antriebstechnik 1/2025

STEUERN UND

STEUERN UND AUTOMATISIERENECHTZEIT-ETHERNETDEZENTRALE ANTRIEBEINTELLIGENTER VERNETZENSchnelles EtherCAT bietet viele Vorteilein der dezentralen Antriebstechnik. Mit derSchnittstelle allein ist es allerdings nicht getan.Integrierte Betriebsmodi können die Anpassungan die individuelle Aufgabenstellungerleichtern. Praxisgerechte Featuresvereinfachen Inbetriebnahme undService. Zusammen mit einer hohenLeistungsdichte der Antriebe und eineroptimierten Ansteuerung ermöglicht dieseinen besonders effizienten Anlagen- oderMaschinenbetrieb im Netzwerkverbund.BLDC-InnenläuferantriebderECI-63 Baureihemit EtherCAT-Schnittstelle undvielen integriertenFunktionenAls Echtzeit-Ethernet-Protokoll wurde EtherCAT speziellfür den industriellen Einsatz entwickelt. Es ermöglichteine sehr schnelle Übertragung großer Datenmengenzwischen den verschiedenen Komponenten eines Automatisierungssystems.Es ist flexibel skalierbar und dank Ringstrukturin der Kommunikation sowie dezentralem Aufbau sehrrobust und unempfindlich gegenüber Störungen. Damit sich dieseVorteile für die Antriebstechnik nutzen lassen, sind jetzt auchdie ECI-63 Innenläufermotoren aus dem modularen Antriebsbaukastenvon EBM-Papst mit EtherCAT-Schnittstelle verfügbar.Zusätzlich zur Leistungselektronik wurde im Elektronikmodulein bewährter Controller für die EtherCAT-Kommunikation untergebracht.Die Möglichkeiten der in der Ansteuerelektronik(K5) bereits integrierten Funktionen lassen sich jetzt auch komfortabelim Netzwerkverbund nutzen. Die Antriebe arbeitendann unabhängig von der Steuerung komplette Programmabläufeselbstständig ab. Die TÜV-zertifizierte STO-Funktion (SafeTorque Off) mit PL d oder SIL 2 ist ebenfalls in die Antriebselektronikintegriert. In Verbindung mit einer Sicherheitssteuerungsorgt die Sicherheitsfunktion für eine Drehmomentabschaltungin Gefahrensituationen, wie zum Beispiel bei mobilen Roboternoder fahrerlosen Transportsystemen.SCHNELL EINSATZBEREITDer Plug-and-Play-Gedanke stand bei der Entwicklung der Antriebeim Vordergrund. Damit kann der Anwender direkt startenRalf Pfeiffer, Teamleiter Application & Services;Patrick Schumacher, Leiter ProduktmanagementIndustrielle Antriebstechnik, beide EBM-Papst St. Georgenund hat auch bei individuellen Aufgaben möglichst wenig Aufwandmit der Konfiguration und Inbetriebnahme. So gibt es zuden Antrieben das EtherCAT-SubDevice-Information-File (kurz:ESI-File), was ähnlich zum Electronic Data Sheet in CAN(kurz: EDS) die Kommunikation zwischen Master und Slave definiert.Damit lässt sich in jeder Entwicklungsumgebung mit wenigenMausklicks die Verbindung zum Antrieb herstellen und eineApplikation umsetzen. Möchte ein Anwender den Antrieb direktaus der SPS steuern, liefern vorgefertigte Strukturen zusätzlicheUnterstützung. Ebenso hilfreich sind Beispielprogramme, umden Antrieb über die gängigen Motion-Bibliotheken auf Basis desCiA402-Antriebsprofils (CAN over EtherCAT) einzubinden.Hinzu kommen drei unterschiedliche Betriebsmodi: ein Geschwindigkeits-und Positionierprofil, bei denen der Antriebsich seinen Weg selbst berechnet, inklusive Homing-Funktionfür Referenzfahrten. Dabei lassen sich Beschleunigungs- undBremsrampen individuell einstellen. Zudem bietet die Option„jerk-limited“ die Möglichkeit, Beschleunigungsvorgänge möglichstsanft, also „ruck-begrenzt“, zu gestalten. Vor allem für Anwendungenin der mobilen Fördertechnik kann letzteres wichtigsein. Ebenfalls ist der sogenannte „Cyclic Synchronous PositionMode“ zur präzisen Synchronisation mehrerer Achsen bereitsintegriert.WENIGER PROGRAMMIERAUFWANDDer „Cyclic Synchronous Position Mode” erschließt dem Anwenderin der Praxis komfortable Möglichkeiten. So lässt sich im verbreitetenTwinCAT-System-Manager der Antrieb auf Knopfdruckals NC-Achse einbinden. Es müssen dann nur noch wenige Einstellungenangepasst werden, wie etwa die maximale Encoderauflösungoder die Referenzgeschwindigkeit. Auch dabei gibt esHilfestellung zum Beispiel mit Referenzprojekten, aus denen Da-14 antriebstechnik 2025/01 www.antriebstechnik.de

STEUERN UND AUTOMATISIEREN01 Ruckbegrenzt: Die Option „jerk-limited“ bietet die Möglichkeit,Beschleunigungsvorgänge in den Profile-Modi möglichst sanft zu gestalten02 Drehzahl-Drehmoment-Diagramm:Vergleich der Motoreigenschaften mit und ohne MTPAten einfach übernommen werden können und die schon eine fachgerecht eingestellteGeschwindigkeitsvorsteuerung für den Regler enthalten.Dies alles reduziert den Programmieraufwand für den Anwender deutlich, wie sichbereits im praktischen Einsatz bewiesen hat: In einer Maschinenbau-Anwendungmussten je nach vom Kunden gewünschter Automatisierungslösung verschiedeneGewichte angehoben werden. Dafür genügt manchmal ein Antrieb, oft sind aber auchvier oder sogar sechs notwendig. In der Vergangenheit hat der Maschinenbauer dieAchsen über die SPS und CAN-Bus synchronisiert. Das hat zwar gut funktioniert, warjedoch immer mit Programmier- und initialem Konfigurationsaufwand verbunden.In TwinCAT kann er jetzt die Antriebe wesentlich schneller miteinander koppeln undsynchron halten, das spart eine Menge Zeit bei der Maschineneinrichtung.SPEZIELLER ROTORAUFBAUDie neuen ECI-63 Antriebe mit EtherCAT-Schnittstelle haben aber noch mehr zu bieten.So erhöht die integrierte, feldorientierte Kommutierung mit MTPA (MaximumTorque per Ampere) die Leistungsdichte und sorgt für höhere Drehmomente und Geschwindigkeiten.Der Motor wird in jedem Arbeitspunkt optimal ausgelastet, er kannschneller beschleunigen oder an einem gegebenen Arbeitspunkt länger betrieben werden.Dadurch wird der Motor thermisch entlastet und verbraucht weniger Strom imArbeitspunkt. Die Basis für dieses MTPA-Verfahren liefert der spezielle Aufbau des Rotorsmit „vergrabenen“ und kleberlos fixierten Magneten, die die Magnetfeldwirkungwesentlich besser unterstützen als die sonst üblichen Oberflächenmagnete. Gleichzeitigsorgt die Rotorkonstruktion für ein geringes Rastmoment.ABSCHNITTE VORKONFIGURIERENBei der Auslegung der ECI-63 Antriebe haben die Entwickler ein weiteres Detail berücksichtigt,das Servicezeiten deutlich verkürzen kann, nämlich zwei zusätzliche ID-Schalter. Normalerweise basiert die EtherCAT-Adressierung auf der Reihenfolge derKnoten. Dank der ID-Schalter lassen sich in TwinCAT aber sogenannte Hot-Connect-Gruppen mit einer festen Adresse erstellen. Vorkonfigurierte Abschnitte können sozum Beispiel vor dem Start oder während des Betriebs der Anlage aus dem Datenverkehrentfernt und hinzugefügt werden. Nach Wartungsmaßnahmen bei einer solchenGruppe steht die Konfiguration dann sofort wieder zur Verfügung, ohne dass ein Spezialisteingreifen muss.Die Antriebe sind Teil des modularen Antriebsbaukasten von EBM-Papst und lassensich innerhalb kurzer Zeit konfigurieren, also mit Getrieben, Gebern und Bremsenkombinieren. Durch die Standardisierung lassen sich kurze Lieferzeiten realisieren. Zudemerfüllen alle Antriebe die Anforderung der Schutzart IP54 oder optional IP65.Bilder: EBM-Papstwww.ebmpapst.comDIE IDEE„Die neuen ECI-63 Innenläufermotorenvon EBM-Papst mitEtherCAT-Schnittstelle bietenschnelle, zuverlässige Kommunikationfür die Antriebstechnik.Integrierte Betriebsmodi ermöglichendabei eine einfache Inbetriebnahmeund reduzieren den Programmieraufwand.Auf Knopfdruckist auch eine Einbindung alsNC-Achse möglich. Die feldorientierteRegelung mit MTPA-Technologie sorgt für eine höhereLeistungsdichte. Der Motor wirdin jedem Arbeitspunkt optimalausgelastet, er kann schnellerbeschleunigen oder an einemgegebenen Arbeitspunkt längerbetrieben werden. Die leistungsstarkenAntriebe eigenen sich besondersfür Anwendungen in der mobilenRobotik und der Fördertechnik.“Ralf Pfeiffer, TeamleiterApplication & Services, EBM-Papstwww.antriebstechnik.de antriebstechnik 2025/01 15