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Marktübersicht: Servoregler

Servoantriebe setzen sich insbesondere aus dem Servoregler (Servoverstärker) und dem Servomotor zusammen. Hohe Dynamik und Positioniergenaugkeit sowie große Drehzahlstellbereiche sind wichtige Anforderungen, die Servoantriebe erfüllen müssen. Bei modernen Antriebsreglern erwartet man, dass sie umfangreiche technologische Regelungen durchführen und Steuerungsaufgaben übernehmen können. Das schlägt sich in der Auslegung der Servoregler und der unterschiedlichen Servomotoren nieder. Unsere Marktübersicht zeigt eine Auswahl verfügbarer Servoregler. Der Schwerpunkt liegt dabei auf kompakten und modularen Systemen.

Die Arbeit eines Antriebs in einem Automatisierungssystem erfolgt über drei Funktionsbereiche: 1. Ablaufsteuerung über SPS-Funktionen, 2. Bewegungssteuerung, z.B. zum Positionieren, 3. Regelung wichtiger Antriebsgrößen wie Drehzahl, Drehmoment und Drehwinkel. Die Bewegungsführung (Motion Control) kann von zentraler Stelle PC-basiert, Controller-basiert oder direkt im Antrieb erfolgen. Im Antrieb selbst lassen sich weitere technologische Funktionen wie Tänzerreglung und Fliegende Säge implementieren. Außerdem können antriebsnahe Logikfunktionen direkt im Antrieb erfolgen. Welches Konzept zum Einsatz kommt, hängt stark von der Anwendung ab. Ein zentrales Konzept eignet sich für koordinierte Bewegungen im Raum, die ein Roboter ausführt. Ein Servoantriebskonzept mit dezentraler integrierter Regelungselektronik wird z.B. bei Verpackungsmaschinen verwendet. Die in einem Antriebssystem eingesetzten Umrichter werden grob eingeteilt in Frequenzumrichter, die eine Drehzahlsteuerung ohne Drehgeber haben, und Servoumrichter (Servoregler, Servoverstärker), die genaue Drehzahlregelungen mit einem Drehgeber vornehmen. Servoregler beinhalten zumeist mehrere interne Regler z.B. für Lage und Strom. Außerdem können einige Servoregler durch die Integration von Regelungsalgorithmen ein breites Motorspektrum antreiben – angefangen bei Synchron-Servomotoren über Asynchronmotoren bis hin zum Linear- und Torquemotor. Zur weiteren Information sei auf unsere Marktübersichten \’Intelligente Antriebe (Integrierte Regler / Umrichter mit Steuerungs- bzw. Technologiefunktionen)\‘ sowie \’Frequenzumrichter\‘ auf unserer Homepage verwiesen.

Drehgeberauswertung

Die Rückführsignale, die unterschiedliche Drehgeber (Encoder) liefern, bilden die Grundlage für die Arbeitsweise des Servoreglers. Hier stehen verschiedene Typen wie Resolver, Sinus-/Cosinus-, Single- und Multiturn-Drehgeber zur Verfügung. Da fehlerhafte Drehgebersignale negative Regelungseffekte hervorrufen können, besteht die Möglichkeit, analoge Signale auf Offset-, Verstärkungs-, Phasen- und Exzentrizitätsfehler zu überprüfen und zu korrigieren, falls das nicht schon in dem jeweiligen Drehgeber geschieht.

Sicherheitsfunktionen

Die Bedeutung von Sicherheitsfunktionen dürfte in Zukunft noch zunehmen, da höhere Geschwindigkeiten der Maschinen das Gefahrenpotenzial für Personal und die mögliche Schadenshöhe für zerstörtes Material oder Maschinen zunehmen. Gleichzeitig besteht der Wunsch, maschinennahe Einrichtarbeiten auch bei laufender Maschine bzw. einer Roboterbewegung vorzunehmen. Neben grundlegenden Sicherheitsfunktionen wie dem Sicheren Halt nach EN954-1 Kategorie 3 (entspricht PL-d oder SIL2) und dem Sicheren Betriebshalt, bei dem die Energieversorgung nicht abgeschaltet wird, gibt es eine Reihe zusätzlicher Sicherheitsfunktionen. Hierzu zählen die Sicher begrenzte Geschwindigkeit sowie zahlreiche Überwachungen für Endlagen, Absolutlage, Drehrichtung, Rampen, Schrittmaß usw. In besonderen Anwendungen werden spezielle Sicherheitsfunktionen benötigt. Ein Beispiel ist die Absturzsicherung einer Vertikalachse. Sie verhindert, dass Personen, die unter der Gefahrenzone einer Maschine arbeiten, gefährdet werden.

Ausblick

Die Servoregler haben sich durch ihre Möglichkeit der hochgenauen Positionierung und dynamischen Bewegungsabläufen bewährt. Die Weiterentwicklung zielt darauf ab, auch schwierigere Antriebssituationen zu beherrschen. Dazu zählt z.B. der Rundlauf bei sehr niedriger Drehzahl oder das Verhindern von Resonanzerscheinungen bzw. Ausregeln von Vibrationen. Neue Sicherheitsfunktionen ermöglichen, dass man auch im Gefahrenbereich eines Roboters arbeiten kann, wenn dieser sich nur mit gefahrloser, begrenzter Geschwindigkeit bewegen kann. Schließlich unterstützt die Software den Anwender bei der Projekterstellung, der Inbetriebnahme (automatisierte Selbsteinstellung) sowie der Bedienung und Diagnose, um komplexe Funktionen in einfache Handhabung zu überführen. (ghl)

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Thematik: Allgemein Ausgabe: SPS-MAGAZIN 8 2007
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