Antriebs- und steuerungstechnische Komponenten für höhere Produktivität

Ob Richten, Schneiden, Flechten, Biegen oder Wickeln – die automatisierte Verarbeitung von Drähten ist komplex und stellt ganz eigene Anforderungen an die eingesetzten Maschinen. Das serbische Unternehmen Mashtronics hat sich genau darauf spezialisiert: Von Mladenovac aus, 40 Kilometer südlich von Belgrad, liefert der Maschinenbauer entsprechende Anlagen nach ganz Osteuropa und in nordafrikanische Märkte. Das Erfolgsrezept des Unternehmens besteht darin, anspruchsvolle Technik nach europäischen Standards zu vergleichsweise günstigen Preisen anbieten zu können. Ein wesentlicher Baustein dieser Strategie ist der Einsatz leistungsfähiger Antriebs- und Steuerungstechnik.

Seit dem Jahr 2014 arbeitet Mashtronics in diesem Bereich mit einem erfahrenen Kompetenzpartner von Yaskawa zusammen: dem Automatisierungsspezialisten Tipteh mit Hauptsitz in Ljubljana und verschiedenen Niederlassungen, darunter auch in Serbien.

Drahtverarbeitungsmaschinen werden immer wieder optimiert, um ihre Produktivität weiter zu erhöhen. Dies bedeutet: Bei identischer oder sogar größerer Exaktheit muss die Maschine höhere Taktzahlen gewährleisten. Das Produkt Draht bringt dabei zwei charakteristische Anforderungen mit sich: Das zu bewegende Material ist sehr schwer. Und es muss in der Produktion ab- und aufgewickelt werden. In einer neuen Schneidemaschine für Stahldraht begegnen die Mashtronics-Konstrukteure diesen Anforderungen mit antriebs- und steuerungstechnischen Komponenten von Yaskawa, die perspektivisch dann auch in anderen Anwendungen, wie zum Beispiel in Drahtbiegemaschinen, zum Einsatz kommen sollen. Im Rahmen der Zusammenarbeit mit dem serbischen Partner Tipteh wurden zudem auch Parameter wie Drehmoment und Übersetzung neu berechnet. Im Vergleich zum Vorgängermodell ließ sich die Produktivität damit deutlich steigern.

Die präzise und schnelle Bewegung des Drahtes gewährleisten Servoantriebe aus der Yaskawa-Reihe Sigma-5, die zum Beispiel über Profinet oder CANopen in die Gesamtlösung eingebunden sind. Diese Servoantriebe besteht aus Servomotoren, Servoverstärkern und einer leistungsfähigen Inbetriebnahmesoftware Sigma Win+. Die Serie umfasst rotatorische Motoren, Direktantriebe und Linearmotoren. Die Standardmodelle gewährleisten bei kurzen Positionierungszeiten eine hohe Positioniergenauigkeit besser als ein Mikrometer. Für die Einbindung in umfassende Automationslösungen bestehen neben Profinet auch modulare Schnittstellen zu EtherCAT, CANopen, Powerlink sowie Mechatrolink II und III. Dank einer sogenannten Autotuning-Funktion, einer automatischen Filterfunktion zur Vibrationsunterdrückung, laufen sie dabei auch bei niedrigen Drehzahlen ruhig und vibrationsarm. Damit ist ein optimaler Betrieb auch in hochpräzisen Anwendungen garantiert. Gleichzeitig reduziert sich der Maschinenverschleiß, was sich positiv auf die Folgekosten auswirkt. Die Inbetriebnahme und Diagnose von Sigma-5-Komponenten erfolgen einfach und schnell über die benutzerfreundliche Software SigmaWin+. Manuelle Einstellungen oder spezielle Fachkenntnisse sind nicht notwendig. Der Autotuning-Algorithmus erlaubt zum Beispiel das Einrichten von zwei Achsen in Höchstleistungsmaschinen in weniger als zwei Stunden – statt der sonst üblichen acht.

Unabhängig davon, ob ein Draht ab- oder aufgewickelt wird, muss die Regelungs- und Antriebstechnik komplexe Aufgaben erfüllen. So ändert sich beispielsweise permanent der Rollen-Durchmesser, worauf Geschwindigkeit und Drehmoment des Motors abzustimmen sind, um eine konstante Spannung der Materialbahn zu gewährleisten. In der von Mashtronics konstruierten Maschine übernimmt diese Aufgabe ein Frequenzumrichter V1000. Mit seiner hochdynamischen Stromvektor-Regelung (Open Loop Vector) treibt er sowohl Asynchron- als auch Permanent-Magnet-Synchronmotoren im Leistungsbereich 100 W bis 15 kW optimal an. Eingeführt als kleinster Kompaktfrequenzumrichter der Welt, zeichnet er sich durch einen ausgesprochen geringen Platzbedarf aus. Er erlaubt eine sogenannte Side-by-Side-Montage, also die Installation mehrerer Geräte direkt nebeneinander. Ein patentierter Hybridkühlkörper aus einer Speziallegierung gleicht dabei den reduzierten Belüftungseffekt aus. Über eine integrierte Dual-Rating-Funktion kann der Frequenzumrichter bei Anwendungen, die geringe Überlast erfordern, mit 120 Prozent Überlast im Normal-Duty-Betrieb arbeiten. Somit ist ein vergleichsweise kleinerer Frequenzumrichter in der Lage, die Arbeit zu leisten, für die ansonsten ein größerer eingesetzt werden müsste. Der Bremswiderstand reduziert die Tieflaufzeit zudem um 50 Prozent. Nicht zuletzt ermöglicht der V1000 die schnelle Reaktion auf Last- und Drehzahländerungen, wodurch die Maschinenleistung optimiert wird.

Die Abläufe in der Maschine werden von einem Kontroll-System MP2600iec gesteuert. Dabei handelt es sich um eine Steuerung für 1,5-Achsanwendungen, die sich als Modul direkt auf die Sigma-5-Servoverstärker aufstecken lässt. Die Entwicklungsoberfläche IEC ermöglicht auf Basis von PLCopen Motion eine einfache, schnelle und übersichtliche Programmierung nach IEC-61131-3-Standard. Die Maschinensteuerung eignet sich besonders für eigenständige Teilmaschinen in modularen, mechatronischen Maschinenarchitekturen. Durch die Integration von Motion-Control-Funktionen, SPS und Antriebsregelung in einer Baugruppe können komplette Teilmaschinen automatisiert werden. Die 1,5-Achssteuerung MP2600iec ist Bestandteil der Controller-Familie MP2000iec, die vorzugsweise bei Mehrachsanwendungen eingesetzt wird.

MP2600iec wird vorteihaft in 1,5-Achsanwendungen wie Wickler, Querschneider, Fliegende Säge oder Druckmarken-/ Registersteuerung, Labelling sowie Kurvenscheiben verwendet. Die mit dem Motion-Modul MP2600iec automatisierte Teilmaschine erhält dabei den Leitwert von einem Master-Encoder und synchronisiert seine Slave-Achse auf diesen Leitwert. Durch den modularen Aufbau können die Teilmaschinen einzeln getestet und in Betrieb genommen werden. Das Motion-Modul eignet sich für die Kommunikation mit Ethernet I/P, Modbus TCP, OPC-Server und Web Browser. Es verfügt neben dem Master-Encoder-Eingang über jeweils acht digitale Ein- und Ausgänge sowie je einen Analog-Ein- und Ausgang. Alle integrierten Ein- und Ausgänge sind frei programmierbar. aru