Make it simpler

Der Autor:Dipl. Ing. Michael Liese, Leiter Applikation, Danfoss GmbH, VLT Antriebstechnik

In vielen Produktionsbereichen benötigt der Anwender genaue Positionierung oder präzise Synchronisation von Antriebs- bzw. Maschinenachsen, ohne aber eigentlich den Leistungsumfang der dafür notwendigen komplexen Servoantriebe zu benötigen. Eine neue Möglichkeit für solche Anwendungen ist die im VLT Automation Drive nun optional verfügbare Integrated Motion Control (IMC). Sie bietet dem Anwender viele Vorteile: So arbeitet die Lösung mit allen gängigen Motortechnologien, dazu verfügt der Automation Drive für alle Motortypen über eine automatische Motoranpassung. Anbinden lässt sich das Ganze technologieunabhängig an alle gängigen Steuerungs- bzw. Bussysteme. Die Motion-Control-Lösung ermöglicht die Realisierung von Positions- und Synchronisationsanwendungen wahlweise mit oder ohne Drehgeber. Insgesamt bringt das deutliche Einsparmöglichkeiten bei Komponenten im Schaltschrank, Inbetriebnahme und Verdrahtung.

Anwendung findet Motion Control bei Positionierungsaufgaben wie in Rundschalttischen. Diese bilden in Montagemaschinen häufig die zentrale Einheit der Anlage. Ihre Aufgabe besteht darin, die zu bearbeitenden Werkstücke auf einem Drehtisch von Station zu Station zu transportieren und für den jeweiligen Schritt zu positionieren. Dabei bestimmt die Teilung des Rundschalttischs die maximale Anzahl der Bearbeitungsstationen in dieser Runde. Eine andere typische Aufgabe für die Positionierung wäre eine Etikettier- oder Direktdruckmaschine in der Verpackung von Gebinden und Kartons. Weiteres typisches Einsatzgebiet ist die Synchronisierung mehrere Bänder oder die Regelung der Antriebe dort, z.B. im Food & Beverage-Bereich bei der Herstellung von Eis-Sandwiches. An der ersten Arbeitsstation platziert die Station die untere Waffel auf einem Träger. An Station zwei wird das Eis vom Endlosstrang portionsgerecht abgeschnitten und auf der ersten Waffel platziert. Danach findet die obere Waffel ihren Platz und wird leicht angedrückt. Als letztes erfolgt die automatische Entnahme und Übergabe an ein Transportband, das zur Verpackungsmaschine führt. Alle Achsen der Arbeitsstationen synchronisieren sich anhand der Hauptachse. So ist bei jeder Geschwindigkeit jederzeit eine exakte Ausrichtung von Waffel und Eisfüllung sichergestellt.

Für eine einfache Positionierungs- oder Synchronisierungsaufgabe war bisher ein aufwändiger Aufbau nötig. Zwischen SPS und Motor befanden sich viele Bauteile wie Motion-Control-Einheit, Leistungsteil, Drosseln und Resolver oder Drehgeber. All diese Teile benötigten nicht nur viel Platz im Schaltschrank, sondern erfordern zusätzlichen Verdrahtungsaufwand. Der VLT Automation Drive mit Integrated Motion Controller vereint all diese Bauteile in einem Gerät oder macht sie überflüssig. Im Gegensatz zu bisherigen Ausführungen kann der Betreiber bei Verwendung des VLT FC 302 mit dem optionalen Integrated Motion Controller auf teurere Servoregler verzichten. Ein Vorteil dieser Lösung ist, dass sich die Frequenzumrichter an die Anwendung durch einfaches Parametrieren anpassen lassen. Der Frequenzumrichter mit IMC kann Asynchronmotoren oder permanenterregte Synchronmotoren ansteuern. Durch die geberlose Regelung kann der Betreiber in vielen Anwendungen auf die Verwendung von Drehgebern verzichten. Das aufwändige Verdrahten und die Fehlersuche an Drehgebern entfallen.

Der Anwender kann in vielen Standardanwendungen die bisherigen Servoachsen mit Motion Controller durch einen Standard-Umrichter des Herstellers ersetzten. Zudem kann er seine Anwendung durch einfaches Parametrieren schnell und reproduzierbar in Betrieb setzen. Dank des einfachen Setups der Motion-Control-Lösung spart der Anwender zudem Zeit bei der Programmierung und Installation der Lösung sowie bei der Inbetriebnahme. Auch der Wegfall der Drehgeber vereinfacht seine Anwendung, denn er spart die Planung, Verdrahtung, Inbetriebnahme und Fehlersuche am Drehgeber komplett ein. Das alles führt dazu, dass das System robuster ist.

Für eine Positionierung benötigt der Antrieb lediglich eine oder mehrere Zielposition(en), die sich z.B. über einen Feldbus vorgeben lassen. Daraus leitet er ein Bewegungsprofil ab. Erhält der Umrichter dann über ein Bussystem oder angeschlossene Sensorik den Startbefehl, fährt der Antrieb die entsprechende Zielposition selbsttätig an. Danach fährt er, je nach Anwendungsanforderung, entweder zurück zur Startposition oder zu weiteren Zielpositionen. Eine Referenzfahrt kann ohne Sensor mit begrenztem Drehmoment erfolgen. Wenn ein mechanischer Stopp existiert und dieser mit einem gewissen Drehmoment angefahren wird, kann dies als Referenzpunkt dienen. Damit spart der Anwender den Sensor ein, was die Installationszeit reduziert und die Einrichtung vereinfacht. Nutzt die Anwendung Referenzsensoren, kann die Referenzfahrt im Betrieb erfolgen. Eine Synchronisieranwendung erfordert immer die Regelung von zwei oder mehr Motoren. Dabei fungiert einer als Master, dem die Follower in Geschwindigkeit oder Position folgen müssen. In der Regel benötigt die Anwendung ein Drehgebersignal des Masters sowie eines für jeden Follower zur präzisen Abstimmung. Bislang erfolgt die Regelung derartiger Anwendungen durch einen externen Motion Controller, bei der Danfoss-Lösung über die IMC-Funktionalität im Umrichter. Sie ermöglicht die Umsetzung von Positionier- oder Synchronisieraufgaben, ohne Einsatz eines Drehgebers. Die Lösung ermöglicht in vielen Fällen die Realisierung von kostengünstigeren Maschinen und Anlagen als mit der komplexen Servotechnik. jg

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