Antriebs-SPS in Aktion

Der Autor: Jörg Niermann, Bereichsleiter Marketing, Getriebebau Nord

Bei Nord Drivesystems waren auf der Hannover Messe Exponate rund um dezentrale Antriebselektronik zu sehen, die eine Reihe praktischer neuer Steuerungsmöglichkeiten demonstrierten. Die Frequenzumrichter sind standardmäßig mit einer SPS ausgestattet, die verschiedene Funktionen übernehmen kann, die bisher entweder Extrakomponenten erforderten oder in einer externen Steuerung angesiedelt waren. Manches ließ sich in den meisten Fällen bislang nicht auf ökonomische Weise automatisieren, z. B. die permanente Überwachung der Lastsituation, die Diagnose des Zustands aller Antriebskomponenten und die Ausführung von Ablaufsteuerungen.

Die dezentralen Regler eröffnen Anwendern jetzt neue Möglichkeiten, Antriebsaufgaben kostengünstig umzusetzen und Anlagen konsequent modular einzurichten. Die Programmierung der Systeme können sie entweder selbst vornehmen oder vom Hersteller erledigen lassen, der dafür die Software Nord CON kostenfrei zur Verfügung stellt. Diese unterstützt die textorientierten Programmiersprachen „Strukturierter Text“ und „Anweisungsliste“ nach IEC 61131-3 und die Motion-Control-Bibliothek der PLCopen.

Das erste neue Antriebselektronikexponat am Nord-Messestand zeigte das Eingreifen der integrierten SPS eines dezentralen Antriebs bei einer Trennung der Kommunikationsanbindung an das Leitsystem. Die genauen Abläufe werden in der Praxis anwendungsspezifisch programmiert. Die Umrichter-SPS kann autark einen sicheren Zustand herstellen bzw. selbstständig die komplette Regelung der Anwendung übernehmen. Im Exponat war der Antrieb über Powerlink mit einer B&R-Steuerung verbunden. Per Schalter ließ sich eine unerwartete Trennung der Powerlink-Verbindung simulieren. Bei einer solchen Störung übernimmt die Antriebs-SPS die Steuerung. Der motoraufgebaute Umrichter ist für die Demonstration so programmiert, dass der Antrieb zunächst dynamisch beschleunigt, dann reversiert und schließlich anhält. Wenn der Schalter wieder umgelegt und die Powerlink-Verbindung wieder hergestellt wird, übernimmt die B&R-Steuerung die Kontrolle und der Antrieb wird über die externe Steuerung gefahren.

Die Kommunikationsverbindung zum Leitsystem kann in der Praxis nicht nur ungeplant, sondern auch gezielt vom Bediener getrennt werden. Der entsprechend programmierte Nord-Antrieb kann in einem solchen Fall die Antriebsachse schnellstmöglich kontrolliert zum Stillstand bringen. Je nach Anwendung kann er sie auch zunächst in eine vorgegebene Position fahren. Beispielsweise lässt sich eine Türsteuerung so programmieren, dass das Tor immer entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen wird. Eine Hubvorrichtung kann auf der nächstgelegenen Ebene halten.

Andere Anwendungen sollen auf keinen Fall unterbrochen werden. Bei Pump- und Rühranwendungen mit hochviskosen oder schnell aushärtenden Medien z. B. können Stillstände sogar zu Schäden an der Anlagentechnik führen. Wenn selbst ein kurzer Stillstand Probleme im weiteren betrieblichen Prozessablauf verursachen würde, kann die Umrichter-SPS anstelle der Leitsteuerung den Motor und antriebsnahe Funktionen regeln. In verfahrenstechnischen Prozessen lassen sich somit Kosten durch verdorbene Chargen umgehen.

Anderswo gewährleistet die redundant einspringende autarke SPS den Materialfluss in der Fertigung. So lassen sich beispielsweise Staus in Warenfördersystemen mit hohem Stückdurchsatz vermeiden.

Da die Frequenzumrichter über umfangreiche Schnittstellen verfügen und in der Lage sind, Sensor- und Aktordaten auszuwerten, ist auch im dezentralen Betrieb ein umsichtiges Agieren in der Anwendung gewährleistet. Die Intelligenz im Umrichter ist allerdings nicht nur im Havariefall nützlich. Es kommt auch vor, dass Anwender einen Trennschalter zur aktiven Abkopplung einer Antriebsachse von der Leitsteuerung wünschen. Auf diese Art können Bediener lokal auf Anlagensegmente zugreifen – zu Wartungszwecken oder z. B. um Produktproben zur Qualitätskontrolle zu entnehmen. Die dezentralen Antriebe lassen sich auch mit Wahlschaltern zur manuellen Bedienung oder zum Einlernen von Positionen und Abläufen ausstatten.

Ein weiteres Exponat enthielt einen dezentralen Spindelantrieb, der gegen ein mechanisches Hindernis fährt, das sich nicht lösen lässt. Dieser Aufbau demonstrierte die Fähigkeit der Antriebs-SPS, eine Blockade durch die Überwachung der Lastsituation zu erkennen und mit programmierten Abläufen darauf zu reagieren. So wird Überlast vermieden, der Motor wird also geschont. In der Praxis lassen sich derartige Störungen durch die anwendungsspezifischen Manöver oft schnell und ohne Bedienereingriff beseitigen. Die SPS im Messemodell erkennt die Blockade und reagiert, indem sie den Antrieb reversiert, viermal gegen das Hindernis anfährt, anschließend anhält und per Leuchtmeldeanzeige einen Handlungsbedarf signalisiert. Die Funktionsweise kann natürlich für eine konkrete Kundenanwendung adaptiert werden.

In vielen Fällen können die intelligenten Antriebe selbstständig wieder normale Beweglichkeit herstellen. Dies steigert die Anlagenverfügbarkeit und senkt den Servicebedarf. Lässt sich ein Hindernis, wie eine Verstopfung in einer Leitung, durch Geschwindigkeits- und Laufrichtungswechsel beseitigen, so nimmt der Antrieb anschließend den Normalbetrieb wieder auf. Andernfalls kann er außer einer Störmeldung an die Leitebene auch ein Ausweichmanöver veranlassen, indem er beispielsweise vernetzte Antriebseinheiten anweist, einen Bypass freizuschalten.

Dies ermöglicht autark operierende, intelligente Anlagenteile, z. B. Sortierer, Portionier- oder Verpackungsanlagen, einzeln oder vernetzt arbeitende Pumpen, Brecher oder Förderschnecken. Zugleich ist die optimale Einbindung in Automatisierungsnetzwerke gewährleistet. Die Umrichter-SPS bereitet Antriebs- und Anwendungsdaten bei Bedarf optimal für eine übergeordnete Steuerung oder zu Diagnosezwecken auf.

Die Lastüberwachung und optimale Vernetzung mit der Anwendungsumgebung sowie fortgeschrittene Softwarefunktionen ermöglichen außerdem die dezentrale und kostengünstige Umsetzung von Maßnahmen zur vorausschauenden Instandhaltung. Die Umrichter-SPS kann durch effiziente Software-Diagnostikfunktionen beispielsweise den Zustand des Getriebeöls rein rechnerisch überwachen und signalisieren, wann ein Ölwechsel erforderlich ist. Auch den Bremsverschleiß und die Lastsituation für den gesamten Antriebsstrang können die Antriebe autark überwachen.

Diese Daten sind die Voraussetzung für Condition Monitoring und Predictive Maintenance. Die bedienfreundliche Programmier- und Parametrier-Software Nord CON erlaubt außerdem via Ethernet-Tunneling einen flexiblen Fernzugriff – z. B. von einem Notebook mit Ethernet-Schnittstelle. Somit lassen sich unterschiedliche Ferndiagnose- und Fernwartungsszenarien realisieren. bec

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