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Kundenspezifische Frequenzumrichter mit einheitlicher Architektur

Bild 1. Dipl.-Ing. (TH) Andreas Keiger, Vertriebsleiter Drives & Motion bei ABB: „Die beiden neuen Niederspannungs-frequenz-umrichter Standard Drive ACS 580 und Industrial Drive ACS880 basieren erstmals auf einer gemeinsamen Architektur, was den Einarbeitungs- sowie den Schulungsaufwand reduziert und die Engineeringkosten senkt.“

Bild 2. In die Industrial Drive ACS880, die mit der „CoDeSys“-Programmierung eine flexible und bekannte Programmieroberfläche bieten, lassen sich zahlreiche Sicherheitsfunktionen integrieren

Bild 3. Der ACS580, der in der Grundausführung ein „Rundum-Sorglos“-Paket darstellt, kann durch Einbauoptionen zum „All-inclusive-Paket“ ausgebaut werden

Die beiden neuen Frequenzumrichter-Baureihen ABB Standard Drive ACS580 und ABB Industrial Drive ACS880 von ABB basieren erstmals auf einer gemeinsamen Architektur. Das Ergebnis ist unter anderem ein einheitliches Design bei den Bedienpanels, harmonisierte Parameter, universelles Zubehör und gleiche Tools. Die etz-Redaktion sprach mit Dipl.-Ing. (TH) Andreas Keiger, Vertriebsleitung Drives & Motion bei ABB, darüber, was das für das Produktportfolio und vor allem für die Anwender bedeutet.

etz: Herr Keiger (Bild 1), die beiden neuen Frequenzumrichter ACS580 und ACS880 haben jetzt eine gemeinsame Architektur. Wie sieht diese aus?
A. Keiger: ABB hat erstmals verschiedene Frequenzumrichter-Baureihen entwickelt, die auf einer gemeinsamen Architektur basieren. Die neuen Niederspannungs-Frequenzumrichter zeichnen sich durch das gleiche „look-and-feel“ aus, verwenden ein Bedienpanel in einheitlichem Design, harmonisierte Parameter, universelles Zubehör und die gleichen Tools.

etz: Die einheitliche Architektur bedeutet für ABB sicherlich weniger Komponenten und eine flexiblere Produktion, aber was haben die Anwender davon?
A. Keiger: Ein wesentlicher Vorteil ergibt sich durch die problemlose Integration verschiedener Umrichter in der gleichen Anlage. Der Anwender profitiert von der gemeinsamen Architektur, durch einen reduzierten Einarbeitungs- und Schulungsaufwand, geringere Engineeringkosten und einen hohen Wiedererkennungseffekt. Ich nutze hier als Vergleichsbild gerne das Multifunktionslenkrad eines modernen Pkw: Egal, ob man sich zum ersten Mal ans Steuer verschiedener Modelle des gleichen Herstellers setzt, man findet sich sofort problemlos zurecht. Durch die reduzierte Anzahl der Komponenten hat der Anwender zudem geringere Lager- und Ersatzteilkosten.

etz: Die neuen Geräte lassen sich jetzt also sowohl hard- als auch softwaretechnisch kundenspezifisch anpassen. Mussten Kunden vorher die Frequenzumrichter quasi von der Stange kaufen?
A. Keiger: Bei den ABB Industrial Drive handelt es sich seit jeher um hochflexible Geräte, die durch eine individuelle Konfiguration bei der Bestellung sehr präzise an die Anforderungen der jeweiligen Applikationen angepasst werden können. Ein Schlüsselmerkmal sind die zahlreichen Optionen und die Programmierbarkeit, die eine auftragsbezogene, applikationsgerechte Anpassung an die Anforderung auf einfache Weise ermöglicht. Die neuen ABB Industrial Drive ACS880 (Bild 2) gehen noch weiter – es lassen sich zahlreiche Sicherheitsfunktionen integrieren und sie bieten mit der „CoDeSys“-Programmierung eine flexible und bekannte Programmieroberfläche. Fertige Softwarelösungen passend zur Anwendung runden das Angebot ab.
Das Konzept der ABB Standard Drive ACS580 (Bild 3) lautet: Alle notwendigen Komponenten sind integriert. Das bedeutet Zeit sparen durch einfaches Bestellen, Konfigurieren und Installieren. Standardfeatures wie „Sicher abgeschaltetes Drehmoment“ und Energiesparfunktionen tragen hierzu bei.

etz: Welche Funktionen sind standardmäßig in den Frequenzumrichtern enthalten und welche lassen sich ergänzen?
A. Keiger: Wir bieten den ACS580 in der Grundausführung als „Rundum-Sorglos“-Paket an, das durch Einbauoptionen zum „All-inclusive-Paket“ ausgebaut werden kann. Zu seinem Standard-Lieferumfang gehören bei allen Größen das komfortable Bedienpanel, der EMV-Filter, die Modbus-Schnittstelle, lackierte Leiterplatten und das sicher abgeschaltete Drehmoment. Die neuartige eingebaute Drossel, die zur Minimierung der Netzrückwirkungen dient, macht es möglich, die neuen Umrichter kleiner und leichter zu bauen.
Der ABB Industrial Drive ACS880 wird nach Kundenanforderungen ab Werk konfiguriert. Das Grundgerät erfüllt bereits die meisten technischen Anforderungen, kann jedoch bei Bedarf durch eine Vielzahl von Optionen ergänzt werden, zu denen beispielsweise die integrierbaren Sicherheitsfunktionen, verschiedene Feldbusanbindungen, EMV-Filter, Drehgeberschnittstellen, Ausgangsfilter und Bremswiderstände sowie anwendungsspezifische Software gehören. Die Einbauoptionen werden bereits ab Werk im Grundgerät integriert, was einen einfachen Bestell- und Montageprozess zur Folge hat. Es ist keine Bestellung von verschiedenen Einzelteilen notwendig.

etz: Warum wurden die Optionen bei dem ACS580 im Vergleich zu dem Vorgängermodell reduziert? War bzw. ist der ACS550, den es ja noch einige Zeit geben wird, überdimensioniert?
A. Keiger: Der ACS550 ist nicht überdimensioniert. Die Reduzierung der Optionen beim neuen ACS580 vereinfacht die Bestellung und die Lieferung. Untersuchungen haben gezeigt, welche Eigenschaften in den allermeisten Fällen benötigt werden und diese wurden in das Grundgerät integriert.

etz: Welche Energiespar- und Sicherheitsfunktionen stehen bei den Frequenzumrichtern zur Verfügung?
A. Keiger: Der integrierte Energiesparrechner zeigt die durch den Frequenzumrichter eingesparte Energie an, zum Beispiel im Vergleich zu einer Pumpe im direkten Netzbetrieb. Moderne Komponenten, gepaart mit dem DTC-Regelverfahren und der Energie-Optimierungsfunktion, sorgen für ein Antriebssystem mit hohem Wirkungsgrad.
Die Funktionssicherheit der Maschinen nach der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG [2] lässt sich in eleganter Weise mit den integrierten Sicherheitsfunktionen im Frequenzumrichter erreichen. Die Funktion „Sicher abgeschaltetes Drehmoment“ ist standardmäßig eingebaut. Viele zusätzliche Sicherheitsfunktionen wie „Sichere Bremsenansteuerung“, „Sicher begrenzte Drehzahl“ und „Sicherer Stopp 1“ sind optional im ACS880 integrierbar.

etz: Mit dem einheitlichen Bedienpanel, das es in zwei Ausführungen gibt, brauchen Anwender angeblich kein Handbuch mehr. Was kann die kleine, austauschbare Einheit?
A. Keiger: Das neue Bedienpanel ist außerordentlich benutzerfreundlich. Es wird entsprechend moderner Mensch-Maschine-Schnittstellen über Funktionstasten sowie eine intuitive Vier-Richtungs-Navigation bedient und bietet eine Klartextanzeige in verschiedenen Sprachen. Der Benutzer findet so schnell die gewünschten Parameter oder Funktionen. Es verfügt über Assistenten für eine geführte Bedienung, was die Einstellung der wichtigsten Parameter vereinfacht. Der Benutzer muss dadurch nicht alle Parameter kennen und spart Zeit bei der Inbetriebnahme. Die Signalanzeige zeigt verschiedene übersichtliche Formate, das numerische Format, die klassische Analoganzeige, das Balkendiagramm und Trendlinien, einstellbar je nach Vorlieben und Anwendung. Menüs und Meldungen können individuell an die applikationsspezifische Terminologie angepasst werden. Benutzer, die die Applikation kennen, aber nicht über antriebsspezifisches Know-how verfügen, finden somit bei der Einrichtung des Frequenzumrichters ihre vertraute Terminologie vor. Dank der eingebauten Echtzeituhr werden die Meldungen mit Datums- und Zeitstempel versehen und erleichtern eine Diagnose.

etz: Wie lassen sich mit dem Panel die Vielzahl an Parametern einstellen, ohne dass die Übersichtlichkeit verloren geht?
A. Keiger: Die anwenderspezifische Anpassung des User-Interface macht die Bedienung zu einem Kinderspiel. Kurzmenüs ermöglichen einen anwenderdefinierten schnellen Zugriff. Die Parameter sind logisch gruppiert. Des Weiteren ermöglicht der Text-Editor anwenderspezifische Textdefinitionen zum Beispiel für Ereignisse oder E/A-Signale.

etz: Besteht bei den Frequenzumrichtern auch die Möglichkeit der Ferndiagnose und -wartung?
A. Keiger: Das neue Ferndiagnose-Modul ermöglicht eine Diagnose über das Internet, Mobiltelefone oder andere gängige Kommunikationsverbindungen. Die eingebaute Memory-Karte speichert Daten und Ereignisse. Somit ist eine einfache Ferndiagnose und -wartung möglich, was Zeit und Kosten spart.

etz: Welche Möglichkeiten bietet die steckbare Speicherkarte außerdem?
A. Keiger: Die Memory Unit des ACS880 ist eine Speichereinheit für die komplette Firmware, die Antriebskonfiguration und alle Einstellungen des Frequenzumrichters. Die Leistungs- oder Regelungseinheit des Frequenzumrichters kann so ohne Parametereinstellung geändert werden und dank der in der Memory Unit gespeicherten Firmware gibt es kein Kompatibilitätsproblem durch andere Firmwarestände. Die jeweilige Antriebsfunktionalität kann über die Memory Unit einfach festgelegt, modifiziert oder aktualisiert werden, was unter anderem einen einfachen und schnellen After-Sales-Service zur Folge hat. Das Umstecken der Memory Unit auf ein anderes Gerät ermöglicht beispielsweise eine schnelle und einfache Wiederinbetriebnahme ohne jegliches Fachwissen über den Frequenzumrichter.

etz: Die Geräte sind für ein Zusammenspiel mit den SPS von ABB optimiert. Was hat man darunter zu verstehen?
A. Keiger: Der neue ABB Industrial Drive unterstützt die Programmierumgebung „CoDeSys“, also die gleiche Software, die auch bei der SPS AC500 verwendet wird. Die gemeinsame Basis und die passenden SPS-Bausteine ermöglichen die schnelle und einfache Integration des Frequenzumrichters in die SPS.
Auf der anderen Seite macht die Vielzahl der aufsteckbaren Feldbusanbindungen die neuen Frequenzumrichter offen in alle Richtungen.

etz: Trotzdem haben die Umrichter selber SPS-Funktionalität. Ist das nicht doppelt gemoppelt?
A. Keiger: Nein, ganz und gar nicht. Letztlich ist es eine Frage der Philosophie des Anwenders, aber auch der Komplexität der Anwendung. Oft macht es Sinn, antriebsnahe Funktionen direkt im Umrichter unterzubringen, um die Buslaufzeiten zu eliminieren und die Regelgüte des Prozesses zu verbessern. Bei einfachen Anwendungen kommt man unter Umständen sogar ohne eine SPS aus. Auf der anderen Seite lassen sich eine Vielzahl von E/A-Signalen über die SPS-E/A-Module elegant einlesen sowie verknüpfen und so auch komplexe Anwendung realisieren.

etz: Wie sieht die Planung bei der neuen Architektur aus? Wann soll sie bis zu welchen Leistungen ausgebaut werden?
A. Keiger: Selbstverständlich ist es geplant, die neue Architektur auch auf die höheren Leistungen zu erweitern. Die Vorgängerreihe des ACS880 umfasst Geräte bis 5 600 kW, die des ACS580 solche bis 355 kW. Das sollte als Orientierung dienen.

etz: Abschließend noch zwei Fragen zum Industrial Drive ACS880. Zum einen: Warum ist er nicht für Motion Control-Funktionen vorgesehen?
A. Keiger: Der weitaus größte Anteil der heutigen Produkte ACS550 und ACS880 wird für drehzahl- und drehmomentgeregelte Anwendungen eingesetzt. Deshalb liegt es nahe, sich zunächst auf diese Anwendungen zu fokussieren, wenn es um eine Produktablösung geht. Davon einmal abgesehen decken wir den Motion Control-Bereich derzeit schon mit unserem Servoumrichter ACSM1 ab. Selbstverständlich werden wir die Motion Control-Anwendungen bei zukünftigen Entwicklungen auch berücksichtigen.

etz: Zum anderen ist er, im Vergleich zu seinem älteren Bruder, dem ACS800, bis zu 3,5-mal kleiner. Wie konnten Sie diese doch erhebliche Platzreduzierung realisieren?
A. Keiger: Möglich wird dies durch den Einsatz modernster Komponenten, wie beispielweise Halbleiter und der neuartigen Drossel, die kleiner bauen und sich durch niedrigere Verluste kennzeichnen. Dies macht eine hoch effiziente Kühlung möglich. Auch die Elektronik und die DTC-Regelung tragen zu einer Minimierung der Verluste bei. Nicht zuletzt spielt auch die langjährige Erfahrung von ABB bei der Entwicklung und Konstruktion von Frequenzumrichtern eine entscheidende Rolle.

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Autor: Frank Nolte