SPECIAL: ANTRIEBSTECHNIK AUF DER SPS SERVOANTRIEBE MIT INTEGRIERTEN STEUERUNGSFUNKTIONEN PRODUKTIV – SO SMART WIE DER ANTRIEB Servoumrichter waren und sind zentrale Komponenten in Antriebssystemen zur Regelung von Drehzahl-, Positions- und Drehmoment. Dazu kamen die Kommunikation über Feldbusse und die Fehlerkorrektur. Servoumrichter nutzten Rückmeldungen von Sensoren (zum Beispiel von Drehgebern), um aktuelle Zustände wie Position, Geschwindigkeit und Drehmoment zu überwachen und zu korrigieren. In modernen, hochdynamischen und komplexen Produktionsumgebungen reicht diese Funktionalität jedoch in vielen Fällen nicht mehr aus. Funktionen aus der zentralen Steuerung werden zunehmend in die Servoantriebe verlagert. Mit mehr Drive Intelligence lassen sich IIoT-Anwendungen und neue Geschäftsmodelle einfacher realisieren und viele weitere Vorteile nutzen – von Condition Monitoring bis KI-Optimierung. Was smarte Servoantriebe schon heute leisten können, erläutert ein führender Spezialist für Antriebs- und Automatisierungssysteme. Die Anforderungen an die Performance von Produktionsmaschinen stellt Maschinenbauer und Betreiber vor immer neue Herausforderungen. Eine entscheidende Rolle spielt hierbei die intelligente Antriebstechnik, die durch dezentrale Steuerungsfunktionen und schnelle Reaktionszeiten zu einer Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit und Produktqualität beitragen kann. Traditionell übernehmen Servoumrichter die Regelung von Drehzahl, Position und Drehmoment. Doch mit der Weiterentwicklung hin zu smarten Umrichtern kommt ein neues Set an Funktionen ins Spiel, die nicht nur die Maschinenleistung verbessern, sondern die Prozessgeschwindigkeit erhöhen, die Lebensdauer verlängern und die Energieeffizienz steigern können. MEHR ALS NUR REGELUNG Smarte Umrichter erweitern hier die Fähigkeiten von klassischen Servoantrieben erheblich und tragen so maßgeblich zu einer höheren Produktivität bei. Eine Reihe von wichtigen Zusatzfunktionen werden im Folgenden erläutert. Smarte Antriebe können autonom auf Störungen oder Zustandsänderungen reagieren und so den Betrieb in kürzester Zeit stabilisieren. Die Analyse und Überwachung von Prozesseigenschaften in Echtzeit ermöglichen eine Anpassung an veränderte Produktionsbedingungen, ohne dass ein menschliches Eingreifen erforderlich ist. Durch ein kontinuierliches Condition Monitoring von Maschinen können Wartungszyklen optimiert und ungeplante Stillstände vermieden werden. Auch für die Energieüberwachung sind intelligente Umrichter unverzichtbar. Sie können die Effizienz steigern und die Produktionskosten senken. Damit leisten sie auch einen wesentlichen Beitrag für mehr Nachhaltigkeit. Doch damit nicht genug: Datenhub-Funktionen erlauben die Erfassung und Vorverarbeitung von Daten direkt im Umrichter. Dies verkürzt die Reaktionszeit und entlastet die Kommunikation auf übergeordneten Systemen. Die Verfügbarkeit von umfangreichen Daten direkt aus dem Umrichter macht auch externe Sensorik teilweise überflüssig. Sensorhub-Funktionen sparen so nicht nur Kosten, sondern reduzieren auch den Verkabelungsaufwand. Große Datenmengen und eine schnelle Datenerhebung im Umrichter ermöglichen auch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz. KI-Algorithmen können mit den Daten trainiert werden, um den Betrieb kontinuierlich und in Echtzeit optimieren zu können. Dank dieser erweiterten Funktionen können smarte Antriebe zahlreiche Aufgaben übernehmen, die traditionell in der übergeordneten Steuerung abliefen. Viele Motion-Control-Funktionen wandern aus der Steuerung in den Umrichter. In einigen Fällen kann die SPS als separate Hardwarekomponente ganz entfallen. VORVERARBEITUNG REDUZIERT DATENLAST Eine der größten Herausforderungen in der modernen Fertigung ist die Synchronisation und Steuerung von dynamischen Prozessen. In klassischen Systemen erfolgt die Kommunikation zwischen Antrieb und zentraler Steuerung über Feldbusse. Werden die zu übertragenden Datenmengen zu groß, kommt es in dieser Kommunikation jedoch zu Verzögerungen. Dies wirkt sich negativ auf die Prozessgeschwindigkeit aus. Gerade Branchen wie die Druck- oder Verpackungsindustrie stellen hohe Anforderungen an die Dynamik. Denn hier geht es nicht nur um Geschwindigkeit, sondern auch um Genauigkeit und Produktqualität. Susanne Reinhard, Corporate Communications, Baumüller Nürnberg GmbH 36 antriebstechnik 2024/11 www.antriebstechnik.de
SPECIAL: ANTRIEBSTECHNIK AUF DER SPS Indem Steuerungs- und Regelungsaufgaben direkt in intelligenten Antrieben abgewickelt werden, kann die Feldbuskommunikation auf Statusmeldungen und vorverarbeitete Daten reduziert werden. Dies minimiert Verzögerungen und erhöht die Verarbeitungsgeschwindigkeit erheblich. Auch in den Antrieb integrierte Sicherheitsfunktionen können die Zykluszeit der Maschine deutlich verbessern. Werden die Safety-Funktionalitäten ohne Feldbustotzeiten direkt im Regler realisiert, kann die Zykluszeit der gesamten Maschine erhöht werden, ohne dass das Risiko steigt. Ein weiterer Vorteil der intelligenten Antriebe ist ihre Fähigkeit zur adaptiven Regelung. Durch die schnelle Datenverarbeitung im Antrieb können Schwankungen im Material oder in den Prozessbedingungen erkannt und ausgeglichen werden. Dies sorgt für eine gleichbleibende Qualität des Endprodukts – unabhängig von äußeren Einflüssen. Das ermöglicht eine konstant hohe Produktqualität, selbst bei schwankenden Materialeigenschaften. SMART UND VIELSEITIG Seit den 90er-Jahren setzt Baumüller auf die Integration von Steuerungsfunktionen direkt in den Antrieb. Maschinenbauern und Betreibern bietet diese Drive Intelligence erhebliche Vorteile. Besonders hervorzuheben sind eine höhere Flexibilität, eine verbesserte Modularität der Maschinensoftware und eine vereinfachte PLC-Programmierung. Die antriebsintegrierten Funktionen reichen von einfachen Überwachungs-Funktionen bis hin zu kompletten Maschinenmodulen mit allen typischen Prozessschritten, wie etwa für Querschneider oder Servopumpen. Bei diesen Lösungen sind keinerlei Programmierkenntnisse notwendig, die Bewegungen müssen lediglich parametriert werden. Für die Umsetzung antriebsintegrierter Intelligenz bietet der Nürnberger Antriebsspezialist Baumüller zwei Plattformen an. Die b maXX-softdrivePLC läuft als Teil der Firmware in den b maXX-Servoumrichtern der 5000er, 6000er und 3000er-Serie und ist für Ein- und Doppelachsanwendungen geeignet. Die antriebsintegrierte Steuerung b maXX PLC di kann komplexe Motion Control, Technologie- und Steuerungsfunktionen direkt im Drive ausführen. Die Abkürzung „di“ steht für „drive integrated“. Die Implementierung intelligenter Antriebstechnik bietet Maschinenbauern und Produktionsbetrieben zahlreiche Vorteile. Durch die Integration von Regelungs- und Steuerungsfunktionen direkt im Antrieb können Produktionsprozesse schneller, effizienter und flexibler gestaltet werden. Darüber hinaus ermöglichen smarte Umrichter eine höhere Prozesssicherheit, verbessern die Energieeffizienz und bieten neue Möglichkeiten zur Überwachung und Analyse der Maschinenperformance. Ein entscheidender Vorteil dieser dezentralen Antriebstechnik liegt in der Reduktion der Feldbusbelastung. Durch kürzere Kommunikationswege und geringere Latenzzeiten werden Zyklus- zeiten verkürzt. Gerade in Zeiten der Digitalisierung und steigender Anforderungen an die Präzision und Flexibilität bietet die intelligente Antriebstechnik damit den entscheidenden Vorteil: Sie trägt maßgeblich dazu bei, die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen – ohne Kompromisse bei der Qualität oder Sicherheit. Bild: Baumüller www.baumueller.com DIE IDEE „Um die Produktivität von Maschinen weiter zu steigern, bietet Baumüller seinen Kunden zwei antriebintegrierte Plattformen: Die b maXX softdrivePLC mit einer Zykluszeit von ≥62,5 μs sowie die neue b maXX PLC di mit einer Zykluszeit von ≥125 μs. So können kritische Prozesse oder einzelne Motion-Control-Funktionalitäten von der Steuerung auf einfachem Weg in den Antrieb ausgelagert werden. Dies steigert die Maschinen-Performance und Produktivität deutlich. IIoT-Lösungen lassen sich mit Drive Intelligence deutlich einfacher realisieren. Für beide Plattformen stehen zahlreiche vorkonfigurierte und sofort einsetzbare Software-Bausteine zur Verfügung.“ Jürgen Dlugosch, Produktmanager Automatisierung und IoT, Baumüller Nürnberg GmbH, Nürnberg
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