Durch den Einzug der Feldbussysteme in die Automatisierungstechnik werden an die einzelnen Komponenten geänderte Anforderungen gestellt. Moderne Maschinenkonzepte verlangen immer mehr nach intelligenten, dezentralen Antrieben. Durch ihren Einsatz erzielt man eine hohe Produktqualität, Rationalisierungseffekte, Energieeinsparung, geringe Wartungskosten und somit in Summe eine Kostenreduzierung. Die Notwendigkeit intelligente, dezentrale Antriebe einzusetzen, wurde von den Anwendern früh erkannt. Das führte zu verschiedenen Ausführungen in der Servotechnik. Die Qualität des Antriebs, dazu zählt im Besonderen die Dynamik der Drehzahl- und Lageregelung, stellt den wesentlichen Parameter zur optimalen Prozesssteuerung dar.
Steuerungssysteme für flexible Automatisierung
Die heute noch oftmals anzutreffende Aufteilung der Komponenten in der Anlage existiert seit Beginn der Servotechnik und hat sich bewährt. Dabei werden die einzelnen Funktionselemente separat angeordnet. Derartige Systeme kommen auch heute noch zum Einsatz, werden aber zunehmend von den höher integrierten Lösungen verdrängt. Ein wesentlicher Vorteil besteht in der freien Kombination der Funktionselemente in Bezug auf Leistungsfähigkeit und Herstellerauswahl. Außerdem kann hier jeder Punkt des Antriebs mit konventioneller Messtechnik erfasst werden. Die Einführung intelligenter digitaler Servoregler seit Mitte der 90er Jahre brachte viele Vereinfachungen und eröffnete neue Möglichkeiten. Bild 1 zeigt das aktuelle Konzept. Die bisher getrennten Funktionen konnten durch Einsatz leistungsfähiger Prozessoren in einem Gerät vereinigt werden. Nachteilig ist hier die notwendige Motoranpassung und der immer noch vorhandene Verdrahtungsaufwand. Die Kombination von Motor, Leistungselektronik, Regelelektronik und Feldbussystem in einem Gerät war meist aus technischen und wirtschaftlichen Gründen zu diesem Zeitpunkt nicht möglich. Die digitalen Servoverstärker sind heute das Standardprodukt zur Lösung von Antriebsaufgaben. Daneben sind für kleine Leistungen analoge Servoverstärker im Einsatz.
Der intelligente integrierte Antrieb
Die Entwicklung im Bereich der Elektronik hat im Bereich der Mikroprozessoren zu teilweise drastischen Leistungssteigerungen geführt. Gleichzeitig fand eine Verbesserung der Parameter verschiedener Elektronikkomponenten statt. Diese Entwicklung gepaart mit moderner Servomotorentechnologie und der Erfahrung aus der digitalen Antriebstechnik führten zu den heute verfügbaren kompakten Antrieben. Die integrierten Antriebe haben ein hohes Maß an Leistungsfähigkeit und Funktionalität und eröffnen neue Lösungsmöglichkeiten. In Bild 3 wird deutlich, wie stark diese Konzentration war. Daraus wird die dramatische Reduzierung des Aufbaus und Setups einzelner Komponenten, der Verdrahtung und des Platzbedarfs deutlich. Derzeit sind nicht alle Anwender in vollem Umfang mit der neuen Technologie vertraut und verlieren somit die Möglichkeiten, ihre Maschine oder Anlage modern und optimal zu gestalten. Zudem sind derzeit integrierte Systeme meist in der Leistung begrenzt und überschreiten die 100 bis 200W-Leistungsgrenze nicht. Dadurch ist auch der Anwendungsbereich begrenzt. Daraus abgeleitet stellt der Anwender die Forderung nach leistungsfähigeren integrierten Antrieben, die diese Leistungsgrenze überschreiten und dadurch den Anwendungsbereich vergrößern. Ein weiterer Vorteil der Prozessorsysteme ist die Transparenz der Daten. Ob physikalische Daten wie Strom, Drehzahl oder Position, so sind auch alle digitalen Zustandsdaten jederzeit verfügbar. Hierzu benötigt man außer der dazugehörigen Kommunikationssoftware nur noch einen Standard-PC. Kostspielige Messgeräte werden zur Inbetriebnahme nicht mehr benötigt. Zudem verfügen die integrierten Antriebe der Baureihe BME über eine \’remote access\‘-Funktion und können somit von einem beliebigen Punkt des LANs oder über das Internet diagnostiziert werden.
Integrierter Servoantrieb auf EC-Motorbasis
Die Baureihe BME ist ein integrierter Servoantrieb, der aus Servomotor, gegebenenfalls Getriebe, Leistungselektronik, Signalverarbeitung, Feldbusinterface und angepasster Stromversorgung besteht. Auf der Grundlage eines modernen DSP-Systems werden für den Anwender alle notwendigen Funktionen bereitgestellt. Somit kann sich der Anwender vollständig auf die Applikation konzentrieren, ohne auf Details des Zusammenspiels zwischen den einzelnen Komponenten des Servosystem eingehen zu müssen. Das wird vor allem durch die hohe Dynamik und Linearität der Regelung und aller untergeordneten Komponenten erreicht. Die Baureihe BME – Basic Motion Element – ist ein dynamischer Servoantrieb auf EC-Motorbasis. Der integrierte Antrieb ist ein Gemeinschaftsprodukt der Mesa Automation GmbH Berlin und der Mavilor Motors SA Barcelona. Mit dem Gerät werden Drehmomente von bis zu 6Nm und eine Spitzenleistung von bis zu 2kW erreicht.Die Abtastzeit der Lageregelung beträgt 250µs, die untergeordneten Regelkreise haben entsprechend kürzere Abtastzeiten, somit können mehrere Achsen einfach synchronisiert werden. Die Parametrierung kann zusätzlich zu der vorhandenen RS232-Schnittstelle über den Feldbus erfolgen. Neben den Betriebsarten Satzfahrt, Profilfahrt und Interpolation sind einfache Drehzahl- und Stromregelung möglich. Die vorhandenen digitalen Ein- und Ausgänge sowie ein analoger Eingang ermöglichen vielfältige Anwendungen. Durch die galvanische Trennung der einzelnen Bereiche wie Feldbus, E/A, Leistungsversorgung und RS232 ist ein zuverlässiger Betrieb unter schwierigen Bedingungen möglich. Die integrierte Elektronik ist für eine Betriebstemperatur von 85°C ausgelegt und ermöglicht einen kurzzeitigen Anstieg um einige 10°C. Durch die Konstruktion ist eine gute thermische Abstimmung zwischen Motor und Elektronik erreicht worden.
