nur dann einstellen, wenn Widerstände vor den Eingängen sind, an denen Spannung abfallen kann.
    Wenn ohne (Vor-)Widerstände unterschiedliche Spannungen an die Eingänge angelegt wird, dann fließt ein "hoher" Strom in die Eingänge und der OpAmp macht unvorhersagbare Sachen.
    KHD OpAmp
     
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