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01  Mit insgesamt sieben Varianten bietet die Unidrive-M-Reihe eine skalierbare Hard- und Softwareplattform

Frequenzumrichter für die Fertigungsindustrie

02  Jedes nächst höhere Unidrive-M-Modell bietet auch eine erhöhte Funktionalität, um anspruchsvollere Aufgaben lösen zu können. Die jeweilige Modellreihe verfügt über die Performance für die entsprechenden Anforderungen. Allen gemeinsam sind eine identische Softwarestruktur sowie aufsteckbare Optionsmodule für Zusatzanforderungen

Zur SPS IPC Drives präsentiert Control Techniques eine neue Frequenzumrichter-Reihe für Automatisierungsaufgaben in der verarbeitenden Industrie. Sie umfasst sieben Modelle, von denen jedes auf eine bestimmte Zielapplikation zugeschnitten ist. Je nach Variante sind Standard-Asynchron-, Synchron-, Hochleistungsservo- und Linearmotoren ansteuerbar. Zum schnellen Datenaustausch wird auf Standard-Ethernet gesetzt.

Control Techniques hat in einer quantitativen Marktanalyse ermittelt, dass sich ihr potenzieller Kundenkreis im Fertigungssektor in sieben Hauptgruppen mit jeweils unterschiedlichen Bedürfnissen untergliedern lässt. Mit dem Ziel, für jede dieser Kundengruppen die optimale Frequenz­umrichter-Variante bereitzustellen, wurden die sieben Modelle der Unidrive-M-Reihe (Bild 1) entwickelt. Die einfachste und kostengünstigste Variante ist der M100 für Anwendungen ohne Drehzahlrückführung, zum Beispiel Frequenzregelung für Förderanlagen, Lüfter oder Pumpen. Am oberen Ende der Leistungsskala ist der M800 positioniert (Bild 2). Er bietet höchste Performance durch die Integration einer neuartigen Hochleistungs-MCi-Maschinensteuerung. Seine typischen Anwendungsfelder sind hochgenaue Drehzahl- und Positionssteuerungen mit On-Board-Anwendungssoftware für elektrische Getriebe, Wickler, fliegende Scheren, Gewebeverarbeitung, Metallschneiden, Querschneider für Teststände, Verpackungsmaschinen und Holzbearbeitung. Allen Modellen der Unidrive-M-Familie gemein ist die identische Softwarestruktur sowie die Option, Module für Zusatzanforderungen aufzustecken.

Besondere Eigenschaften
Nach Unternehmensangaben bietet die neue Frequenzumrichter-Familie die derzeit höchste Stabilität und Leistung für alle industriellen Motortypen an. Anwender profitieren dadurch von der Optimierung ihres Maschinendurchsatzes bei jeder Anwendung und bei jedem Motor. Ermöglicht wird dies durch spezielle Rechenalgorithmen für die Motorsteuerung in Kombination mit aktueller Mikroprozessortechnologie.
Eine weitere Besonderheit stellt der Datenaustausch über Standard-Ethernet-Protokolle dar. Ab dem M200 sind optionale Systemintegrations-Module (SI-Module) erhältlich. Die Modelle M700 und M800 sind mit entsprechenden Onboard-Schnittstellen ausgestattet. In diesem Leistungsbereich spielt die synchronisierte Ethernet-Kommunikation über das Maschinensteuerungsprotokoll von Control Techniques ihre Vorteile aus. Das Protokollpaket wurde entwickelt, um die Maschinen-Performance durch präzise Synchronisation, effiziente Nutzung der Ethernet-Bandbreite und plangesteuerte Hochgeschwindigkeits-Updates zu maximieren. Realisiert werden diese Anforderungen auf Basis von TCP/IP und UDP. Die Synchronisierung von Uhren und Regelschleifen erfolgt über das Precision Time Protocol (PTP) nach IEEE 1588 V2. Dadurch wird zwischen den Knoten ein Jitter von < 1 µs (typischerweise < 200 ns) erreicht. Als Zykluszeit werden 250 µs angegeben. Zudem unterstützt es praktisch eine unbegrenzte Anzahl an Knoten. Somit können alle entsprechend ausgestatteten Unidrive-M-Modelle nun direkt miteinander kommunizieren.

Bestimmte Anwendungen, wie die „elektronisch angetriebene Welle“, lassen sich einrichten, ohne dass dazu Programmier-Codes geschrieben werden müssen. „Das ausgeklügelte neue Ethernet-Protokoll wurde im Hinblick auf künftige, hochmoderne Herstellernetzwerke konzipiert und ist derzeit das fortschrittlichste Protokoll auf dem Markt. Es ist besonders faszinierend, dass alle Antriebe der Unidrive-M-Familie mit diesem Protokoll direkt mitein­ander kommunizieren können. Und zweifelsfrei wird diese Familie für alle Kunden in der Fertigungsautomation auf der so notwendigen Reise zu ausgeklügelteren Produktionsmethoden eine große Hilfe sein“, ist Tom Alexander, Vice President of Technology bei Control Techniques, überzeugt.

Safety on Board
Darüber hinaus bieten die einzelnen Frequenzumrichter-Varianten verschiedene Niveaus an integrierten Sicherheitsfunktionen entsprechend der unterschiedlichen Anforderungen in der Fertigung. So ermöglichen beispielsweise einzelne Eingänge für sichere Drehmomentabschaltung (Single Safe Torque Off = STO) eine einfache Einstiegsstufe für die Sicherheitsintegration. Erweiterte Sicherheitsfunktionen lassen sich mit doppelten STO-Eingängen realisieren. Bei zukünftigen Versionen werden erweiterte Sicherheitsfunktionen nach DIN EN 61800-5-2 (VDE 0160-105-2) zusätzliche Anforderungen abdecken, darunter STO, Sicherheitsstopp 1 und 2 sowie die sichere Drehzahlbegrenzung.

Dem Energieeffizienz-Gedanken Rechnung getragen
Ein weiteres Anliegen bei der Entwicklung der Unidrive-M-Geräte war es, mit ihnen auch die Energieeffizienz von Produktionsmaschinen zu erhöhen. Erreicht wird dies über verschiedene Maßnahmen, zum Beispiel einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 98 %. Ein weiteres Beispiel ist der Stand-by-Modus, speziell für Anwendungen, bei denen die Umrichter längere Zeit im Leerlauf betrieben werden. Zudem ermöglicht die einfache Realisierung von Zwischenkreiskopplungen bei entsprechenden Anwendungen einen hohen Grad an Energieeinsparung. Und last, but not least unterstützt die Baureihe die geberlose Ansteuerung von kompakten, hocheffizienten Permanentmagnetmotoren.

Neue Software-Tools
Zusammen mit der Einführung der Frequenzumrichter-Reihe halten zwei neue PC-Tools Einzug in das Produkt­sortiment: das Umrichter- und Motoreinrichtungs-Tool sowie das Machine Control Studio. Das erstgenannte Konfigurations-Tool dient der Inbetriebnahme, Optimierung und Überwachung von Umrichter und System. Es stellt dem Anwender eine Windows-Oberfläche sowie intuitive, grafische Tools zur Verfügung. Für versierte Anwender sind Logikdiagramme für dynamische Servoverstärker und erweiterte, durchsuchbare Listen implementiert. Das Tool ist skalierbar, um sich an die Anwendungsanforderungen anzupassen. Es kann für die Modelle Unidrive M200 bis M800 eingesetzt werden und unterstützt den Import von „CTSoft“-Parameterdateien der Baureihen Unidrive SP und Commander SK.
Das Machine Control Studio stellt eine flexible und intuitive Umgebung für die Programmierung der Automatisierungs- und Bewegungsregelungsfunktionen der neuen Baureihe zur Verfügung. Es ermöglicht die Programmierung der On-Board-SPS der Modelle Unidrive M400, M600, M700 und M800 sowie der beiden Hochleistungsmodule „MCi200“ und „MCi210“ für die Maschinensteuerung. Zudem erfolgt darüber die Datenkonfiguration des Ethernet-Netzwerks. Das Machine Control Studio basiert auf dem IEC-61131-3-Programmier-Tool Codesys.
Beide Software-Tools verwenden die gleichen Kommunikationskomponenten, sodass es möglich ist, sie gleichzeitig mit unterschiedlichen Kommunikationsprotokollen ablaufen zu lassen.
„Wir haben mit der neuen Produktfamilie nicht einfach unsere bislang genutzte Softwarepalette erweitert, sondern mithilfe der Ergebnisse einer innovativen Konstruktionskonzept­forschung ganz neue PC-Tools entwickelt, bei denen die Bedürfnisse unserer Kunden gleich von Anfang an erste Priorität hatten und dementsprechend in den Entwicklungsprozess eingebunden wurden“, stellt T. Alexander heraus.

Fazit und Ausblick
Mit ihren insgesamt sieben Modellen deckt die Unidrive-M-Familie ein breites Einsatzgebiet in der Fertigung ab. Beispielapplikationen sind Flaschenabfüllanlagen, Textilmaschinen, Wickler in einer Metallverarbeitungslinie sowie Automobil-Montagewerke.
Nach der erfolgreichen Einführung dieser Produktreihe plant Control Techniques die Entwicklung weiterer Frequenzumrichter-Familien, zugeschnitten auf zum Beispiel die Prozessindustrie.

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Autor: Inge Hübner