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antriebstechnik 7/2016

antriebstechnik 7/2016

WERKZEUGMASCHINEN I

WERKZEUGMASCHINEN I SPECIAL Der Antrieb als Alleskönner Modulare Antriebssysteme übernehmen zunehmend Steuerungs- und Überwachungsaufgaben in Werkzeugmaschinen Andreas Pottharst Nicht nur die Regelgüte und Dynamik elektrischer Antriebs systeme werden stetig verbessert, auch ihr Funktionsumfang wird kontinuierlich erweitert. Bisher in der überlagerten Steuerungs- und Sicherheitstechnik beheimatete Funktionen wandern in Form sogenannter Technologie funktionen in den Servoregler. Latenzzeiten können durch das direkte Einwirken am Antrieb vermieden werden. D ie Herforder Ferrocontrol Steuerungssysteme GmbH & Co. KG entwickelt und fertigt für Kunden aus dem Maschinenbau Komplettlösungen für die Automatisierung. Diese Automatisierungspakete werden u. a. in Bearbeitungszentren, Schneidmaschinen und Werkzeugmaschinen eingesetzt. An einem Stabbearbeitungszentrum für Aluminiumprofile kommt z. B. das gesamte Produktportfolio zum Einsatz, von der Bedienoberfläche (E°Tools HMI) über die CNC-Steuerung (E°EXC 88) und PC-Technik bis hin zu den Servoantrieben (E°Darc C) und Motoren. Die Antriebsserie E°Darc C bietet leistungsstarke Wechselrichter für Werkzeugspindeln von 16 bis 75 A Maximalstrom. Diese Servoregler sind speziell für synchrone und asynchrone Hochfrequenz- Spindeln ausgelegt und verfügen über zusätzliche Funktionen, die Ferrocontrol für und mit den Kunden kontinuierlich weiterentwickelt. So entstehen spezifische Technologiefunktionen mit hohem Nutzen für den Maschinenbediener und -betreiber. Der modulare Hardware-Aufbau dieser Regler erlaubt das Einbringen kundenspezifischer Hardware-Module in den Regler selbst. Hier stehen unterschiedlichste Feldbus- und Gebermodule sowie verschiedene Sicherheitsmodule bis hin zu kundenspezifischen Einsteckkarten zur Verfügung. Dr.-Ing. Andreas Pottharst ist Geschäfts führer und Leiter der Entwicklung bei der Ferrocontrol Steuerungssysteme GmbH & Co. KG in Herford Modulare Antriebsregelung mit FPGA Der Regelalgorithmus inkl. der Signalverarbeitung wurde als VHDL- Code auf einem FPGA im Regler implementiert. Mit dieser quasianalogen Regelung ergibt sich eine höchstmögliche Dynamik auch für die Positions- und Drehzahlregelung, wobei alle Regelschleifen im Takt des Stromreglers (16 kHz) arbeiten. Als einer der Pioniere in diesem Bereich verfügt Ferrocontrol über großes Know-how in der Entwicklung digitaler Regelalgorithmen, die auf FPGAs durch die massive parallele Signalverarbeitung extrem schnell ausgeführt werden. Durch den Einsatz von Oversampling-Verfahren für die Positionsund Strommesswerterfassung wird außerdem die Regelgüte verbessert, ohne zusätzliche Latenzzeiten durch Istwertfilter innerhalb der Regelschleifen zu generieren. Mittels dieser Verfahren wird die Messwerterfassung somit zeitlich und qualitativ optimiert, so dass möglichst rauscharme Signale für die Strom- und Positionsregelung zur Verfügung stehen. Im Folgenden wird anhand von vier Beispielen aufgezeigt, wie sich auf Basis dieser modularen Hard- und Software-Plattform zusätzliche Funktionen für Werkzeugspindeln realisieren lassen. 1. SiL2-Stillstandwächter Das eigentliche Gebermodul kann durch ein Steckmodul mit integriertem sicherem Stillstandwächter (SSW) ergänzt werden. Diese Hardware zur sicheren Erkennung des Stillstands des An- 62 antriebstechnik 7/2016

triebs ist nach Safety Integrity Level 2 (EN 62061) bzw. Performance Level d (DIN EN ISO 13849-1) zertifiziert. Der Stillstandwächter wertet die Gebersignale von Hochfrequenzspindeln aus. Motoren mit einer Drehzahl von bis zu 40 000 U/min können so über das in den Regler integrierbare Einschubmodul überwacht werden. Über sichere Ausgänge des Moduls wird dann der Stillstand des Motors angezeigt. Zum Einsatz kommt dieses SSW- Steckmodul beispielsweise, um die Sicherheit beim Werkzeugwechsel nach der neuen Maschinenrichtlinie zu gewährleisten, indem über dieses Modul z. B. eine Schutztürzuhaltung verriegelt wird. Gegenüber zusätzlichen externen Lösungen spart dies Kosten und Platz. 2. Parametersatzverwaltung für unterschiedliche Werkzeuge Großen praktischen Nutzen hat auch die Parametersatzverwaltung direkt im Antrieb. Es kann auf bis zu 16 werkzeugbezogene Parametersätze zurückgegriffen werden, die im Speichermodul (inkl. SD-Card) des Reglers hinterlegt sind. Dies ermöglicht eine schnelle und reibungslose Parametersatzumschaltung bei Werkzeugwechseln. Aufgrund der unterschiedlichen Massen und Formen von Werkzeugen wie Sägeblatt, Gewindeschneider, Bohrer oder Fräser ist es sinnvoll, einen werkzeugabhängigen Parametersatz zu hinterlegen und auszuwählen. Auf diese Weise erhält die Antriebsregelung für jedes Werkzeug stets die optimalen Reglerparameter für Dynamik und Energieverbrauch. Hierdurch sind Maschinen auch 01 Oversampling- Verfahren zur Strommesswerterfassung antriebstechnik 7/2016 63

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