Der sogenannte \’Footprint\‘ der Automatisierungshardware – also der Platz, den die Geräte im Schaltschrank verbrauchen – spielt bei Maschinen- und Anlagenbauern heute eine entscheidende Rolle. Stefan Schönegger erklärt: \“Man darf dieses Thema wirklich nicht unterschätzen.\“ Vor diesem Hintergrund wurden die Acopos P3-Servoverstärker entwickelt. \“Der Acopos P3 kann pro Gerät bis zu drei Achsen ansteuern. Sein Gehäuse ist jedoch nicht größer als ein herkömmlicher Ein-Achs-Verstärker. Die Platzersparnis liegt damit bei 69%. Bei der Platzeffizienz setzt sich der P3 an die Spitze der Servoverstärker mit integrierten Safety-Funktionen: Die Leistungsdichte des Drei-Achsers liegt bei mehr als vier Ampere pro Liter\“, so Schönegger weiter. Der Vorteil für den Kunden liegt klar auf der Hand: \“Wir haben Anwender gesehen, die für ihre Maschinen sieben bis acht Schaltschränke benötigt haben – das ist ein logistischer Wahnsinn. Durch viele Verbesserungen können wir diesen Platzbedarf heute auf zwei Schaltschränke reduzieren. Auch wenn es nicht das absolut höchste Entwicklungsziel war, ist es doch ein erheblicher Wettbewerbsvorteil für unsere Kunden.\“ Die Miniaturisierung ist bei B&R durchaus nichts Neues. Bereits im Bereich der Industrie-PCs stand das Thema auf der Agenda und hat mit dem Automation PC 2100 vorerst seinen Höhepunkt gefunden, erklärt Schönegger. \“Wir haben bei der Entwicklung der Acopos P3-Antriebe von dem Know-how profitiert, das wir über Jahre im PC-Bereich aufgebaut haben: wie Kühlkörper gebaut und kompakte Gehäuse designt werden, wie auf wenige Leiterplatten reduziert wird usw. Aus diesen Erfahrungen haben wir natürlich sehr viel übernommen.\“
Schneller: 50µs Abtastzeit
Für hochdynamische und präzise Prozesse, wie sie beispielsweise in der Druck- und Verpackungsindustrie vorkommen, müssen Bewegungen sehr schnell und exakt gesteuert werden. \“Einer der geschwindigkeitslimitierenden Faktoren ist die Abtastzeit der Servoverstärker. Die Zykluszeit für Strom-, Geschwindigkeits- und Positionsregelung des Acopos P3 liegt bei 50µs\“, erläutert Schönegger. Dafür wurde den Antrieben eine leistungsfähige CPU spendiert. Um so eine Regel-Kaskade von 50µs zu erreichen, sprechen wir von Leistungsklassen, die man heute in Laptops findet. Es ist ein ARM-basiertes System, im Leistungsbereich eines Laptops. Diese Abtastzeiten ermöglichen es B&R, neue regelungstechnische Verfahren umzusetzen, die sich unter dem Begriff \’virtuelle Sensorik\‘ zusammenfassen lassen. Die notwendige Bandbreite und Präzision am Netzwerk liefert Powerlink. Durch den Energiespartrend im Maschinenbau sind Leichtbaukonstruktionen auf dem Vormarsch. Bewegte Massen sollen gering gehalten und so der erforderliche Energieeinsatz reduziert werden. Das führt jedoch zu geringerer Steifigkeit und höherer Elastizität. \“Virtuelle Sensorik erlaubt uns die Regelung elastischer Systeme ohne den Einsatz zusätzlicher Positionsmesssysteme am Eingriffspunkt des Prozesses. Auch hier gewinnt der Kunde viele Vorteile, denn er spart Hardware, Integrationskosten und vermeidet Fehlerquellen\“, so Schönegger. 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: 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. Stefan Schönegger erklärt dazu: \“Mit dem Acopos Multi haben wir schon ein riesengroßes Portfolio an Sicherheitstechnik abgedeckt. Auch in der Netzwerk-basierten Sicherheitstechnik sind wir so weit, wie wir den Markt im Überblick haben, führend. Der P3 wird hier nochmal eins drauf legen. Er ist durch seine bereits erwähnten Fähigkeiten dafür prädestiniert, in Robotikanwendungen eingesetzt zu werden, z.B. in klassischen Sechs-Achs-Systemen. Hier spielt das Thema der sicheren Arbeitsraumüberwachung eine zentrale Rolle. Was diese Industrie wirklich sucht, ist ein absolut zaunloses System. Es gibt heute bereits pseudo-zaunlose Systeme, die mit sehr vielen Laser-Scannern und Lichtgittern arbeiten. Wirklich zaunlos sind diese Systeme jedoch noch nicht. Daher sind die Sicherheitsfunktionen im Acopos P3 ein ganz entscheidender Schritt, um in dieser Richtung auch das letzte verbleibende Wegstück hin zur sicheren Arbeitsraumüberwachung zu realisieren.\“ 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 Safety Limited Speed (SLS) und SLT bietet zusammen mit der ultraschnellen Reaktionszeit einen hochwirksamen Schutz vor Verletzungen. Ebenfalls neu ist die Sicherheitsfunktion Remanent Safe Position (RSP). Mit dieser sicheren Positionsinformation lassen sich sämtliche seriellen Kinematiken von Robotern bezüglich Geschwindigkeit, Orientierung und Arbeitsraum sicher überwachen. Alle 14 Safety-Funktionen sind vollständig netzwerkbasiert und durch Open-Safety dynamisch im System einsetzbar. Schönegger: \“Powerlink und OpenSafety sind entscheidende Basis-Technologien, die das Kernstück des Acopos P3 bilden. Hier werden natürlich auch diese neuen Sicherheitsfunktionen in der Spezifikation nachgezogen, sodass das auch alles frei dokumentiert wird und die freie Funktionalität zugänglich ist.\“
Motorhybridkabel
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 Motorhybridkabellösung werden Motorstrom, Geber- und gegebenenfalls auch Sicherheitsinformationen digital mit einem einzigen Kabel zwischen Acopos P3 und Motor übertragen. \“Der Vorteil für den Kunden liegt auch hier klar auf der Hand\“, so Schönegger: \“Komponenten- und Inbetriebnahmekosten werden eingespart und Fehlerquellen reduziert.\“ Eine herkömmliche Verbindung mit Motor- und Geberkabel ist jedoch auch weiterhin problemlos möglich.
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. 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. Schönegger dazu: \“Selbst im nahe gelegenen Italien gibt es Gebiete, die über ein anderes Stromnetz verfügen. Mit dem Acopos P3 können wir mit einem einheitlichen System die Welt versorgen.\“ Einen wesentlichen Vorteil sieht Schönegger jedoch auch hier in der Reduzierung der Kosten für Maschinen- und Anlagenbauer: \“Es ist doch so: Die Maschinenpreise sinken, die Elektronikpreise sinken und in der Folge wird es immer wichtiger auf so vermeintlich unscheinbare Dinge wie einen Trenntrafo zu achten. Vor zehn Jahren hat das vielleicht keine Rolle gespielt, jetzt ist es aber von Bedeutung. Genauso das Verkabelungsthema. Deswegen legen wir auch diese sehr starke Software-Entwicklungs-Fokussierung auf virtuelle Sensorik. Im Grunde geht es darum, Kabel einzusparen, unter Beibehaltung der Regelungsgüte.\“ 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.
Fazit
Mit dem Acopos P3 stellt B&R eine leistungsfähige Weiterentwicklung seines bisherigen Antriebssegmentes bereit. Nicht nur die erheblichen Platzeinsparungen bieten Anwendern neue Möglichkeiten, auch technologisch bringt der Acopos P3 die Servoantriebstechnik voran. B&R stellt den Acopos P3 auf der SPS IPC Drives im November 2014 in Nürnberg vor. Er wird in Versionen mit einer, zwei und drei Achsen angeboten und deckt ein Leistungsspektrum von 0,5 bis 24kW 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. Diese werden übrigens weiter bei B&R verfügbar sein. Stefan Schönegger gibt uns am Ende unseres Gespräches noch folgendes mit auf den Weg: \“Besuchen Sie uns auf der SPS IPC Drives in Halle 7 Stand 206 – neben dem Acopos P3 erwarten Sie weitere Neuheiten. Erfahren Sie zum Beispiel, wie sich die Entwicklungszeit neuer Maschinen und Anlagen um durchschnittlich 67% reduzieren lässt.\“
@kein Stil:
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