Nicht schief gewickelt: Synchrone Bewegungen durch Servoantriebssysteme

Ob in Werkzeugmaschinen, Verpackungsmaschinen oder Industrierobotern – das Anwendungsspektrum für Servoantriebssysteme ist breit gefächert und stellt hohe Ansprüche an Dynamik und Präzision. Vor diesem Hintergrund hat die Hitachi Drives & Automation GmbH in Düsseldorf die Produktpalette im Bereich der AC-Servos ausgebaut. Nach der Einführung von Servoverstärkern auf dem europäischen Markt vor zwei Jahren ist inzwischen eine neue Generation verfügbar: die ADAX4-Serie. Der Funktionsumfang des Verstärkertyps wurde erweitert; zudem ist die Vernetzung über eine ModbusRTU-Schnittstelle möglich. Die Servoverstärker kommen bereits in verschiedenen Applikationen zum Einsatz. Ein Beispiel ist eine kombinierte Draht- und Bandwickelmaschine, die Technologie-Hersteller zur Fertigung von Ringkerntransformatoren nutzen. Diese werden in Anwendungen wie der Medizin-, Verkehrs-, Beleuchtungs- oder Automatisierungstechnik verbaut. Sie haben einen kleinen Luftspalt, ein geringes Gewicht, eine hohe Induktion, eine geringe Erwärmung und arbeiten geräuscharm. Um diese vielseitig anwendbaren Trafos herstellen zu können, bedarf es einer Produktionsmaschine mit hoher Präzision, die auch wirtschaftlichen Kriterien gerecht wird. Daher war es dem Hersteller dieser anspruchsvollen Anwendung wichtig, dass zum einen die technischen und wirtschaftlichen Vorgaben erfüllt werden. Gerade im Spezialmaschinenbau herrscht im Zuge der Globalisierung ein hoher Preisdruck, sodass immer die richtige Balance zwischen Technik und Wirtschaftlichkeit gefunden werden muss. Präzise aufeinander abgestimmt Bei der Draht- und Bandwickelmaschine spielt die Genauigkeit sowie die Synchronität zwischen den Wickelköpfen und dem Wickelträgervorschub eine zentrale Rolle. Denn bei einer Mehrlagenwickelung ist das exakte Wickeln der einzelnen Lagen das entscheidende Qualitätsmerkmal des Endprodukts. In der Maschine kommen drei Servoverstärker vom Typ ADAX4 mit ModbusRTU-Schnittstelle zum Einsatz. Die kompakten Servoverstärker decken einen Leistungsbereich von 0,1 bis 7kW ab. Mithilfe der standardmäßig integrierten Programmfunktion können 512 Programmschritte mit einer an Basic angelehnten Programmiersprache implementiert werden. Zusätzlich ermöglicht es der Servoverstärker, 100 Positionen, 16 Geschwindigkeiten, Drehmomente, allgemeine Variablen und Timer intern zu speichern. Der Funktionsumfang wird mit zwölf Digital- und vier Analog-Eingängen sowie acht digitalen Ausgängen ergänzt. Die integrierten Funktionen wie Referenzierungen, Positionierungen und Synchronisierung ermöglichen es, mit dem Servoverstärker intelligente Stand-alone-Lösungen zu realisieren. Über die ModbusRTU-Schnittstelle lassen sich die einzelnen Programmschritte anstoßen und neue Sollwerte übertragen. Die Verstärker regeln die Hitachi-eigenen Servomotoren, die ebenfalls im Leistungsbereich von 0,1 bis 7kW lieferbar sind. Die Motoren der Baureihe ADMA (0,1 bis 0,7kW) sind mit einem seriellen 17Bit-Encoder ausgestattet, der ein exaktes Positionieren ermöglicht. Die Servomotoren sind mit und ohne Haltebremse ab Lager verfügbar. Die Motoren wurden für hohe Anforderungen an Dynamik und Präzision entwickelt. Vernetzte Servoverstärker Mithilfe der ModbusRTU-Schnittstellen lassen sich die Servoverstärker vernetzen und eignen sich auch für Mehrachsanwendungen. Bei der ModbusRTU handelt es sich nicht um eine Highspeed-Kommunikation, doch aufgrund der kurzen Ansprech- und Positionierzeiten intern im Servoverstärker können dynamische Anwendungen realisiert werden. Die ADAX4-Serie lässt sich ebenso mit einer DeviceNet- oder Sercos-Schnittstelle in Antriebssysteme integrieren. Als Modbus-Master kann – wie in der Draht- und Bandwickelmaschine – die Hitachi-Kompakt-SPS der Serie MicroEH verwendet werden. Mit der frei programmierbaren integrierten RS422/485-Schnittstelle können die Servoantriebe angesteuert werden. In dieser speziellen Applikation wurde die ­MicroEH64-SPS genutzt. Sie kann ein 64kByte großes Anwenderprogramm abarbeiten und bietet mit 40 Ein- und 24 Ausgängen hohe Flexibilität. Des Weiteren bietet die CPU Zählereingänge mit 65kHz, Interrupt-Eingänge sowie 100kHz-Puls- und PWM-Ausgänge. Um die gesamte Maschine zu bedienen, wurde sie mit einem Hitachi-Touchpanel der Serie EH-HMI TP28 ausgestattet. Es handelt sich dabei um ein 7,5\“-TFT-VGA-Display mit 65.000 Farben. Integration ins Anlagenkonzept Aufgrund der einfachen Programmierung und Bedienbarkeit der AC-Servos ADAX4 konnte der Anwender sie leicht in das vorhandene Anlagenkonzept integrieren. Und aufgrund des Produktportfolios der Hitachi Drives & Automation GmbH können Anwender alle Antriebs- und Automatisierungskomponenten aus einer Hand beziehen. Durch die Vernetzung der Komponenten via ModbusRTU kann auf diesem Weg ein Frequenzumformer der Serie L/SJ200 eingebunden werden. Durch die Verlagerung der Intelligenz in die Servoverstärker der Serie ADAX4 können die SPS und Buskommunikation reduziert werden. Somit können auch technisch anspruchsvolle Anwendungen mit Dynamik und Positioniergenauigkeit umgesetzt werden.