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antriebstechnik 9/2015

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UMRICHTERTECHNIK Platz

UMRICHTERTECHNIK Platz schaffen Automatisierungssystem mit integriertem Frequenzumrichter bringt Vorteile miteinander verbinden, was aus energetischer Sicht sinnvoll ist, so sind zusätzliche Netzdrosseln erforderlich. Hier bietet ein Automatisierungssystem mit zentraler Versorgungseinheit und Doppelachsreglern deutliche Vorteile. Es wird nur eine Netzsicherung benötigt und die Netzdrosseln können komplett entfallen. Somit ergibt sich eine Platzeinsparung von ca. 60 %. Dennoch existiert ein deutliches Optimierungspotential: Systemone CM von LTI Motion besitzt einen Motion Controller mit integrierter Safety-Steuerung, eine Versorgungseinheit mit integriertem 500-W-Schaltnetzteil und bietet Doppel- und Dreiachsregler an. Das reduziert den Platzbedarf um ca. 40 % gegenüber herkömmlichen Mehrachssystemen, verringert den Materialeinsatz und somit auch die Kosten. Joachim Albach Früher waren Mehrachs-Servo antriebssysteme fast ausschließlich in Werkzeugmaschinen anzutreffen. In den vergangenen Jahren haben sie sich aber durch ihre Kompaktheit, schnelle Montage und Installation sowie das gute Preis-Leistungs-Verhältnis immer stärker im Serienmaschinenbau durchgesetzt. Der in seiner Art verwandte Frequenzumrichter hat sich in dieser Zeit hingegen kaum verändert. Ein Problem? Oftmals werden im Maschinenbau in einem Maschinentyp sowohl Servoantriebe für dynamische und präzise Bewegungen, als auch Frequenzumrichter für den Antrieb von Hilfsachsen eingesetzt. Diese klassische Lösung ist sehr verbreitet, beinhaltet aber einige Nachteile, da sie in der ganzen Handhabung, angefangen bei Montage und Installation, Vernetzung, Parametrierung und Inbetriebnahme bis hin zum Service nicht durchgängig ist und erhöhte Engineering-Aufwendungen er fordert. Das Automatisierungssystem Joachim Albach ist Leiter Produktmanagement bei der LTI Motion GmbH in Lahnau Systemone CM umgeht diese Probleme, indem es Frequenzumrichter vollständig in das System integriert. Der Mehrachs-Ansatz Im Mittel werden im Maschinenbau sechs Servo-Antriebsachsen pro Maschine benötigt. Baut man das Automatisierungssystem für diese Maschine konventionell mit einzelnen Achsreglern, separater Steuerung, Sicherheitssteuerung und Spannungsversorgung auf, wird sehr viel Platz benötigt. So passen die Formfaktoren der Komponenten nicht zusammen, die Fläche der Schaltschrankrückwand wird nicht optimal ausgenutzt und gleichzeitig entsteht ein unaufgeräumter Eindruck. Jeder Achsregler benötigt eine einzelne Netzabsicherung und möchte man deren Zwischenkreise Integration von Frequenzumrichtern Zu den sechs Servoachsen besitzt eine Maschine im Mittel drei Frequenzumrichter, die häufig zur Ansteuerung von Hilfsantrieben verwendet werden. Hierbei sind die Frequenzumrichter als Einzelachsen ausgeführt, müssen einzeln abgesichert werden und benötigen Netzdrosseln, damit die Zwischenkreise der Frequenzumrichter miteinander verbunden werden dürfen. Sie besitzen allerdings keine Verbindung zum Zwischenkreis des Servoantriebssystems. Bei der Automatisierungslösung mit Systemone CM wird lediglich ein Dreiachsumrichter eingesetzt, der an das Servoantriebssystem angekoppelt wird. Die Platzersparnis ist mit 80 % deutlich. Darüber hinaus reduziert sich die Anzahl der Komponenten im gleichen Maß und damit direkt einhergehend die Aufwendungen für Montage und Installation um ebenfalls ca. 80 %. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Zwischenkreis aller Servoregler und Frequenzumrichter miteinander verbunden ist. Dadurch wird die generatorische Energie im System reduziert und damit auch der Energiebedarf aus dem Versorgungsnetz und die Erwärmung im Schaltschrank. Die Servoregler und Frequenzumrichter hängen alle am gleichen Feldbus, nämlich EtherCAT. Bedienung und Parametrierung sind weitestgehend gleich und erfolgen mit dem gleichen Bedientool. Dies erhöht die Klarheit und Übersichtlichkeit und reduziert so die Engineering-Aufwendungen. 30 antriebstechnik 9/2015

Die Servoregler verfügen in ihrer Firmware auch über die Umrichterfunktionalität und in den Doppel- und Dreiachsreglern kann die Regelungsart für jede Achse separat gewählt werden. Somit wäre mit der oben dargestellten Anordnung mit sechs Servoreglern und drei Umrichtern z. B. auch der Betrieb von fünf Servomotoren und vier Normmotoren bzw. vier Servomotoren und fünf Normmotoren möglich. Das schafft Flexibilität und reduziert Kosten. Die Umrichterfunktionen Der Frequenzumrichter im Systemone CM unterstützt die in den typischen Anwendungsfällen benötigten Funktionen. Der U/f- Betrieb kann mit bis zu sechs Stützstellen optimal an den Motor und die Lastkennlinie angepasst werden. Zur Erhöhung des Anlaufmomentes ist es möglich, den Start stromgeregelt durchzuführen. Eine Lastregelung passt die Motorspannung an sich ändernde Lasten an und reduziert so den notwendigen Energiebedarf und die daraus resultierende Erwärmung. Beim Einsatz in schwingungsfähigen Systemen kann eine Schwingungsdämpfung eingeschaltet werden, die aktiv der Schwingung entgegenwirkt und für einen ruhigeren Lauf der Maschine sorgt. Ein Aufschalten des Umrichters auf einen bereits drehenden Motor ist mit einer Synchroni sa tionsfunktion ebenfalls möglich. Das Bremsen mit Gleichstromeinprägung und das Halten des Motors im Stillstand mit Gleichstrom runden die Funktionalität ab. Die Servofunktionen Eine der wesentlichen Kennzahlen einer Maschine ist ihre Produktivität. Je größer der Ausstoß pro Zeiteinheit, desto höher ist ihre Wirtschaftlichkeit. Dabei werden oft auch immer höhere Anforderungen an ihre Präzision gestellt. Systemone CM besitzt eine ganze Reihe an Funktionen und Eigenschaften im Servoregler und der Steuerung, die zum Ziel haben, die Dynamik und Präzision von Maschinen zu steigern. So gibt es Funktionen zur Kompensation von Ge berund Mechanik-Fehlern, Filter und Beobachter zur Regelung schwingungsfähiger Mechanik und eine hochgenaue Vorsteuerstruktur mit Piko-Interpolation. Hierbei steht jedem Achsmodul pro Achsregler ein leistungsfähiges ASIC mit 32 Bit Micro - con troller und Floating-Point-Unit zur Verfügung. Ein Dreiachsregler besitzt somit drei Asics und hat dadurch im Vergleich zu einem Einachsregler keinerlei Einschränkung an Rechenleistung. Dies führt, zu sammen mit den eingebauten Rauschunterdrückungs funktionen, zu einer hervorragenden Regelungsperformance. Sichere Bewegung Systemone CM beinhaltet eine vollwertige Sicherheitssteuerung, die mit bis zu 32 sicheren on Board E/As ausgestattet werden kann und sehr wirtschaftliche Sicherheitslösungen erlaubt. Das Safety-Programm in der Sicherheitssteuerung managt völlig unkompliziert nicht nur die sicheren E/As, sondern auch eventuell notwendige sichere Bewegungen in den Antriebsreglern. Die Kommunikation im System erfolgt dabei über EtherCAT FSoE. Gängige achsbezogene Sicherheitsfunktionen von STO mit SBC bis hin zu SLS und SLP werden in den Antriebsreglern direkt und mit sehr kurzen Reaktionszeiten realisiert. Der im Systemone CM integrierte Motion Controller besitzt eine skalierbare Prozessorleistung und ist sowohl für einfache Steuerungsanwendungen als auch für dynamische und komplexe Applikationen geeignet. Die Erstellung der Applikation wird durch Funktionspakete für Synchronanwendungen, Handhabungstechnik und CNC effektiv unterstützt. www.lt-i.com Die Vorteile eines Mehrachs-Antriebssystems 34. Motek Internationale Fachmesse für Produktionsund Montageautomatisierung Montagetechnik Handhabungstechnik Robotersysteme Zuführ- und Fügelösungen Antreiben – Steuern – Prüfen 05. – 08. OK T. 2015 STUTTGART www.motek-messe.de

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