B&R Automation - Servoverstärker

Mit dem kompakten Servoverstärker Acopos P3 lassen sich drei Achsen gleichzeitig ansteuern. - Bild: B&R Automation

Die Zukunft liegt in der schlanken Automatisierung“, erklärt Alois Holzleitner, Technical  Manager Motion bei B&R. Die Anzahl, der Platzverbrauch und die Anwendungskomplexität der Automatisierungskomponenten sollen sinken. „Vor diesem Hintergrund haben wir den Acopos P3 entwickelt.“ Der Acopos P3 kann pro Gerät bis zu drei Achsen ansteuern. Sein Gehäuse ist jedoch nicht größer als ein herkömmlicher Ein-Achs-Verstärker. Die Platzersparnis liegt bei 69 Prozent. Die Leistungsdichte des Drei-Achsers liegt bei mehr als vier Ampere pro Liter.

Für hochdynamische und präzise Prozesse, wie sie zum Beispiel in der Druck- und Verpackungsindustrie vorkommen, müssen Bewegungen sehr schnell und exakt gesteuert werden. Einer der geschwindigkeitslimitierenden Faktoren ist dabei die Abtastzeit der Servoverstärker. Die Zykluszeit für Strom-, Geschwindigkeits- und Positionsregelung des Acopos P3 liegt bei 50 Mikrosekunden. „Diese Abtastzeiten ermöglichen uns die Umsetzung neuer regelungstechnischer Verfahren, die sich unter dem Begriff virtuelle Sensorik zusammenfassen lassen“, erklärt Holzleitner. Die notwendige Bandbreite und Präzision am Netzwerk liefert Powerlink.

Durch den Energiespartrend im Maschinenbau sind Leichtbaukonstruktionen auf dem Vormarsch. Bewegte Massen sollen gering gehalten und so der erforderliche Energieeinsatz minimiert werden. Das führt jedoch zu geringerer Steifigkeit und höherer Elastizität. Die virtuelle Sensorik erlaubt die Regelung solcher elastischer Systeme ohne den Einsatz zusätzlicher Positionsmesssysteme am Eingriffspunkt des Prozesses. Immer häufiger werden virtuelle Positionsgeber im Motor eingesetzt. Das Antriebssystem kommt ohne Motorpositionsgeber, Kabel und Auswerteeinheit im Servoverstärker aus. Die Verfügbarkeit erhöht sich.  

Sicher und platzsparend

Alois Holzleitner, B&R Automation. - Bild: B&R Automation
Alois Holzleitner, B&R Automation. - Bild: B&R Automation

Aufgrund der Maschinenrichtlinie in der EU und ähnlicher gesetzlicher Bestimmungen in anderen Teilen der Welt, werden Safety-Funktionen bei Automatisierungskomponenten immer wichtiger. Der Acopos P3 bringt eine Vielzahl an Sicherheitsfunktionen nach SIL3/PLe, Kat. 4 mit. Völlig neu ist die Funktion Safely Limited Torque (SLT), mit dem das Überschreiten eines maximal zulässigen Drehmoments überwacht wird. „Die Kombination aus SLS und SLT bietet zusammen mit der ultraschnellen Reaktionszeit einen hochwirksamen Schutz vor Verletzungen“, erklärt Holzleitner.

Hinzu kommt die Sicherheitsfunktion Remanent Safe Position (RSP). Mit dieser sicheren Positionsinformation lassen sich sämtliche seriellen Kinematiken von Robotern bezüglich Geschwindigkeit, Orientierung und Arbeitsraum sicher überwachen. Alle vierzehn Safety-Funktionen sind vollständig netzwerkbasiert und durch Open Safety dynamisch im System einsetzbar.

Bei der klassischen Verkabelung eines Motors sind zwei Kabel notwendig: Das Motor- und das Geberkabel. Wenn eines dieser Kabel eingespart werden kann, sinken die Kosten für das Kabel-material sowie der Aufwand für Inbetriebnahme und Wartung. Bei der sogenannten Einkabellösung werden Motorstrom, Geber- und gegebenenfalls auch Sicherheitsinformationen digital mit einem einzigen Kabel zwischen Acopos P3 und Motor übertragen. Komponenten- und Inbetriebnahmekosten werden reduziert. Eine herkömmliche Verbindung mit Motor- und Geberkabel ist weiterhin problemlos möglich.

Für vier verschiedene Netzformen

Doppelachsmodule von B&R. - Bild: B&R Automation
Doppelachsmodule von B&R. - Bild: B&R Automation

Nicht nur unterschiedliche Spannungsniveaus, auch gänzlich verschiedene Netzformen erschweren es, Maschinen und Anlagen zu entwickeln, die in verschiedenen Ländern auf verschiedenen Kontinenten eingesetzt werden können. „Häufig bleibt Maschinen- und Anlagenbauern nichts anderes übrig, als Trenntransformatoren vorzusehen, um sie an die Gegebenheiten in einem anderen Einsatzland anzupassen“, sagt Holzleitner. 

Der Acopos P3 ist hingegen flexibel einsetzbar, da er die weltweit gängigsten Netzformen wie TN, TT, IT und TN-S mit geerdetem Außenleiter unterstützt. Gegebenenfalls muss ein anderer externer Netzfilter verwendet werden, um die jeweiligen gesetzlichen Bestimmungen zu erfüllen. Zusätzlich erfüllt der Acopos P3 die für den Maschinenbau relevanten Anforderungen nach der EN61000-6-4 (Generic Standard Emission Industrie) beziehungsweise nach EN61800-3 Erste Umgebung, Kategorie C2. Der Acopos P3 wird in Versionen mit ein, zwei oder drei Achsen angeboten und deckt ein Leistungsspektrum von 0,5 bis 24 Kilowatt ab. Bis zu 1000 Acopos P3 können in einem System angesteuert werden.

Zur SPS IPC Drives 2015: Bremsenergie effektiv nutzen

Noch effizienter wird der Servoverstärker mit neuen Doppelachsmodulen von B&R, die Bremsenergie zurück ins Netz speisen. Mithilfe dieser Funktion lässt sich der Wirkungsgrad einer Maschine deutlich verbessern. Bereits bei Rückspeiseleistungen von 500 Watt amortisiert sich die Funktion innerhalb eines Jahres.

Bei Werkzeugmaschinen zum Beispiel entstehen hohe Leistungen von bremsenden Hauptspindelantrieben, die sich rückspeisen lassen. Ebenso eignet sich die Funktion für Förderanlagen, die schwere Lasten häufig vertikal bewegen. Ohne Rückspeisefunktion wird die anfallende Bremsleistung in Wärmeenergie umgewandelt und erfordert darüber hinaus einen Ausbau des Kühlsystems, was den Energieverbrauch erhöht. Bei den neuen doppeltbreiten Modulen der Reihe Acopos P3 ist die Rückspeisung effizient umgesetzt. Eine der Achsen des Doppelachsmoduls ist als Rückspeisepfad konfiguriert. Sie speist die überschüssige Energie zurück ins Netz.

Neben den neuen Acopos-P3-Doppelachsmodulen bieten auch die aktiven Leistungsversorgungsmodule der Antriebsreihe Acopos Multi die Funktion der Netzrückspeisung. Zusätzlich verfügen diese Modelle über weitere Eigenschaften wie die Stabilisierung der Zwischenkreisspannung oder die Kompensation der Blindleistung.