Schaltschrank oder dezentral – Antriebslösungen intelligent auswählen (SPS/IPC/Drives: 3-121) Antworten auf die zentrale Frage - wirautomatisierer

Schaltschrank oder dezentral – Antriebslösungen intelligent auswählen (SPS/IPC/Drives: 3-121)

Antworten auf die zentrale Frage

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Direkt ans Netz angeschlossene Antriebe weichen mehr und mehr effizienteren und flexibleren Alternativen – der Anteil von Getriebemotoren mit Frequenzumrichtern wächst. Lange war es dabei selbstverständlich, dass die Leistungselektronik abgesetzt von der Maschine in einem Schaltschrank steckte. Inzwischen jedoch sind motornahe Lösungen und Einheiten, die Antriebsmechanik und -elektronik eng integrieren, stark auf dem Vormarsch. Dieser Trend zur dezentralen Antriebstechnik bringt neue Möglichkeiten und ist deshalb zu begrüßen. Er hat – so Nord Drivesystems – jedoch auch Grenzen. Anwender sollten diese zur Entscheidung für ein individuell passendes Antriebskonzept kennen.

Nach Informationen der Getriebebau Nord GmbH & Co. KG in Bargteheide ( www.nord.com)

Zentral und dezentral installierte Antriebsregler bieten je nach Anwendungsbedingungen klare Vor- oder Nachteile. Unterschiedliche Lösungen bleiben deshalb die Regel für die meisten Maschinen- und Anlagenbauer. Daher ist es sinnvoll, mit einem Antriebshersteller zusammenzuarbeiten, der sowohl klassische Umrichter zur Schaltschrank-Installation als auch neuartige dezentrale Systeme anbietet und beide Varianten kontinuierlich weiterentwickelt. Im Idealfall sind Umrichter-Baureihen für beide Bereiche im Handling so weit wie möglich kompatibel zueinander. Anwender müssen sich dann für gemischte oder wechselnde Lösungen nicht doppelte Routinen für jeden Handgriff aneignen.
Neue Lösung für weitläufige Anlagen
Dass die Verlagerung elektronischer Steuerungstechnik vom Schaltschrank an den Antrieb in den vergangenen Jahren immer häufiger bevorzugt wurde, hat sowohl wirtschaftliche als auch technologische Gründe. Neben Kosteneinsparungen über den Lebenszyklus der Systeme sprechen für die jüngere Lösung deren reduzierter Flächenbedarf und eine höhere Flexibilität bei der Anlagenprojektierung. Viele frühere Einschränkungen fallen weg. Anlagen mit zahlreichen Antrieben konnten in der Vergangenheit nur mit zentral in Schaltschränken installierten Frequenzumrichtern aufgebaut werden. Die Antriebe waren naturgemäß dort installiert, wo es die Anwendung, die Maschine oder der Anlagenteil erforderte. Für die Verbindungswege zur Elektronik ergab sich automatisch eine sternförmige Verdrahtung, da der Schaltschrank mit den Antriebsumrichtern den Ausgangspunkt für die Leitungsführung zu allen Motoren oder Getriebemotoren im Feld darstellte. Besonders fördertechnische Anlagen, z.B. Vorzonen von Hochregallagern, Rollenbahnen oder Gepäckbänder, profitieren nun sehr davon, dass bei dezentralen Lösungen auf die sonst erforderlichen langen Motorleitungen und zahlreichen Schaltschränke verzichtet werden kann. Vielfach werden bei minimalem Verdrahtungs- und Installationsaufwand ausgesprochen flexible Antriebslösungen möglich.
Einfachere Handhabung senkt Kosten
Beim dezentralen Ansatz lassen sich Einheiten komplett vorverdrahten und vorab prüfen; allgemein verlaufen Projektierung und Inbetriebnahme schneller. Verbleibende Schaltschränke fallen kleiner aus, erzeugen weniger Wärme und sind besser standardisierbar. Moderne Kommunikationsbusse werden unterstützt und auch eine Vernetzung in Linientopologie ist möglich. Geschirmte Motorleitungen sind entweder gar nicht mehr notwendig (beim direkten Aufbau auf den Motor) oder nur noch sehr kurz (bei Wandmontage in der Nähe des Motors). Integrierte Einheiten im Feld sind für das Servicepersonal leicht zugänglich, direkt in der Anlage können Diagnosen vorgenommen werden. Häufig lassen sich dank steckbarer Anschlussleitungen die Einheiten bei Bedarf sogar tauschen, ohne ei- nen Elektriker hinzu zu ziehen. Auch Signale von Sensoren und Aktoren vor Ort können über antriebsnahe Schnittstellen bequem an die übergeordnete Steuerung weitergeleitet werden und Status-LEDs helfen bei der Diagnose direkt im Feld. Die wirtschaftlichen Vorteile, die sich in Anlagen mit verteilter Antriebstechnik ergeben, sind im Vergleich zu zentral installierter Leistungselektronik erheblich. Zwar fallen bei der Anschaffung dezentraler Komponenten Mehrkosten von ca. 20 bis 30 % an, dem gegenüber stehen jedoch um bis zu 40 % reduzierte Projektierungskosten, Einsparungen von bis zu 60 % beim Installations- und Inbetriebnahmeaufwand sowie um bis zu 50 % reduzierte Wartungskosten während des gesamten Lebenszyklus. Insgesamt summieren sich die Einsparungen je nach Art und Umfang einer Anlage auf einen Anteil von ca. 30 %.
Haben die Schaltschrank- Umrichter ausgedient?
Die vielen Vorteile scheinen entschieden dafür zu sprechen, herkömmliche Installationen mit Schaltschrank-Umrichtern durch dezentrale Systeme abzulösen – zumal, wenn man ihnen auch noch die Einschränkungen der klassischen Variante gegenüberstellt. Denn bei Kombinationen von Getriebemotoren mit Umrichtern im entfernt aufgestellten Schaltschrank bleibt die Leitungsverlegung leider nur in engen Grenzen flexibel. Bei der Verdrahtung der Antriebe muss außerdem darauf geachtet werden, maximale Motorleitungslängen nicht zu überschreiten. Hinzu kommt, dass je nach Störeinflüssen u.U. geschirmte Leitungen unverzichtbar sind. Zahlreiche Leitungen müssen neben den Hauptverbindungen verlegt werden, beispielsweise zur Signalübermittlung u.a. für die Haltebremsen von Motoren, für Temperaturfühler, Inkrementalgeber oder andere Komponenten. Bis heute liegt ein Problem vieler solcher Lösungen darin, dass ein Antriebsstrang aus zahlreichen Komponenten besteht, die aufeinander abgestimmt sind und untereinander verdrahtet werden müssen. Dabei verändern unterschiedliche Aufstellungen der Antriebe in der Anlage auch den Schaltschrankaufbau, so z.B. die Notwendigkeit von Motordrosseln bei langen Anschlussleitungen. Eine Standardisierung der Schaltschränke ist und bleibt deshalb oft schwierig.
Trotz der Einschränkungen, die zentral installierte gegenüber der integrierten Antriebselektronik mit sich bringt, führt an den bewährten Schaltschrank-Umrichtern weiterhin oft kein Weg vorbei. Für ausgedehnte und verteilte Anlagen gelten schließlich andere Anforderungen als für Maschinen wie Schredder, Häcksler und ähnliche Systeme. Bei diesen liefern allein schon die extremen Umgebungsbedingungen am Betriebsort gute Gründe, die elektronische Antriebstechnik in einem robusten Gehäuse zu installieren. Bei einigen Anwendungen machen zudem dicht nebeneinander installierte Antriebe sowie große erforderliche Leistungen – üblicherweise über 22 kW – dezentrale Ansätze grundsätzlich problematisch, da die Temperaturbelastung für direkt daneben installierte Elektronik schnell zu hoch werden kann. Solche Anlagen sollte man deshalb auch in Zukunft besser in zentraler Technik aufbauen. Im Schaltschrank können dann zudem große Zubehörkomponenten wie Drosseln oder Netzfilter problemlos installiert werden. Bei dezentralen Systemen hingegen ist der Platz für Optionen aller Art (I/O-Anschlüsse, Schutzschalter etc.) deutlich eingeschränkt. Außerdem sind Umrichter im Schaltschrank zentral mit der Steuerung zusammen zugänglich und bedienbar, was für bestimmte Anwendungen ein sehr erwünschtes Merkmal ist. Ein anderer typischer Bereich, der weiterhin von zentraler Technik profitieren wird, sind Serienmaschinen, die in einem Stück geliefert werden. Hier bietet sich der Schaltschrank nach wie vor als kostengünstigste Lösung an.

praxis plus
Dezentrale Antriebslösungen haben in den letzten Jahren Maschinen- und Anlagenbauern neue Möglichkeiten erschlossen und zu einem sinkenden Handling- und Kostenaufwand geführt. Eine Einbahnstraße ist der Trend jedoch nicht. Neben vollintegrierten oder motornahen Umrichtern behalten auch im Schaltschrank installier- te Geräte ihren Platz. Welches grundsätzliche Konzept sich für die Regelung elektrischer Antriebe empfiehlt, richtet sich nach den konkreten Anwendungsanforderungen. Vorteile bietet hierbei die Zusammenarbeit mit einem Antriebshersteller wie Nord Drivesystems, der für beide Optionen zueinander möglichst weit gehend kompatible Umrichter-Baureihen zur Verfügung stellen kann – und der in beide Lösungswe- ge auch weiterhin Entwicklungsarbeit investiert. Darüber hinaus sollte der Partner ein breites Sortiment mit abgestuftem Funktionsspektrum bis hin zu Positionieraufgaben anbieten können.

INFO-TIPP
Nicht nur die Wahl der richtigen Antriebslösung ist entscheidend, auch im Engineering steckt noch Poten- zial. Welche Rolle hier die FDT/DTM spielen kann, behandelte jüngst der Trendteil zu „Drives & Motion“:
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