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01  Der Frequenzumrichter ACS880 ermöglicht bei unterschiedlichen ­Anwendungen ein hohes Maß an Kompatibilität und Flexibilität

Frequenzumrichter universell einsetzbar

02  Das Panel ist intuitiv und komfortabel zu bedienen

03  Die Memory Unit bietet Vorteile beim Engineering sowie bei der Installation und der Inbetriebnahme

04  Neben den Standardschnittstellen verfügt der Antrieb über drei Steckplätze für Schnittstellen-Erweiterungsmodule

05  Das optionale Sicherheitsfunktionsmodul erweitert die integrierten Sicherheitsfunktionen, vereinfacht die Konfiguration und reduziert den Platzbedarf

Moderne Frequenzumrichter sollen nicht nur die speziellen Anforderungen der jeweiligen Prozesse erfüllen und einen Beitrag zur Energieeinsparung sowie zur Senkung der Betriebskosten leisten, sondern auch einfach ausgewählt, eingesetzt und gewartet werden können. Mit seiner Benutzerfreundlichkeit, Flexibilität und Kommunikationsfähigkeit sowie der direkten Drehmomentregelung kommt der Industrial Drive ACS880 diesen Wünschen nach.

Die Frequenzumrichter ACS880 (Bild 1) von ABB sind aufgrund ihrer hohen Kompatibilität und Flexibilität mit unterschiedlichen Prozessen kompatibel. Die Industrial Drives lassen sich präzise an die jeweiligen Anforderungen anpassen. Dadurch können sie in den Bereichen Öl und Gas, Bergbau, Metallverarbeitung, Chemie, Zement, Papier und Zellstoff, Schiffbau/Offshore, in Kraftwerken, dem Materialtransport sowie in Sägewerken zum Einsatz kommen und dort zum Beispiel Extruder, Krane, Winden, Wickler, Förderanlagen, Mischer, Kompressoren, Pumpen und Lüfter regeln.
Zu ihren wesentlichen Eigenschaften gehören der breite Spannungs- und Leistungsbereich, direkte Drehmomen­tregelung (DTC), die integrierte Memory Unit, integrierte und zertifizierte Sicherheitsmerkmale sowie ein Bedienpanel mit einem hochauflösenden Display. Ein PC-Tool bietet umfangreiche Überwachungsmöglichkeiten sowie einen Schnellzugriff auf die Antriebseinstellungen.

Intuitive Benutzerführung
Eine intuitive Benutzerführung ist heute ein wichtiges Merkmal moderner Frequenzumrichter, insbesondere mit Blick auf die Zeiteinsparung, die Fehlervermeidung und auf das unterschiedliche Ausbildungsniveau der Bediener weltweit. Das Komfort-Panel (Bild 2) des ACS880 wird über Funktionstasten (Softkeys) und eine intuitive Vier-Richtungs-Navigation bedient. Der Benutzer findet so schnell die gewünschten Parameter oder Funktionen. Das kontrastreiche, hochauflösende Display bietet verschiedene Darstellungsmöglichkeiten von einer Basisanzeige bis zu detaillierten Anzeigen, wie Kurven, Histogramme oder Messanzeigen. Diese ermöglichen es dem Benutzer, den Betrieb der Maschine sowie den Prozess zu überwachen und zu analysieren.
Parameter lassen sich mit dem Bedienpanel auf verschiedene Weisen organisieren und für verschiedene Konfigurationen speichern. Menüs und Meldungen sind an die spezifische Terminologie anpassbar, sodass jede Applikation optimal eingerichtet und konfiguriert werden kann. Der Texteditor des Bedienpanels ermöglicht es Informationen hinzuzufügen, Texte anzupassen und den Antrieb zu benennen. Sicherungs- und Wiederherstellungsfunktionen werden ebenso unterstützt wie verschiedene Sprachversionen. Die Hilfefunktion gibt eine Anleitung zur Störungssuche. Die Panelnetzwerk-Funktion erlaubt es, ein Bedienpanel gleichzeitig an mehrere Frequenzumrichter anzuschließen.

Einfache Inbetriebnahme und Wartung
Das PC-Tool für die Inbetriebnahme und Wartung ­ermöglicht eine schnelle und einheitliche Einrichtung, ­Inbetriebnahme sowie Überwachung der Frequenzumrichter. In der kostenlosen Basisversion Drive Composer sind die wichtigsten Funktionen für Inbetriebnahme und ­Wartung enthalten. Sämtliche antriebsspezifischen Infor­mationen wie Parameterlisten, Störungen, Back-ups und ­Ereignislisten können mit einem Mausklick in einer Dia­gnosedatei gespeichert werden, die zur weiteren Analyse an das Wartungspersonal oder an ABB verschickt werden kann. Störungen werden damit schneller behoben, Stillstandszeiten verkürzt und die Betriebs- und Wartungskosten gesenkt.
Die professionelle Version Drive Composer pro umfasst zusätzlich Funktionen, wie benutzerdefinierte Parameterfenster, Regelschemata der Antriebskonfiguration sowie die Einstellung der Sicherheitsfunktionen. Durch die grafische Darstellung der Frequenzumrichter-Firmware als Blockdiagramm entfällt das zeitraubende Durchsuchen langer Parameterlisten. Der Benutzer kann die Frequenzumrichterlogik schnell und einfach seinen Bedürfnissen entsprechend einstellen.

Abnehmbare Speichereinheit
Die Memory Unit des ACS880 (Bild 3) speichert die ­komplette Firmware, inklusive Funktionsbausteinen und Parametereinstellungen, in einem einfach austauschbaren und zu installierenden Modul. Sie wird auf die Regelungseinheit gesteckt und kann zur Wartung, zur Aktualisierung oder zum Austausch des Umrichters einfach abgenommen werden. Ein automatisches Handshake-Protokoll gewährleistet, dass die Memory Unit und damit die Regelungseinheit den verbundenen Leistungsteil sofort erkennt und damit sogar ein Umstecken in eine andere Umrichtergröße ohne weitere Parametereinstellungen problemlos möglich ist. Dieses Konzept der Trennung von Software und Leistungsteil verkürzt die Inbetriebnahmezeiten und unvorhersehbare Stillstandszeiten. Außerdem spart man Reisekosten für Inbetriebnahme- und Wartungsingenieure, da für das Umstecken keine Umrichterkenntnisse erforderlich sind.

Umfassende Konnektivität
Die Kommunikation zwischen den Antrieben, Systemen, Geräten und der Software wird bei dem ACS880 mit steckbaren Feldbus-Adaptermodulen realisiert. Der Frequenzumrichter ist mit folgenden Feldbusprotokollen kompatibel: Profibus DP, DPV0/DPV1, CANopen, Devicenet, Ethernet/IP, Modbus TCP, Profinet, Ethercat sowie Modbus/RTU. Da er zwei Feldbusanschlüsse gleichzeitig unterstützt, kann ein Anwender beispielsweise einen Feldbus für die Steuerung des Antriebs benutzen, während der andere Feldbus als Schnittstelle zur Überwachung dient.
Drei Optionssteckplätze (Bild 4) können für Erweiterungen wie Feldbus-Adaptermodule, IO-Erweiterungsmodule, Drehgeber-Schnittstellenmodule und das Sicherheitsfunk­tionsmodul verwendet werden. Für den Remote-Zugriff oder die Remote-Überwachung stehen verschiedene Lösungen zur Verfügung: Zugriff durch die speicherprogrammierbare Steuerung oder über ein Fernwartungsmodul.
Der Ersatz der umfangreichen, konventionellen Steuerverkabelung durch ein einzelnes Kabel senkt die Kosten und erhöht die Zuverlässigkeit sowie die Flexibilität des Systems.

Erweiterte Sicherheitsfunktionen
Infolge der neuen Maschinenrichtlinie 2006/42/EG modernisieren Maschinenbauer ihre Sicherheitskonzepte und ersetzen zunehmend klassische Sicherheitslösungen durch Safety-Funktionen, die in Frequenzumrichtern, wie dem ACS880, enthalten sind. Integrierte Sicherheitsfunktionen, wie das sicher abgeschaltete Drehmoment (STO), sorgen für ein Höchstmaß an Sicherheit bei Betrieb und Wartung. Die STO-Funktion erfüllt die Anforderungen der Sicherheitsstufe SIL3 nach DIN EN 61508 (VDE 0803) und PL e nach DIN EN ISO 13849-1. Darüber hinaus werden weniger externe Sicherheitseinrichtungen benötigt, was die Konfiguration vereinfacht und den Platzbedarf für die In­stallation verringert.
Das sicher abgeschaltete Drehmoment (STO) des ACS880 kann mittels des Sicherheitsfunktionsmoduls FSO-11 (Bild 5) durch Optionen wie sicherer Stopp 1 (SS1), sicherer Not-Stopp (SSE), sicher begrenzte Drehzahl (SLS), sichere Bremsenansteuerung (SBC) und sichere maximale Drehzahl (SMS) ergänzt werden. Das optionale Sicherheitsfunktionsmodul unterstützt diese zusätzlichen Sicherheitsfunktionen, mit denen mindestens die Sicherheitsstufen SIL2 oder PL d (Kat. 3) erfüllt werden, wobei eine Geberrückführung nicht erforderlich ist. Es lässt sich einfach auf dem Frequenzumrichter montieren und mit dem PC-Tool Drive Composer pro konfigurieren sowie in Betrieb nehmen.

Hochperformante Regelung
Der Industrial Drive kann dank seiner hochpräzisen Motorregelungsplattform Direct Torque Control (direkte Drehmomentregelung, DTC) sowohl Permanentmagnet-Synchron- als auch Asynchron- und Asynchronservomotoren mit oder ohne Drehgeber-Rückführung regeln. Dank DTC kann der Motor vom Stillstand bis zum maximalen Drehmoment und zur maximalen Drehzahl ohne Drehgeber geregelt werden. Das Regelungsverfahren ermöglicht eine hohe Überlastbarkeit sowie ein hohes Anlaufmoment und reduziert die Belastung der Mechanik. Die Kosten für den Drehgeber und für die Verkabelung können eingespart werden und die Anlagenzuverlässigkeit steigt.
DTC nach dem Prinzip der Hystereseregelung verleiht dem Antriebssystem eine Drehmoment-Reaktionszeit im Bereich von wenigen ms. Im Zyklus von 20 µs berechnet das System über das Motormodell den aktuellen Zustand des Motors und sucht die optimale Schaltstellung der Leistungshalbleiter, um direkt und möglichst schnell den Sollwert des Drehmoments und des Motorflusses zu erreichen. Die Umschaltung der Leistungshalbleiter erfolgt nur, wenn eine Abweichung der Soll- und Istwerte erkannt wird. Die Taktfrequenz ist somit variabel und es wird nur geschaltet, wenn es notwendig ist. Im Unterschied zur traditionellen Vektor-Regelungsmethode gibt es beim DTC keine zwischengeschaltete Stromregler und keinen Pulsweiten-Modulator (PWM), der mit einer festen Taktfrequenz arbeitet und eine Verzögerung bzw. Totzeit verursacht.
Eine direkte Umrichter-Umrichter-Kommunikation (D2D-Link) ermöglicht den Aufbau schneller Master-Follower-Regelsysteme ohne zusätz­liche Hardware und Kosten. Eine galvanische Trennung verhindert hierbei wirkungsvoll Störungen.

Erhöhte Energieeffizienz
Die Energieoptimierungsfunktion des ACS880 stellt das maximale Drehmoment pro Ampere sicher, was den Energieverbrauch senkt und die Effi­zienz steigert. Mit dem integrierten Energieeffizienzrechner kann der Benutzer die Prozesse analysieren und optimieren. Er liefert wesentliche Informationen zur Energieeffizienz, wie die verbrauchte und die gesparte elektrische Energie, die CO 2-Reduzierung und die Einsparungen in €.

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Autor: Dipl.-Ing. Fred Donabauer ist Leiter Produkt­management AC-Drives bei der ABB Automation Products GmbH in Ladenburg.