Als wir mit der Entwicklung des Umrichters Sinamics S210 begannen, kam es uns darauf an, ein wirklich neues System aus einem Guss auf den Markt zu bringen, mit neuen Einachsumrichtern, speziell darauf abgestimmten Motoren und einer komplett neu durchdachten Verkabelung,“ so Guido Hartmann, Produktmanager für Umrichter bei Siemens. „Unser Fokus lag dabei gleichermaßen auf hoher Performance und einfacher Bedienbarkeit.“ Herausgekommen ist ein stringentes Antriebssystem, das hohe Dynamik und Präzision bietet, über integrierte Safety-Funktionen verfügt und zugleich einfach zu projektieren und in Betrieb zu nehmen ist.
Höchste Genauigkeit und Dynamik
Da die neuen Einachsumrichter bereits ab einer Leistung von 50 W speziell zur Verwendung mit den ebenfalls neu entwickelten Motoren Simotics S-1FK2 vorgesehen sind, wird den Maschinenbauern die Projektierung deutlich erleichtert. Hat man einen Motor nach Dynamik und Drehmoment ausgewählt, ergibt sich der entsprechende Umrichter quasi automatisch – ein entscheidender Pluspunkt bei der Planung von Anlagen angesichts der allgemein großen Produkt- und Variantenvielfalt und der stetig steigenden elektrotechnischen Komplexität – etwa von vielachsigen Verpackungsmaschinen. Auch die Inbetriebnahme des Umrichters erfolgt einfach über Webserver und mit One-Button-Tuning für eine automatische Optimierung der Regelparameter. Das Verhalten der angeschlossenen Mechanik lässt sich dabei über verschiedene auswählbare Dynamikstufen berücksichtigen. Durch das elektronische Typenschild des Motors werden die Motordaten in bewährter Weise beim Hochlaufen des Umrichters geladen, so dass für die Parametrierung keine manuellen Eingaben nötig sind. Bei der Anbindung der Umrichter an die Steuerung hatten die Entwickler von Siemens die Steuerung Simatic S7–1500 bzw. S7–1500 T-CPU mit ihrer erweiterten Motion-Control-Funktionalität für Mehrachsanwendungen im Blick. „Umrichter und Motoren können den Sollwertvorgaben der Simatic S7–1500T mit höchster Dynamik und Genauigkeit folgen“, erläutert Hartmann. „Zugunsten der Einfachheit bei der Inbetriebnahme haben wir bewusst auf einen Einfachpositionierer im Umrichter verzichtet. Die Positionierfunktion wird ohnehin von der über Profinet angeschlossenen Simatic-Steuerung übernommen.“
Kompakt und sicher
Insgesamt ist der Funktionsumfang bei dem Umrichter auf die Kernfunktionen der hochdynamischen Regelung der Motorachse fokussiert. Was die Größe anbetrifft, sind die Umrichter mit einer Höhe von 17 cm sowie einer Breite von 4,5 bis 7 cm sehr kompakt, so dass sie bequem in Unterbauschaltschränke der Maschinen passen. Zusätzlich reduziert sich der Platzbedarf im Schaltschrank durch die Möglichkeit zur Side-by-side-Montage ohne Zwischenraum. Die Umrichter bieten eine Reihe von integrierten Safety-Funktionen. Bei den ersten Modellen sind bereits Safe Torque Off (STO) und Safe Stop 1 (SS1) an Bord. Beide Safety-Integrated-Funktionen können über Profisafe angesteuert werden, STO auch über eine Klemme. In Vorbereitung sind: Safe Brake Control (SBC), Safe Stop 2 (SS2), Safe Operating Stop (SOS), Safely Limited Speed (SLS), Safe Speed Monitor (SSM), Safe Direction (SDI) und Safe Brake Test (SBT).
Komplett neues Motorenspektrum
Die neu vorgestellten Servomotoren wurden mit Blick auf zwei Leistungsfälle entwickelt: das hochdynamische Bewegen geringer Lasten und die dynamische, vor allem aber hochpräzise Bewegung mittlerer und größerer Lasten. „Entsprechend gibt es den Motor Simotics S-1FK2 in zwei Varianten: High Dynamic mit geringer Trägheit und Compact mit mittlerer Trägheit“, erläutert Christian Reimann, Produktmanager für Motoren bei Siemens. „Im Zusammenspiel mit der schnellen Abtastung und ausgefeilten Regelalgorithmen des S210, einem hochwertigen Feedbacksystem und der Kombination aus niedriger Rotorträgheit und hoher Überlastfähigkeit erreichen wir, insbesondere bei den kleinen High-Dynamic-Motoren, eine beeindruckende Dynamik und Präzision“. Im Vergleich zu anderen Servomotorreihen des Herstellers ist die Vielfalt der angebotenen Optionen deutlich reduziert. Dies dient der Übersichtlichkeit und erleichtert die Auswahl der erforderlichen Komponenten. Mit optionaler Haltebremse, glatter Welle oder Passfederausführung, Inkremental- oder Absolutwertgeber in 20 Bit sowie einer Schutzartoption für IP65 fokussiert sich diese Motorreihe auf Anwendungen in der Produktionstechnik. Anwendungsschwerpunkte sind insbesondere Maschinen für Verpackung, Handling (z. B. Pick & Place), Holz- und Keramikverarbeitung und Digitaldruck – kurz, alle Anwendungen, bei denen hohe Dynamik und zugleich große Präzision gefordert sind. Auf der Hannover Messe 2017 wurden die für ein perfektes Zusammenspiel gemeinsam neu entwickelten Motoren der Achshöhen 20, 30 und 40 mm und Umrichter der Leistungsklasse bis 750 W erstmals dem Fachpublikum vorgestellt.
Innovative Kabeltechnik
Der Anschluss des Motors an den Umrichter erfolgt per Einkabeltechnik (OCC), in der Leistungsadern, Gebersignal und Bremse in nur einer Leitung und einem Stecker zusammengefasst sind. Daniel Reindl, Produktmanager für Verbindungstechnik bei Siemens: „Wir haben zudem den Durchmesser der Leitung auf 9 mm gesenkt. So ist das neue OCC-Kabel dünner, leichter und flexibler als bisherige Leistungskabel. Das spart Zeit und Platz bei der Montage und erleichtert die Reinigung – wichtig etwa bei Installationen im Food- und Pharma-Bereich. Für Schleppkettenanwendungen gibt es ebenfalls eine kompakte Leitung, die den Biegeradius auf fast den halben Raum im Vergleich zu regulären Schleppkettenleitungen reduzieren kann.“ Auch die Schnittstellen am Umrichter und Motor wurden auf maximale Ergonomie ausgelegt. Durch die Einkabeltechnik ersetzt ein kompakter Stecker die oft teils störrischen Anschlussvarianten. „Für die kleineren Motoren mit Achshöhe 20 und 30 haben wir eine weltweit einzigartige kompakte Lösung verwirklicht: Hier ist eine Winkeldose mit M12-Steckverbinder mit Speed-Connect-Schnellverschluss angebracht“, erklärt Reindl. „Der Anschluss ist nur 25 mm hoch, leicht zu bedienen, drehbar und trotzdem äußerst robust. Am Umrichter erfolgt die Verkabelung ebenso einfach über benutzerfreundliche, selbstverriegelnde Stecker und gut zugängliche, abnehmbare Push-In-Klemmen auf der Frontseite.“
Was kommt als nächstes?
Nachdem Siemens mit dem Umrichter Sinamics S210 die Tür zu einer neuen Generation von Antriebssystemen aufgestoßen hat, richtet sich der Blick fast automatisch nach vorn – auf weitere geplante Systeme. Tatsächlich ist die Erweiterung des S210-Portfolios bereits in Vorbereitung. Geplant sind für 2018 neun weitere Versionen im Spannungsbereich von 3AC 200 V – 480 V und einer Leistung von bis zu 7 kW sowie die dazu passenden Motoren bis 50 Nm. Außerdem steht die Integration in das TIA Portal und die Möglichkeit der Inbetriebnahme mit Startdrive ganz oben auf unserer Agenda. jg
Details zum Servoantriebssystem Sinamics S210 von Siemens:
„Das neue OCC-Kabel ist dünner, leichter und flexibler als bisherige Leistungskabel. “
