Controllerbasierte Automatisierung

Exklusiv in KEM Autor: Dipl.-Ing. Markus Kiele-Dunsche, Produktmanagement, Lenze SE, Hameln

Lenze verfügt über ein maßgeschneidertes Automatisierungsportfolio für Controller-basierte Architekturen, das durch das neue Antriebssystem Servo-Inverter i700 für Mehrachsanwendungen optimal ergänzt wird. Damit lassen sich Mehr- achsanwendungen besonders effizient und kostengünstig realisieren. Durch den Trend zur Integration von Handling-Systemen, Robotermechaniken und anderen Funktionen in existierende Maschinenkonzepte steigt die Zahl der Anwendungen, in denen drei und mehr Achsen im Verbund gefahren werden müssen. Weiteren Schub erhält diese Entwicklung durch die stetig vorangetriebene Elektrifizierung bis dato mechanisch gelöster Funktionen.

Entsprechend steigen auch die Anforderungen an die Steuerung, die die erforderlichen CNC-, Motion-Control- oder Roboter-Funktionen – immer häufiger auch Kombinationen davon – bereitstellen muss. Hier kommen dezentrale Lösungen an ihre technische und ökonomische Grenze. So rechnet es sich schlicht nicht, dutzende intelligente Umrichter einzusetzen, „nur“ um auf eine separate (Motion-Control-) Steuerung verzichten zu können. Zudem nehmen der Engineering-Aufwand und die Komplexität der Programmierung mit jeder weiteren Achse bei einer dezentralen Lösung deutlich schneller zu als bei einer zentralen Lösung.

Bei einer zentralen Architektur ist allerdings besonders entscheidend, dass alle Elemente des Antriebs- bzw. Automatisierungssystems optimal aufeinander abgestimmt sind, damit nicht einzelne Komponenten die ganze Maschine ‚ausbremsen’. Dies betrifft nicht nur die Performance des Endprodukts Maschine, sondernd auch seine Zuverlässigkeit, die Entwicklungskosten, das Time-to-Market und nicht zuletzt die Wartungsfreundlichkeit!

Lenze gehört hier zu den wenigen Unternehmen, die sowohl für dezentrale als auch zentrale Architekturen das passende Produktportfolio anbieten. Auf zentrale Bewegungsführungen zugeschnitten ist die Motion-Control-Plattform Controller 3200 C, die in Verbindung mit dem Bussystem EtherCAT sowie dem neuen Servo-Inverter i700, dem I/O-System 1000 und der riesigen Auswahl an Getrieben, Getriebemotoren und Motoren ein Komplettpaket für die Umsetzung von zentralen Maschinenarchitekturen bildet. Anwender, die auf dieses Paket zurückgreifen, erhalten Komponenten, die durchgängig nach den Lenze-üblichen hohen Qualitätsstandards konzipiert und gebaut werden, weshalb deren Zuverlässigkeit und Interoperabilität sichergestellt sind.

Bezieht der Maschinenbauer das Komplettpaket, hat er daher eine höhere Maschinenverfügbarkeit sowie weniger Abstimmungs- und Schnittstellenprobleme. Auch beim Engineering macht sich die Durchgängigkeit positiv bemerkbar. Mit dem Engineering-Werkzeug PLC Designer lassen sich sowohl die Antriebs- als auch die Steuerungsapplikation entwickeln. Dies reduziert die Zahl der zu erlernenden und zu wartenden Software-Tools und verringert die Komplexität bzw. erhöht die Lesbarkeit der Anwendung. Kommt die Antriebs- und Automatisierungslösung aus einer Hand, können Zusatzfunktionen realisiert werden, die das Leben des Maschinenbauers deutlich vereinfachen.

Im PLC Designer sind bereits alle Motordaten der Lenze-Motoren eingepflegt, so dass die Drehmomentregelung optimal eingestellt werden kann. Liegen die Daten nicht vor, können diese automatisch durch einen Identifikationslauf ermittelt werden. Aber auch eine Fehlerkompensation für den Resolver kann automatisiert eingestellt werden. Eine Oszilloskop-Funktion innerhalb des Inverters unterstützt die Beurteilung und Optimierung der Einstellungen. So kann die höchst mögliche Qualität einer Regelung im Handumdrehen erreicht werden.

Ein weiteres Beispiel für solche Zusatzfunktionen ist ein zentrales Logbuch. Sind die Antriebe wie beim Servo-Inverter i700 und dem Motion Controller 3200 C aufeinander abgestimmt, kann das Logbuch alle Ereignisse der angeschlossenen Umrichter mit protokollieren. Damit können sich Bediener oder das eigene Service-Personal jederzeit und mit minimalem Aufwand einen Überblick über den Zustand der Maschine verschaffen.

Die zentrale Datenhaltung kann auch gewinnbringend genutzt werden, um die Inbetriebnahme bzw. Wartung der Maschine zu vereinfachen und zu beschleunigen: Auf der Steuerung werden die Parametersätze und bei Bedarf auch die gewünschte Firmware für die angeschlossenen Antriebe abgelegt. Damit müssen die Antriebe vor dem Einbau bzw. einem Gerätewechsel nicht erst mit der Software bespielt werden, sondern erhalten diese automatisch von der Steuerung. D.h. ein Antrieb erhält ohne manuelles Eingreifen alle für den Betrieb notwendigen Softwarekomponenten und Daten, sobald sich das Gerät nach der Montage bzw. dem Gerätetausch beim Hochfahren der Maschine bei der Steuerung anmeldet. Dies verkürzt nicht nur den Zeitaufwand für die Inbetriebnahme, sondern ermöglicht die Inbetriebnahme und den Gerätetausch auch ohne spezielle Kenntnisse des Personals.

Mit steigender Achszahl rücken naturgemäß Kriterien wie der Platzbedarf, die Anschaffungskosten, die Energieeffizienz, der Aufwand für die Montage und Inbetriebnahme und nicht zuletzt die Wartbarkeit des Antriebssystems immer stärker in den Fokus, da ihr Anteil an den Gesamtkosten der Maschine mit steigender Achszahl für den Maschinenbauer immer deutlicher spürbar wird.

Lenze hat daher den Servo-Inverter i700 speziell auf Mehrachsanwendungen ausgelegt und konsequent auf einfache Handhabung getrimmt:

Das neue Antriebssystem zeichnet sich neben einem einfachen Montagekonzept durch seine Kompaktheit und Flexibilität aus. Doppelachsen helfen Schaltschrankplatz zu sparen. Im ersten Ausbauschritt umfasst das erstmals zur SPS/IPC/DRIVES 2011 einem breiten Publikum vorgestellte Servo-Antriebssystem Einfach- und Doppelachsmodule für den Leistungsbereich von 0,75 bis 15 kW sowie passende Versorgungsmodule. Ein weiterer Pluspunkt ist die einfache, sichere und schnelle Verdrahtung durch Steckverbinder, so dass ein Antrieb aus der i700 Serie nur mit einem Schraubendreher und ohne spezielle Kenntnisse schnell und bequem getauscht werden kann.

Zusätzliche Einsparungen bei den Montage- aber auch Komponentenkosten werden erreicht, wenn im Normalfall keine zusätzlichen Netzfilter, DC-Sicherung und Bremschopper benötigt werden, weil, wie beim i700 der Fall, bereits werksseitig entsprechende Maßnahmen ergriffen wurden.

Gerade bei Mehrachsanwendungen kann das Antriebssystem zur Energieeffizienz der Maschinen einen spürbaren Beitrag leisten. Der Servo-Inverter i700 ist daher mit einem Zwischenkreis ausgestattet, der den Energieaustausch zwischen den Achsen erlaubt. Der Zwischenkreis wird dabei über ein innovatives Schienensystem realisiert, das sich einfach durch das Umlegen von Bügeln herstellen lässt.

Der i700 unterstützt das gesamte Spektrum an Motortechnologien von Standard-Drehstrom bis hin zu synchronen Servomotoren. Mit extrem niedrigen Zykluszeiten (250 µs bei der Positionsregelung) und einer Signalauflösung von 32Bit sowie einer Überlastfähigkeit von über 200 Prozent ist das neue Servo-Antriebssystem ebenso für hochdynamische und präzise Mehr- achsanwendungen z.B. in Handling- und Verpackungsmaschinen sowie Robotikanwendungen geeignet wie für einfache Positionieraufgaben. Der i700 ist in allen gebräuchlichen Kühltechnikvarianten (Cold Plate, Durchstoßtechnik, Einbaugeräte) verfügbar. „Safe Torque Off (STO)“ gehört zum Standard-Angebot, und für die Realisierung erweiterter Sicherheitskonzepte wird zukünftig eine Gerätevariante zur Verfügung stehen, die SS1, SS2, SOS, SLS, SDI, SLI bietet und das höchste Sicherheitsniveau (SIL 3, PL e) über EtherCAT (FSoE) erreicht.

Das Potenzial einer zentralen Bewegungsführung lässt sich erst dann voll ausschöpfen, wenn alle Elemente des Automatisierungssystems optimal zusammenarbeiten. Lenze verfügt über ein abgestimmtes Produktportfolio, das mit der Motion-Control-Plattform Controller 3200 C und dem Servo-Inverter i700 ein leistungsfähiges Antriebs- und Automatisierungssystem bildet. Eine durchgängige und für die Programmierung der Steuerungs- und Antriebsfunktionalität verwendbare Engineering-Umgebung sorgt für hohe Produktivität bei der Maschinenentwicklung. In Verbindung mit dem I/O-System 1000 und der riesigen Auswahl an Getrieben, Getriebemotoren und Motoren aller Art können Maschinenbauer ihre Maschine so mit einem durchgängigen System aus einer Hand ausstatten.

Halle 1, Stand 360

Lenze, Tel.: 05154 821512, E-Mail: oppermann@lenze.de