Servoverstärker: schneller und kompakter

Der Acopos P3 bietet einen hohen Integrationsgrad und eine extrem kurzen Abtastzeit von 50µs, die neue Möglichkeiten der virtuellen Sensorik mit sich bringt.
Komplexe Produktionsvorgänge erfordern komplexe Maschinen und damit auch aufwendige Hard- und Software. Die Schaltschränke hochentwickelter Maschinen und Anlagen verbrauchen zusätzlichen Platz in den Produktionshallen, zudem verursachen Beschaffung, Verkabelung und Kühlung der Schränke hohe Kosten. Daher sind Maschinen- und Anlagenbauer bemüht, den Schaltschrankplatz auf ein Minimum zu reduzieren. Der sogenannte „Footprint“ der Automatisierungshardware, also der Platz, den die Geräte im Schaltschrank verbrauchen, spielt eine entscheidende Rolle.

Kleiner: 69 Prozent Platzersparnis

„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 1-Achs-Verstärker. Die Platzersparnis liegt bei 69 Prozent. Bei der Platzeffizienz setzt sich der P3 an die Spitzenposition der Servoverstärker mit integrierten Safety-Funktionen: Die Leistungsdichte des 3-Achsers liegt bei mehr als 4 Ampere pro Liter.

Schneller: 50 µs Abtastzeit

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 µs. „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 geringgehalten 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.  „Daneben gibt es noch weitere Ergänzungen der Standard-Reglerkaskade der Acopos-P3-Servoverstärker“, erklärt Holzleitner. Dazu gehört zum Beispiel Repetitive Control, womit sich Schleppfehler prädiktiv kompensieren lassen. Die Folgen: Präzisere Regelungen, bessere Performance, höhere Produktqualität.

Sicherer: 14 Safety-Funktionen

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 der 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. Ebenfalls neu ist die Sicherheitsfunktion Remanent Safe Position (RSP). Mit dieser sicheren Positionsinformation lassen sich sämtliche seriellen Kinematiken von Robotern im Blick auf Geschwindigkeit, Orientierung und Arbeitsraum sicher überwachen. Alle 14 Safety-Funktionen sind vollständig netzwerkbasiert und durch openSAFETY dynamisch im System einsetzbar.

Weniger: ein Kabel

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 Kabelmaterial 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.

Internationaler: vier Netzformen

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 lediglich 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.
B&R stellt den Acopos P3 auf der SPS/IPC/Drives im November 2015 in Nürnberg vor. Er wird in Versionen mit 1, 2 und 3 Achsen angeboten und deckt ein Leistungsspektrum von 0,5 bis 24 kW ab. Es können mehr als 1.000 Acopos P3 in einem System angesteuert werden. Der Acopos P3 ist mit allen bisherigen Servoverstärkern von B&R kompatibel und kann mit diesen im Verbund eingesetzt werden. (anm)