Maschinenhersteller stehen heute vor großen Herausforderungen: Sie müssen flexibel und schnell auf veränderte Marktgegebenheiten und Kundenanforderungen reagieren. Dabei steht den hohen Anforderungen an die Flexibilität ein Bedürfnis nach weniger Komplexität gegenüber. Seit den 1980er-Jahren gilt die Modularisierung im Maschinenbau als Schlüssel für eine derartige, flexible und kundenorientierte Produktentwicklung. Konfigurierbare Konzepte erlauben es, bestimmte Funktionen und damit Module für eine Maschinenvariante zusammenzustellen. Diese Vorgehensweise stellt allerdings hohe Ansprüche an eine Automatisierungslösung und deren Komponenten. Sie müssen ebenso flexibel und durchgängig gestaltet sein, wie die Maschine selbst. Die Antwort darauf sind auch hier Baukastenprinzipien und Plattformstrategien.
Durchgängiges Portfolio
Die langjährige Erfahrung in der zentralen Automatisierung hat bei AMK dazu beigetragen, dass neue Ansätze und Lösungskonzepte entwickelt wurden. Seit mehr als 15 Jahren verfügt der Automatisierungsanbieter über ein dezentrales Produktportfolio, das mit der Zeit zu einem Komplettsystem ausgebaut wurde, das durchgängige, dezentrale Automatisierungslösungen ermöglicht. Diese Lösungen sind seit Jahren tausendfach im Einsatz und haben dazu beigetragen, der anfänglichen Skepsis gegenüber motornahen oder motorintegrierten Antriebsreglern technisch zu begegnen. Mittlerweile können Maschinenbauer bei AMK aus einem umfangreichen dezentralen Portfolio wählen: Von dezentralen Steuerungen bis zu Umrichtern und Wechselrichtern in verschiedenen Leistungsklassen und Baugrößen, oder auch als Einheit mit Servomotor.
Dezentrale Steuerung
Der dezentrale Motion Controller iSA in IP65-Ausführung bietet zusätzlich zu seiner Steuerungsintelligenz eine integrierte Einspeisung, die für 5kW Dauerleistung ausgelegt ist. Am Ethercat-Master wurden bereits Applikationen mit 36 Antrieben realisiert. Die iSA-Serie kann auch als Gateway für Ethernet/IP, Profinet und Ethercat eingesetzt werden. Ihre Rechenleistung bildet die Grundlage für schnelle und präzise Motion Control mit ausreichend Luft für die Ablaufsteuerung und falls notwendig für die Visualisierung. Die Motion Controller verfügen über eine integrierte 24V-Versorgung und es bedarf nur der Leistungsversorgung mit 3x400VAC um die DC-Versorgungsspannung für die Servoantriebe zu erzeugen.
Dezentrale Servoregler
Die dezentralen Servoregler gibt es in IP65-Ausführung und einem skalierbaren Kühlkonzept für Dauerleistungen bis 5kVA (INenn=8,2A) bzw. kurzzeitiger doppelter Spitzenleistung. Werden dezentrale Servoregler in modulare Maschinenmodule integriert, verändert sich zunächst die Verkabelungsarchitektur: Die Motorkabel, also Leistungs- und Geberkabel, müssen nicht mehr zentral vom Schaltschrank zu jedem Antrieb gezogen werden. Es werden entweder Leistungs- und Echtzeit-Ethernet-Kabel oder gar Hybridkabel von der Einspeisung oder von einen zum anderen Servoregler durchgeschleift. Dann wird der Motor nur noch über meist kurze Motorleistungs- und Geberkabel mit dem dezentralen Regler verbunden, denn der Regler soll möglichst nahe am Motor auf dem Maschinengestell platziert werden. Der Vorteil dieser Daisy-Chain-Verdrahtung kommt besonders bei bewegten Achsen zum Tragen: Befinden sich mehrere Antriebe auf einer bewegten Achse, reduziert sich der Kabelschlepp auf eine Zuleitung. Bei einer Maschine mit mehreren Achsen kommen hier schnell einige Meter zusammen, die so eingespart werden können. Ein weiterer Vorteil der Daisy-Chain-Verdrahtung ist, dass die Antriebe am gleichen Zwischenkreis hängen und sich dadurch vor allem bei intermittierendem Betrieb der einzelnen Achsen (typ. Servobetrieb) ein mittlerer Strombedarf auf dem Zwischenkreis einstellt. Das kommt vor allem dadurch, dass generatorische Energie und motorischer Betrieb einzelner Achsen sich im Zwischenkreis ausgleichen können und somit eine optimale Energienutzung stattfindet.
Motorintegrierte Servoregler
Besonderes Einsparpotential bei der Verkabelung bieten Servomotoren mit integriertem Umrichter. Durch die bauliche Einheit von Motor und Wechselrichter entfallen schließlich auch noch das Motorleistungs- und das Gebersignalkabel. Und mit jedem eingesparten Kabel reduzieren sich auch entsprechend die Installationskosten. Zusätzlich werden bis zu 50% Bauvolumen und damit auch die entsprechende Schaltschrankgröße eingespart. Die motorintegrierten Antriebslösungen von AMK sind in Flanschgrößen von 55 bis 100mm und jeweils in verschiedenen Baulängen erhältlich. Durch den Einsatz unterschiedlicher Kühlkonzepte sind weitere Steigerungen der Effizienz möglich. Dabei stehen Konvektions-, Luft- und Flüssigkeitskühlung zur Verfügung. Daraus ergeben sich Leistungssteigerungen um bis zu 50% Spitzenleistung und 65% Dauerleistung. Im Produktionsalltag punkten die dezentralen Antriebe nicht nur in Sachen Schock- und Vibrationsfähigkeit und der Schutzartausführung in IP65. Auch STO ist bereits integriert. Weitere Sicherheitsfunktionen wie SS1 und SS2 können über FSoE realisiert werden.
Flexible Maschinenkonzepte
Je größer die Auswahl der unterschiedlichen Antriebsmodule, desto mehr Freiheit bei der Realisierung von Maschinenkonzepten. Es geht aber nicht nur darum, was technisch möglich ist. Entscheidend ist am Ende, was im speziellen Anwendungsfall am sinnvollsten ist. Das erfordert auf der Seite des Automatisierungsanbieters eine hohe Lösungskompetenz. Die Kunst liegt in der Kombination der Komponenten und der entsprechenden Einbindung in die endgültige Automatisierungslösung für die jeweilige Maschine. Dabei spielen im Zeitalter von IIoT natürlich auch die Integration in die Anlagenperipherie bis hin zu Cloudsystemen und der mobile Zugriff über Apps eine wichtige Rolle. Nachträgliche Erweiterungen bestehender Anlagen sind problemlos möglich. Das sorgt für Nachhaltigkeit, lange Lebensdauer und hohe Wertbeständigkeit der Maschinen.
