Modulo per BLDC
MODULO
Servoazionamento ad asse singolo TMCM-1636
Manuale hardware TMCM-1636
Versione HW V1.1 | Revisione documento V1.30 • 2021-03-08
Il TMCM-1636 è un servoazionamento ad asse singolo per motori BLDC e CC trifase con un massimo di ca. 3 W in funzione a +1000 V o +24 V. Offre un'interfaccia CAN e UART con protocollo TMCL o CANopen per la comunicazione. TMCM-48 supporta varie opzioni di feedback di posizione: 1636 encoder incrementali in quadratura, sensore HALL digitale, encoder assoluti basati su SPI e SSI. È possibile la personalizzazione del firmware e dell'hardware.
Caratteristiche
- Servoazionamento per motori BLDC e CC
- Versione con alimentazione +24V e +48V
- Fino a 1000 W continui
- Fino a 60 A RMS corrente di fase max.
- Interfaccia CAN e UART
- 2x encoder incrementale
- Sensore HALL digitale
- Supporto encoder assoluto basato su SPI e SSI
- Vari GPIO
- Controllo freno motore e overvoltage protezione
Applicazioni
- Robotica
- Automazione di laboratorio
- Produzione
- Automazione di fabbrica
- Servoazionamenti
- Tavoli e Sedie Motorizzati
- Azionamenti per motori industriali BLDC e CC
Diagramma a blocchi semplificato©2021 TRINAMIC Motion Control GmbH & Co. KG, Amburgo, Germania
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Caratteristiche
Il TMCM-1636 è una piattaforma di servoazionamento ad asse singolo per motori BLDC trifase e motori DC con un massimo di ca. 3 W in funzione a +1000 V o +24 V
Offre un'interfaccia CAN con protocollo TMCL o CANopen per la comunicazione.
TMCM-1636 supporta varie opzioni di feedback della posizione: 2 encoder incrementali in quadratura, sensori Hall digitali, encoder assoluti basati su SPI e SSI.
È possibile la personalizzazione del firmware e dell'hardware.
Controllore e conducente
- TMCM-1636-24V-TMCL/CANOPEN
– Corrente motore: fino a 30 A RMS continui, 60 A RMS picco di breve durata 1
– Fornitura voltage: +24 VCC nominale - TMCM-1636-48V-TMCL/CANOPEN
– Corrente motore: fino a 20 A RMS continui, 60 A RMS picco di breve durata 1
– Fornitura voltage: +48 VCC nominale - Controllo ad orientamento di campo nell'hardware con PWM fino a 100kHz e loop di controllo della corrente
- Supporto per motori DC e BLDC
- Valutazione della temperatura: -30. . . +60°
Feedback sulla posizione
- 2x encoder incrementale (ABN)
- Sensori HALL digitali
- Encoder assoluti basati su SPI, a seconda dell'opzione firmware
- Encoder assoluti basati su RS422 (SSI, BiSS), a seconda dell'opzione rmware
- Alimentazione +5VDC per sensori esterni
I/O e interfacce
- Interfaccia CAN con ricetrasmettitore CAN integrato (per protocollo TMCL o CANopen)
- Interfaccia UART con alimentazione +3.3 V (supporta solo TMCL)
- 4 ingressi digitali per uso generale optoisolati
- 2 uscite per uso generale
- 2 ingressi analogici
- 3 ingressi di riferimento (sinistra, destra, home)
- Uscita di controllo del freno motore
- Sovravoltage uscita di protezione
Dati meccanici
1 Questa è la corrente nominale massima. Ciò non riguarda il funzionamento continuo ma dipende dal tipo di motore, dal ciclo di lavoro, dalla temperatura ambiente e dalle misure di raffreddamento attivo/passivo.
- Massimo. dimensione: 100 mm x 50 mm x 18 mm (L/L/A)
- Peso: ca. 70 g (senza connettori e cavi di accoppiamento)
- 2 fori di montaggio M3
- Raffreddamento opzionale tramite lato inferiore del PCB in alluminio
Opzioni software
- Funzionamento remoto (modalità diretta) e autonomo TMCL™ (memoria per un massimo di 1024 comandi TMCL™), completamente supportato da TMCL-IDE (ambiente di sviluppo integrato basato su PC). Ulteriori informazioni sono fornite nel manuale del firmware TMCM-1636 TMCL.
- Firmware CANopen con stack di protocolli standard CANopen per l'interfaccia CAN. Ulteriori informazioni sono fornite nel manuale del firmware CANopen TMCM-1636.
- Opzioni firmware personalizzate, ad esample che supporta tipi specifici di encoder assoluti con interfaccia basata su SPI o RS422.
Codici d'ordine
Codice ordine | Descrizione | Dimensioni (LxWxH) |
TMCM-1636-24V-TMCL | Servoazionamento, alimentazione firmware a 24 V, con TMCL | Dimensioni: 100 mm x 50 mm x 18 mm |
TMCM-1636-24V-CANOPEN | Servoazionamento, alimentazione a 24 V, con firmware CANopen | Dimensioni: 100 mm x 50 mm x 18 mm |
TMCM-1636-48V-TMCL | Servoazionamento, alimentazione firmware a 48 V, con TMCL | Dimensioni: 100 mm x 50 mm x 18 mm |
TMCM-1636-48V-CANOPEN | Servoazionamento, alimentazione a 48 V, con firmware CANopen | Dimensioni: 100 mm x 50 mm x 18 mm |
TMCM-1636-CAVO | Cablaggio TMCM-1636 – 1x cavo Molex MicroLock Plus a 2 pin per connettore freno elettromagnetico – 1 cavo Molex MicroLock Plus a 40 pin per connettore I/O – 7 cavi da 1.5 mmq con occhielli M4 di colore diverso, alta temperatura/SIF |
lunghezza circa 150 mm |
Tabella 1: Codici d'ordine TMCM-1636
Connettori e segnali
Il TMCM-1636 ha 9 connettori:
- 7 terminali a vite M4 per alimentazione e alto volumetage IO (segno rosso)
- 1 connettore IO e interfaccia con 40 pin (contrassegno blu)
- 1 Connettore uscita comando freno a 2 pin (segno arancione)
AVVISO
Iniziare con l'alimentazione spenta e non collegare o scollegare il motore durante il funzionamento! Il cavo motore e l'induttanza del motore potrebbero portare a voltage presenta picchi quando il motore è (dis)collegato mentre è sotto tensione. Questi voltagLe punte potrebbero superare il voltage limiti dei MOSFET driver e potrebbe danneggiarli in modo permanente.
Pertanto, spegnere/scollegare sempre l'alimentazione o almeno disabilitare i drivertage prima di collegare/scollegare il motore.
AVVISO
Fai attenzione alla polarità, una polarità sbagliata può distruggere la scheda!
3.1 terminali a vite
I cavi di accoppiamento sono tutti i cavi con capicorda M4 adatti.
AVVISO
Fare attenzione a utilizzare cavi adatti alla corrente nominale continua richiesta per la propria applicazione!
AVVISO
Il cavo di alimentazione deve essere il più corto possibile per ridurre la resistenza del cavo e limitare il volumetage scendono con un carico elevato sulla fornitura.
AVVISO
A seconda dell'applicazione, assicurarsi di aggiungere condensatori sufficienti all'ingresso del driver per stabilizzare l'alimentazione del driver.
Si consigliano cappucci elettrolitici a bassa ESR, soprattutto per applicazioni a corrente più elevata. Vedere la Sezione 4.1 per ulteriori informazioni al riguardo.
terminale |
Segnale |
Descrizione |
1 | +VM | Alimentazione motore voltage, voltagL'autonomia dipende dal drivertage |
2 | Originale | Over-volumetage uscita di protezione |
3 | Terra | Massa del segnale e dell'alimentazione |
4 | W | BLDC fase W |
5 | V_X2 | BLDC fase V, X2 per motore CC |
6 | U_X1 | BLDC fase U, X1 per motore DC |
7 | CH/PE | Terra protettiva/massa telaio |
3.2 Connettore I/O e interfaccia
Il connettore è del tipo Molex Micro-Lock Plus 5054484071 (passo 1.25 mm, doppia fila, ad angolo retto, 40 pin).
Il connettore di accoppiamento è Molex 5054324001 (passo 1.25 mm, doppia fila, 40 pin, blocco positivo, alloggiamento a crimpare).
Utilizzalo con i seguenti terminali a crimpare femmina Micro-Lock Plus: Molex 5054311100 (passo 1.25 mm, Aupplating, 26-30 AWG).
Spillo |
Segnale | Descrizione | Spillo | Segnale |
Descrizione |
1 | COM | Terminale COM di optoaccoppiatori per GPIx | 2 | AI0 | Ingresso analogico 0, gamma 0…5 V |
3 | GPI0 | Ingresso per uso generale 0, otticamente isolato | 4 | AI1 | Ingresso analogico 1, gamma 0…5 V |
5 | GPI1 | Ingresso per uso generale 1, otticamente isolato | 6 | Oggetto Criteri di gruppo0 | Uscita per uso generale 0, (scarico aperto) |
7 | GPI2 | Ingresso per uso generale 2, otticamente isolato | 8 | Oggetto Criteri di gruppo1 | Uscita per uso generale 1, (scarico aperto) |
9 | GPI3 | Ingresso per uso generale 3, otticamente isolato | 10 | +5V_OUT | Linea di uscita +5 V per l'alimentazione del sensore esterno o il condizionamento del segnale |
11 | SALA_UX | Ingresso sensore Hall digitale, livello +5.0 V | 12 | ENC2_A | Encoder digitale in quadratura/incrementale 2, canale A, livello +5.0 V |
13 | SALA_V | Ingresso sensore Hall digitale, livello +5.0 V | 14 | ENC2_B | Encoder digitale in quadratura/incrementale 2, canale B, livello +5.0 V |
15 | HALL_WY | Ingresso sensore Hall digitale, livello +5.0 V | 16 | ENC2_N | Encoder digitale in quadratura/incrementale 2, canale N, livello +5.0 V |
17 | Terra | Massa del segnale e dell'alimentazione | 18 | UART_TX | Interfaccia UART, linea di trasmissione |
19 | +3.3V_OUT | Binario di uscita +3.3 V | 20 | UART_RX | Interfaccia UART, linea di ricezione |
21 | RIF_L | Ingresso interruttore di riferimento sinistro, livello +5.0 V | 22 | ENC1_A | Encoder digitale in quadratura/incrementale 1, canale A, livello +5.0 V |
23 | RIF_H | Ingresso interruttore di riferimento Home, livello +5.0 V | 24 | ENC1_B | Encoder digitale in quadratura/incrementale 1, canale B, livello +5.0 V |
25 | RIF_R | Ingresso interruttore di riferimento destro, livello +5.0 V | 26 | ENC1_N | Encoder digitale in quadratura/incrementale 1, canale N, livello +5.0 V |
27 | Terra | Massa del segnale e dell'alimentazione | 28 | non-snc | riservato per uso futuro |
29 | CAN_H | Interfaccia CAN, diff. segnale (non invertente) | 30 | non-snc | riservato per uso futuro |
31 | POSSO | Interfaccia CAN, diff. segnale (invertente) | 32 | non-snc | riservato per uso futuro |
33 | SSI_ENC_DATA_P | Encoder SSI, terminale positivo della linea dati differenziale | 34 | nCS_ENC | Encoder SPI / SSI, segnale di selezione chip, livello +5.0 V |
35 | SSI_ENC_DATA_N | Encoder SSI, terminale negativo della linea dati differenziale | 36 | SPI_ENC_SCK | Encoder SPI, segnale di clock, livello +5.0 V |
37 | SSI_ENC_CLK_N | Encoder SSI, terminale negativo della linea orologio differenziale | 38 | SPI_ENC_MOSI | Encoder SPI, segnale MOSI, livello +5.0 V |
39 | SSI_ENC_CLK_P | Encoder SSI, terminale positivo della linea orologio differenziale | 40 | SPI_ENC_MISO | Encoder SPI, segnale MISO, livello +5.0 V |
Tabella 3: Connettore I/O e interfaccia TMCM-1636
3.3 Connettore freno
Il connettore è di tipo Molex Micro-Lock Plus 5055680271 (passo 1.25 mm, fila singola, verticale, 2 pin).
Il connettore di accoppiamento è Molex 5055650201 (passo 1.25 mm, fila singola, 2 pin, blocco positivo, alloggiamento a crimpare).
Utilizzalo con i seguenti terminali a crimpare femmina Micro-Lock Plus: Molex 5054311100 (passo 1.25 mm, placcatura Au, 26-30 AWG).
terminale | Segnale | Descrizione |
1 | +VM | Alimentazione motore voltage, voltagL'autonomia dipende dal drivertage |
2 | FRENO_CTRL | Uscita low-side controllata da PWM per il pilotaggio dei solenoidi. La corrente del convertitore è configurabile fino a 1 A. |
Tabella 4: Terminali a vite TMCM-1636
Circuiti di interfaccia
4.1 Collegamento e accumulo della fornitura
TMCM-1636 include solo una capacità integrata limitata. Per le applicazioni ad alta corrente è necessario posizionare condensatori aggiuntivi vicino all'ingresso di alimentazione del modulo per stabilizzare l'alimentazione. Inoltre si consiglia vivamente un'alimentazione elettrica regolata.
AVVISO
A seconda dell'applicazione, assicurarsi di aggiungere condensatori sufficienti all'ingresso del driver per stabilizzare l'alimentazione.
Si consigliano tappi elettrolitici a bassa VES.
È consentita un'ondulazione massima dell'alimentazione di 0.25 V (TBD).
Si consiglia di collegare condensatori elettrolitici di notevoli dimensioni alle linee di alimentazione vicine al TMCM-1636!
Regola pratica per la dimensione del condensatore elettrolitico: C = 1000 μF/A ….ISUP P LY
I condensatori dovrebbero essere selezionati tenendo conto dell'elevata corrente di ripple.
Oltre alla stabilizzazione della potenza (buffer) e al filtraggio, questo condensatore aggiunto ridurrà anche qualsiasi voltagI picchi che potrebbero altrimenti verificarsi a causa della combinazione di cavi di alimentazione ad alta induttanza e condensatori ceramici.
Inoltre limiterà la velocità di variazione dell'alimentatore voltage al modulo. Il basso ESR dei condensatori di filtro solo ceramici può causare problemi di stabilità con alcuni alimentatori a commutazione.
4.2 ingressi per uso generico
I quattro ingressi per uso generale sono otticamente isolati con optoaccoppiatori. Tutti i GPI condividono la stessa connessione COM.È possibile utilizzare un'alimentazione separata/isolata per gli ingressi – come indicato nel disegno (+24V_ISO e relativo GND_ISO) – ma è possibile utilizzare anche la stessa alimentazione del TMCM-1636.
4.3 Output per scopi generici
Le due uscite per uso generale sono semplici uscite open drain che utilizzano FET a canale n.
I gate dei FET a canale n sono abbassati.
Non sono presenti diodi flyback sul TMCM-1636.4.4 ingressi analogici
I due ingressi analogici passano attraverso un voltagIl divisore e un semplice filtro prima di collegarsi agli ingressi ADC del microcontrollore.
Gli ingressi analogici consentono un intervallo di ingresso di 5 V.
Il filtro di ingresso ha una frequenza di taglio di ca. 285Hz.
4.5 Ingressi di riferimento
TMCM-1636 fornisce tre ingressi di riferimento: Sinistra, Destra e Home.
L'ingresso voltagL'intervallo è 0 V…5 V.
Gli ingressi hanno un pull-up interno a 5V.
Un filtro di ingresso ha una frequenza di taglio di ca. 34kHz
4.6 Uscita di controllo del freno
L'uscita di controllo del freno BRAKE è un'uscita low-side controllata da PWM per il pilotaggio dei solenoidi. La corrente del convertitore è configurabile fino a 1A.
4.7 Sovravoltage Uscita di protezione
L'overvoltagL'uscita di protezione OVP è un'uscita low-side per la resistenza di frenatura esterna. Può essere utilizzato per evitare che la linea di alimentazione superi i valori nominali massimi in caso di sovravoltage condizioni.
4.8 Interfacce di feedback
4.8.1 Encoder incrementali di quadratura 1 e 2
TMCM-1636 fornisce due interfacce encoder incrementali in quadratura con segnali A, B e N ciascuna.
Il volume di ingressotagL'intervallo è 0 V…5 V.
Gli ingressi dell'encoder hanno un pull-up interno a 5 V.
Un filtro di ingresso ha una frequenza di taglio di ca. 1.6 MHz.
4.8.2 Sensori Hall digitali
TMCM-1636 fornisce un'interfaccia di segnale Hall.
Il volume di ingressotagL'intervallo è 0 V…5 V.
Gli ingressi Hall hanno un pull-up interno a 5V.
Un filtro di ingresso ha una frequenza di taglio di ca. 4kHz.
4.8.3 Encoder assoluto basato su SPI
TMCM-1636 fornisce un'interfaccia master SPI per sensori di posizione assoluta esterni o altre periferiche (con opzione firmware personalizzato).
L'interfaccia SPI funziona a un livello di segnale di 5 V.
4.8.4 Encoder assoluto basato su RS422
TMCM-1636 fornisce un'interfaccia RS422 per sensori di posizione assoluta esterni che utilizzano l'interfaccia SSI o BiSS (dipende dall'opzione firmware o dal firmware personalizzato).
TMCM-1636 integra il ricetrasmettitore RS422 (TI THVD1451DRBR).
La linea dati RS422 in entrata (SSI_ENC_DATA_P e SSI_ENC_DATA_N) ha una terminazione integrata di 120R.
Indicatori di stato LED
Il TMCM-1636 dispone di due indicatori di stato LED integrati.
GUIDATO | Descrizione |
RUN_LED | LED di stato MCU/CANopen, verde |
ERR_LED | LED di errore MCU/CANopen, rosso |
Tabella 5: Segnali di uscita LED digitali TMCM-1636
Comunicazione
Le sezioni seguenti forniscono alcune linee guida e best practice per l'impostazione dei sistemi di bus di comunicazione supportati da TMCM-1636.
6.1 CAN
Per il controllo remoto e la comunicazione con un sistema host, il TMCM-1636 fornisce un'interfaccia bus CAN.
Per un corretto funzionamento è necessario tenere in considerazione i seguenti elementi quando si configura una rete CAN:
- STRUTTURA AUTOBUS:
La topologia di rete dovrebbe seguire il più fedelmente possibile una struttura a bus. Cioè, la connessione tra ciascun nodo e il bus stesso dovrebbe essere la più breve possibile. Fondamentalmente, dovrebbe essere breve rispetto alla lunghezza del bus. - TERMINATA AUTOBUS:
Soprattutto per bus più lunghi e/o nodi multipli collegati al bus e/o velocità di comunicazione elevate, il bus dovrebbe essere adeguatamente terminato ad entrambe le estremità. Il TMCM-1636 non integra alcun resistore di terminazione. Pertanto, è necessario aggiungere esternamente resistori di terminazione da 120 Ohm su entrambe le estremità del bus. - TERMINATA AUTOBUS:
Il ricetrasmettitore bus utilizzato sulle unità TMCM-1636 o sulla scheda base (TJA1042TK/3) supporta almeno 110 nodi in condizioni ottimali. Il numero praticamente ottenibile di nodi per bus CAN dipende fortemente dalla lunghezza del bus (bus più lungo -> meno nodi) e dalla velocità di comunicazione (velocità maggiore -> meno nodi).
Valutazioni e caratteristiche operative
7.1 Valutazioni massime assolute
Parametro | Simbolo | Minimo | Addominali. Massimo | Unità |
Motore e alimentazione voltageVersione +24V | +macchina virtuale | +12 | +30 | V |
Motore e alimentazione voltageVersione +48V | +macchina virtuale | +12 | +58 | V |
Addominali. massimo Versione con corrente di fase motore RMS +24V | IfaseRMS,MAX | 601 | A | |
Addominali. massimo Versione con corrente di fase motore RMS +48V | IfaseRMS,MAX | 601 | A | |
Addominali. massimo temperatura ambientale di lavoro | TA | -40 | +852 | °C |
Corrente massima a +5V_OUT | IO FUORI+5V, MASSIMO | 100 | mA |
AVVISO
Sollecitazioni superiori a quelle elencate nella sezione “'Valori massimi assoluti”' possono causare danni permanenti al dispositivo. Questa è solo una valutazione dello stress e il funzionamento funzionale del dispositivo a quelle o altre condizioni superiori a quelle indicate negli elenchi di funzionamento di queste specifiche non è implicito. L'esposizione a condizioni di potenza massima per periodi prolungati può influire sull'affidabilità del dispositivo.
7.2 Valutazioni operative
Temperatura ambiente 25° C, se non diversamente specificato.
Parametro | Simbolo | Minimo | Tipo | Massimo | Unità |
Motore e alimentazione voltageVersione +24V | +macchina virtuale | +12 | +24 | +28 | V |
Motore e alimentazione voltageVersione +48V | +macchina virtuale | +12 | +48 | +52 | V |
versione RMS continua Corrente di fase motore +24V | IfaseRMS | 30 | A | ||
versione RMS continua Corrente di fase motore +48V | IfaseRMS | 20 | A | ||
Temperatura di lavoro | TA | -30 | +602 | °C |
7.3 Valori I/O
Temperatura ambiente 25° C, se non diversamente specificato.
Parametro | Simbolo | Minimo | Tipo | Massimo | Unità |
Ingresso voltage per gli ingressi analogici | VAIN | 0 | 5.0 | V | |
Vol. ingresso GPItage | VGPI | 0 | 24 | V |
- Questa è la corrente nominale massima. Ciò non riguarda il funzionamento continuo ma dipende dal tipo di motore, dal ciclo di lavoro, dalla temperatura ambiente e dalle misure di raffreddamento attivo/passivo.
- Lavorare a temperature ambientali elevate può richiedere misure di raffreddamento aggiuntive a seconda del ciclo di lavoro e dell'assorbimento massimo di corrente/potenza.
Vol. uscita oggetto Criteri di gruppotage | VOggetto Criteri di gruppo | 0 | 24 | V | |
Corrente assorbita del GPO | IOggetto Criteri di gruppo | 0 | 1 | A | |
Uscita comando freno voltage | VFRENO | 0 | +VM | V | |
Corrente dissipatrice del controllo freno | IFRENO | 0 | 1 | A | |
Over-volumetage uscita protezione voltage | VOVP | 0 | +VM | V | |
Over-volumetagLa protezione dissipa la corrente | IOVP | 0 | 10 | A | |
Ingresso encoder incrementale voltage | VENC | 0 | 5 | V | |
Ingresso segnale Hall voltage | VSALA | 0 | 5 | V | |
Ingresso interruttore di riferimento voltage | VRIF. | 0 | 5 | V | |
Interfaccia SPI voltage | VSPI | 0 | 5 | V | |
Interfaccia SSI (RS422) voltage | VSSI | -15 | +15 | V |
Tabella 8: Classificazioni I/O
7.4 Altri requisiti
Specifiche | Descrizione o valore |
Raffreddamento | Dissipatore di calore o aria libera montato a seconda del caso d'uso, della potenza richiesta e della temperatura ambientale. |
Ambiente di lavoro | Evitare polvere, acqua, nebbia d'olio e gas corrosivi, nessuna condensa, nessuna brina |
Tabella 9: Altri requisiti e caratteristiche
Direttive integrative
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10.7 Documenti e strumenti collaterali
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Cronologia delle revisioni
11.1 Revisione hardware
Versione | Data | Autore | Descrizione |
V1.1 | Numero di telefono: 2020-01-06 | Versione di rilascio |
Tabella 10: Revisione hardware
11.2 Revisione del documento
Versione | Data | Autore | Descrizione |
V1.20 | Numero di telefono: 2020-06-08 | TMC | Versione di rilascio. |
V1.30 | Numero di telefono: 2021-03-08 | TMC | Opzione encoder analogico rimossa. |
Tabella 11: Revisione del documento
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Documenti / Risorse
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Servoazionamento ad asse singolo TRINAMIC TMCM-1636 [pdf] Guida utente Servoazionamento ad asse singolo TMCM-1636, TMCM-1636, Servoazionamento ad asse singolo, Servoazionamento ad asse, Servoazionamento, Azionamento |