In modernen Automationsanlagen kommt der Antriebstechnik eine immer wichtigere Rolle zu. Positionierung auf Servoniveau und die Einbindung in intelligente Steuerungshierarchien werden Standardanforderungen. Nord Drivesystems geht im folgenden Artikel darauf ein, was das für die Antriebselektronik bedeutet. Der Hersteller hat seine Frequenzumrichter kürzlich mit noch leistungsfähigeren Microcontrollern und einer integrierten SPS ausgestattet, um sie fit zu machen für Industrie 4.0.
Der Autor: Jörg Niermann, Bereichsleiter Marketing, Getriebebau Nord
Zu den wichtigsten Features moderner Antriebselektronik gehören leistungsfähige Positionierfunktionen. Frequenzumrichter von Nord Drivesystems erreichen auf Basis feldorientierter Regelung eine hohe Drehzahlgüte unter wechselnden Lasten. Dies gilt für Asynchronmotoren und noch mehr für Synchronmotoren von Nord, die keinen Schlupf aufweisen und dynamische Antriebsaufgaben auch ohne Encoder ausführen können. Eine Drehzahlrückführung über Inkremental- und Absolutwertdrehgeber ist zusätzlich möglich, um z. B. Lageregelung und Lagesynchronisierung zu implementieren. Zudem gehört eine Positioniersteuerung zur Grundausstattung bei den Frequenzumrichtern für den Schaltschrank (Baureihe SK 500E) und darüber hinaus auch bei dezentralen Modellen (Baureihe SK 200E), die eine motornahe oder motorintegrierte Installation mit minimalem Verkabelungs- und Instandhaltungsaufwand ermöglichen.
Neben der klassischen Punkt-zu-Punkt-Positionierung (absolute Positionierung) besteht die Möglichkeit der relativen oder additiven Positionierung für Endlosachsen. Die Funktion „Wegoptimierung“ lässt Drehtische die Soll-Position automatisch mit dem kürzesten Weg anfahren. Positionen können über Binärwerte vorgegeben und im Antrieb gespeichert werden. Mit Schaltern für den manuellen Betrieb ist ein Einlernen vor Ort möglich. Im Master/Slave-Betrieb können die Antriebe Lagegleichlauf, Drehzahlgleichlauf und Mehrachsbetrieb umsetzen. Slave-Antriebe können sich den Anforderungen gemäß auf einen Master synchronisieren und anschließend wieder den selbstständigen Betrieb aufnehmen.
Clever geregelt
Mit den Umrichtern lassen sich Anwenderapplikationen flexibel und zeitsparend einrichten. Zur Grundausstattung gehört eine SPS, die Sensoren einbinden, antriebsnahe Aktoren ansteuern und komplette Abläufe steuern kann. Bisher benötigte zusätzliche Kleinsteuerungen können somit komplett entfallen. Die bedienfreundliche, kostenlose Software Nord CON erlaubt die freie Programmierung der Umrichter-SPS nach IEC 61131-3 in den textorientierten Programmiersprachen Strukturierter Text und Anweisungsliste. Nord CON unterstützt Applikationsentwickler bei der Programmierung der Bewegungssteuerung mit herstellerunabhängigen Funktionsblöcken aus der Motion-Control-Bibliothek der PLCopen. Der Aufwand für die Applikationsentwicklung wird insgesamt stark reduziert. Die kostenintensive Erstellung, Verifizierung und Validierung einer applikationsspezifischen Firmware ist nicht mehr erforderlich, da sich alle wichtigen Funktionen in der Umrichter-SPS direkt implementieren lassen.
Die intelligenten Umrichter können beispielsweise in Intralogistikanlagen die Signale von RFID-Scannern auswerten und die entsprechende Transportroute ansteuern. An Pumpen und Schneckenförderern können sie Blockaden erkennen und selbstständig Entstörroutinen ausführen. Auch in der Kommunikation mit mehreren Antrieben – beispielsweise zur platzsparenden Palettenbeladung – entlastet die Umrichter-SPS die Anlagensteuerung, indem sie eigenständig den optimalen Verfahrweg und die Einzelbewegungen der Achsen berechnet. Die Software Nord CON erlaubt auch einen Fernzugriff via Ethernet-Tunneling auf die Umrichter- und Anwendungsdaten – z. B. von einem Notebook mit Ethernet-Schnittstelle.
Servus Servo
Mit den aktuellen Umrichtergenerationen erreicht Nord so hohe Dynamik und Genauigkeit, dass diese kostengünstigen Antriebe mit Standardmotoren bereits in verschiedenen Anwendungen Servoantriebe ersetzen konnten. Zum geringeren Anschaffungspreis und der besseren Verfügbarkeit der Antriebskomponenten kommt die Platzersparnis. Die Umrichter der Baureihe SK 500E nehmen im Schaltschrank deutlich weniger Installationsplatz ein als Servoumrichter. Und auch eine motoraufgebaute Ausführung ist möglich, da die dezentralen Umrichter der Baureihe SK 200E dieselbe große Flexibilität, Präzision und funktionale Bandbreite bieten. Integrierte Antriebe auf dieser Basis haben beispielsweise bei einem Hersteller von Autorennsimulatoren, mit denen Formel-1-Runden realitätsnah erlebt werden können, Servotechnik ersetzt. Sechs Antriebsachsen werden mit hoher Dynamik und in Echtzeitreaktion auf die Steuereingabe des Piloten bewegt. Die Motorkraft wird in dieser Applikation über Asynchrontechnik bereitgestellt.
Funktionsbaukasten mit Sicherheitsoption
Maschinen und Anlagen werden immer konsequenter auftragsspezifisch konfiguriert. Auch die Antriebstechnik muss entsprechend ausgelegt werden. Für die Getriebemotoren folgt daraus die Projektierung anhand spezifischer Lastprofils und die Bereitstellung der nötigen Funktionen. Als Erweiterungsoptionen können u. a. Bremswiderstände sowie 24-V-Netzteile für den Stand-Alone-Betrieb gewählt werden. Zur Verfügung stehen außerdem I/O-Module sowie Schnittstellen für alle gängigen Feldbusse und Ethernet-Protokolle. Spezialisierte Modelle unterstützen zudem die sicheren Antriebsfunktionen STO (sicher abgeschaltetes Moment) und SS1 (Sicherer Stopp 1) gemäß EN 61800-5-2. be
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Getriebebau Nord GmbH & Co. KG, Bargteheide
Jörg Niermann, Bereichsleiter Marketing
Tel. +49 4532 289-0
SPS IPC Drives: 3-218
Zu einem Video über Servolösungen auf Basis von Frequenzumrichtern:
http://t1p.de/rk60
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