In der Praxis kommt es beim ersten Probelauf von Achsen immer wieder zu ernüchternden Ergebnissen, wenn nur die Standardwerte für die Regelkreisparameter eingesetzt werden. Anstatt mit hoher Dynamik schleicht sich dann etwa der Antrieb in seine Zielposition oder die Regelkreise schwingen sich auf und mindern die Präzision. In beiden Fällen ist eine nachträgliche Anpassung der Regelkreise notwendig, um die nötige Prozesssicherheit und die geforderten Taktzeiten zu erreichen. Moderne Inbetriebnahmesoftware umfasst eine Vielzahl von Tools von Datenspeichern über automatische Motoridentifikation bis hin zu automatischem Tuning und Zykluszeitoptimierung.
Im Werk ermittelte Werte erleichtern die Inbetriebnahme
Einige Hersteller, wie Bosch Rexroth bei den IndraDyn A und S Baureihen, rüsten ihre Servomotoren mit Feedbackdatenspeichern aus. Dort sind die durch Messungen im Werk ermittelten Motordaten und Stromreglerparameter bereits abgespeichert. Bei der Inbetriebnahme des Motors liest der Antriebsregler diese Daten aus und setzt damit automatisch die entsprechenden Daten und Parameter. Ist kein Feedbackdatenspeicher vorhanden, bieten Hersteller spezifische Datenbanken, aus denen der Inbetriebnehmer die jeweiligen Werte übernehmen kann. Bei allen anderen Motor-/Reglerkombinationen muss er die Motor- und Geberdaten wie Nenn- und Maximalmoment, Nenn- und Maximalstrom, Polpaarzahl, Nenn- und Maximaldrehzahl, Motor-Längs- und Querinduktivität sowie den Wicklungswiderstand manuell eingeben. Darüber hinaus muss er in den meisten Fällen noch einige Parameter der angeschlossenen Mechanik aus den Dokumentationen heraussuchen und einpflegen. Die eingegebenen Motordaten bilden die Basis, auf der die Firmware die Parameter für den Stromregler berechnet. Hat der Inbetriebnehmer die Daten für Wicklungswiderstand und Induktivität nicht zur Hand, stellen ihm Engineeringumgebungen wie IndraWorks von Rexroth eine automatische Motordatenidentifikation zur Verfügung. Dieses Tool misst den Motor aus und ermittelt die fehlenden Werte. Zusätzlich optimiert die Motoridentifikation die Stromreglereinstellungen. Eine hilfreiche Zusatzfunktion deckt eine häufige Fehlerquelle bei der Montage auf: Bei der Motoridentifikation überprüft die Antriebsfirmware zusätzlich auch die Verkabelung der Motor- und Geberleitungen. Hier bieten die meisten Hersteller vorkonfektionierte Kabel, die Fehler bei der Verdrahtung der Motor- und Geberkabel ausschließen. Ist kein Motor-Feedbackdatenspeicher mit einem gespeicherten Kommutierungswinkel vorhanden, führt der Antriebsregler beim ersten Einschalten der Achse eine automatische Ermittlung des Kommutierungsoffsets durch. Hier kann der Techniker zwischen dem Sättigungs- und Sinusverfahren auswählen. Der wichtigste Unterschied: Beim Sättigungsverfahren muss sich die Achse nicht bewegen. Es kommt darum sehr häufig bei vertikalen Achsen, beispielsweise bei Pick-and-Place-Einheiten, zum Einsatz. Dagegen erfordert das Sinusverfahren eine freie Bewegung der Achse.
Manueller Feinschliff der kaskadierten Regler
In einigen Fällen sowie beim Einsatz von Sondermotoren stoßen die automatischen Verfahren der Motoridentifikation an ihre Grenzen. Hier kann es sinnvoll sein, die Stromregler manuell zu überprüfen und an die individuelle Aufgabe anzupassen. Wichtigste Voraussetzung: Der Motor muss mechanisch geklemmt werden, sodass keine Bewegung entstehen kann. Der Inbetriebnehmer schaltet dann den Antriebsregler in die Betriebsart Momentenregelung. Als Momentensollwert gibt er einen Sprung bis maximal 20% vom Nennmoment vor. Über die Oszilloskopfunktion, bei Bosch Rexroth Bestandteil der Inbetriebnahmesoftware für Antriebsregler, zeichnet er die Sprungantwort des momentenbildenden Stroms auf. Stellt die Anwendung sehr hohe Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Bewegung, oder handelt es sich bei dem eingesetzten Motor um einen niederinduktiven oder schnell drehenden Motor, so muss er in einigen Fällen eine höhere Pulsfrequenz einstellen. Dadurch wird die Stromwelligkeit reduziert und die Dynamik erhöht. Die Pulsfrequenz sollte er dabei vor der Feineinstellung der Motordaten festlegen.
Automatisches Tuning der Drehzahl- und Lageregler nutzen
Nach dem Stromregler folgen die Arbeiten an den Drehzahl- und Lagereglern. Am einfachsten ist dabei ein automatisches Tuning, wie es Bosch Rexroth in die Antriebsregler-Software integriert hat. Das Autotuning ermittelt das externe Massenträgheitsmoment und die Parameter für den Drehzahl- und Lageregelkreis vollständig. Dazu führt die Achse in einem zuvor fest definierten Verfahrbereich eine vollautomatische Bewegung aus und die Software bestimmt die am besten geeigneten Parameter. Wenn zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Achsen eine Achsbewegung noch nicht möglich ist, besteht die Möglichkeit, die Regelkreisparameter für Drehzahl- und Lageregler durch die Inbetriebnahmesoftware von IndraWorks zu berechnen. Allerdings muss hierzu das externe Massenträgheitsmoment bekannt sein.
