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Frequenzumrichter mit Servo-Qualitäten

Bild 1. Die Frequenzumrichter-Plattform Inverter Drives 8400 ist konsequent skaliert in Preis, Funktion und Antriebsperformance

Bild 2. Praxisbeispiel: Der Inverter Drives 8400 Highline positioniert den Schweißbalken einer Verpackungsmaschine

Mit der Erweiterung seiner Plattform Inverter Drives 8400 um die Ausbaustufe Topline schließt Lenze die Lücke zur Servotechnik. Die neuen Frequenzumrichter sind mit ihrer hohen Regelgenauigkeit und Dynamik für Anwendungen konzipiert, die bisher der Servowelt vorbehalten waren. Hierzu zählen in der Praxis typischerweise Positionierungen in Hubwerken, Gabelantrieben, Regalbediengeräten, einfachen Pick-and-Place-Anwendungen sowie Verpackungsmaschinen.

Nach Baseline, Stateline und Highline erweitert Lenze den Antriebsbaukasten Inverter Drives 8400 (Bild 1) mit Topline um eine vierte Skalierungsstufe. Im Leistungsbereich von 0,55 kW bis 2,2 kW bei 230 V und 0,37 kW bis 45 kW bei 400 V lassen sich mit den neuen Frequenzumrichtern jetzt auch permanenterregte Synchron-Servomotoren betreiben. Die Geräte verfügen über eine entsprechende Regelung und sind mit Schnittstellen für Resolver, Inkremental- sowie Absolutwertgeber (single- und multiturn) ausgestattet. Maschinenbauern steht mit der ausgebauten Plattform ein Produktspektrum zur Verfügung, das sich durch eine konsequente Skalierung in Funktion und Antriebsperformance auszeichnet.

Domäne durchbrochen
Unter anderem gilt das präzise Positionieren noch immer als eine Domäne der Servoantriebe. Dabei lassen sich sogar im als anspruchsvoll geltenden Verpackungsmaschinenbau viele Aufgaben wirtschaftlich mit Frequenzumrichtern lösen. Über entsprechende Funktionalitäten verfügen schon die Inverter Drives 8400 in den Skalierungsstufen Stateline, Highline und Topline, welche bereits erfolgreich in Positionieranwendungen eingesetzt werden. Praxiserprobt ist beispielsweise eine Antriebslösung aus einem 8400 Highline und einem Standard-Asynchronmotor mit Rückführsystem für Positionieraufgaben, in der zwar eine integrierte Tabellenpositionierung, aber nicht die hohe Dynamik eines Servomotors benötigt wird (Bild 2).

Schnelle Positionsanpassung
Eine integrierte Tabellenpositionierung bieten die Inverter Drives 8400 bereits ab der Ausbaustufe Highline. In ihr lassen sich bis zu 15 Positionen mit unterschiedlichen Fahrprofilen als lineare oder S-förmige Rampen speichern. Diese schaffen die Grundlage für eine schnelle Rezeptanpassung bei Produktwechseln – auch als Folge der freien Konfigurierbarkeit der Profile – ohne zusätzliche Hard- und Software. Die in der Tabelle im Umrichter abgelegten Positionen gibt die SPS über die direkte Ansteuerung der Klemmen oder den angeschlossenen Feldbus vor.
Der Antrieb fährt die Positionen anschließend selbstständig an und meldet das Erreichen an die Steuerung. Um dynamisch auf Prozessänderungen in der Maschine zu reagieren, ist eine Override-Funktion enthalten. Wird während eines laufenden Vorgangs ein neuer Positionswert kommuniziert, setzt der Umrichter diesen unmittelbar um und bringt den Antrieb ruckfrei zur neuen Position. Darüber hinaus sorgen die S-förmigen Rampen für sanfte und mechanisch verschleißarme Bewegungen.

Umfassende Skalierbarkeit
Die Familie Inverter Drives 8400 bietet innerhalb ihrer Skalierbarkeit auch bei der Positionierung einen aufeinander aufbauenden Lösungsraum. Dieser beginnt beim Stateline mit recht einfachen Abschaltpositionierungen. Für höhere Anforderungen an Geschwindigkeit und Präzision ist der Highline in Verbindung mit einem Standard-Asynchronmotor mit HTL-Geber einsetzbar. An der Motorwelle wird so eine Genauigkeit von einem Inkrement erreicht, was bei einem 2048-Pulsgeber einer Genauigkeit von 0,05° an der Motorwelle entspricht. So sind Zyklen von bis zu 180 Takten pro Minute erreichbar. Typische Anwendungen sind hier Ablängeinheiten sowie Dreh- und Hebeeinrichtungen.
Die Geräteplattform bietet eine durchgängige Art der Parametrierung und Programmierung mit der zentralen Engineeringsoftware L-force Engineer. Sie enthält bereits in der kostenlosen Grundausführung „Statelevel“ Funktionen für schnelles und zielgerichtetes Arbeiten. Mit dem Datenlogger lassen sich beispielsweise, wie auf einem Oszilloskop, Betriebsdaten über der Zeit darstellen. Damit ist die Grundlage geschaffen für die schnelle und übersichtliche Diagnose bei der Inbetriebnahme – und das ohne zusätzliche Messinstrumente. In Logdateien lassen sich Umrichterzustände speichern und auslesen. Das verkürzt die Fehleranalyse auch im späteren Maschinenbetrieb.

Steckbarer Speicher
Zentrale Speichereinheit für alle Parameter eines Umrichters ist das steckbare Memory Modul. Damit ist es möglich, die Geräte bereits vor der Inbetriebnahme zu parametrieren. Vor Ort wird dann nur noch das Modul in den Umrichter gesteckt – und die Antriebsachse ist sofort betriebsbereit. Weil das aufwendige Parametrieren der Antriebsregler bei der Inbetriebnahme entfällt und man die Daten beliebig oft auf Module kopieren kann, lassen sich vor allem im Serienmaschinengeschäft Einsparpotenziale realisieren.
Ein weiterer Vorteil liegt im Service: Statt bei einem Gerätetausch erst die aufwendige Neuprogrammierung zu starten, wird einfach das Memory-Modul eingesteckt. Diese Arbeit kann auch das Wartungspersonal in einem Fertigungsbetrieb übernehmen, ohne dabei wichtige Einstellungen vergessen zu können. Folglich kann man auf den einen oder anderen Serviceeinsatz verzichten – flankiert von adäquaten Fernwartungskonzepten mit weltweiter Diagnose und Anlagenwartung von einer zentralen Stelle.

Lebenszykluskosten senken
Service und Engineering – das sind nur zwei Stellschrauben, an denen sich drehen lässt, um die Lebenszykluskosten zu senken. Das Plattformkonzept der Inverter Drives 8400 schafft die Basis, damit die klare Preis-Performance-Skalierung nicht den Aufwand für Parametrierung, Inbetriebnahme und Diagnose erhöht. Vielmehr sorgt die Reihe dafür, dass Anwender weniger über Funktionen und Handhabung der Geräte lernen müssen, weil ihnen ein einheitliches Konstruktionsprinzip zugrunde liegt. Dadurch lässt sich bei Entwicklung, Installation, Betrieb und möglichen Servicearbeiten Zeit sparen.
Ob einheitliche Handhabung und Geräteaufbau oder die Arbeit mit nur einem Softwaretool zum Engineering: Das Plattform-Konzept der Inverter Drives 8400 wirkt sich vorteilhaft auf die Wertschöpfungskette von Maschinenbauern und Betreibern gleichermaßen aus.

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Autor: Dipl.-Ing. Karsten Piekarski leitet das Produktmanagement Frequenzumrichter bei Lenze in Hameln.