Schnelle Ethernet-Welt: Frequenzumrichter durchgängig in Ethercat-Netzwerke einbinden

vor allem ausgedehnte Anlagen mit zahlreichen Netzwerkknoten und großen Datenaufkommen lassen sich mit konventionellen Feldbussen ökonomisch nicht mehr vertretbar realisieren. \“Hier haben Profinet, Powerlink und Ethercat in Europa gute Chancen, die Feldbusse zu ergänzen und langfristig abzulösen\“, ist Sören Mirbach, Produktmanager Steuerungstechnik bei Lenze, überzeugt. Als Beispiel nennt Mirbach die Synchronisation vieler Achsen. Diese Form der Gleichlaufanwendung ist häufig in Maschinen der Branchen Verpackung, Druck und Kunststoffverarbeitung zu finden. Die Frage, welcher Echtzeit- Ethernet-Bus der richtige und welche Technologie nun die bessere ist – sie hat in der Praxis einen eher akademischen Charakter. Viel wichtiger ist angesichts des Strebens nach vollständiger Integration, sämtliche Komponenten eines Automatisierungssystems als Teil eines Ganzen zu betrachten. Bezogen auf die Antriebstechnik müssen folglich Kombinationen von Frequenz- und Servoumrichtern nahtlos ineinander greifen – und das ohne zeitfressenden Integrationsaufwand oder komplizierte Kommunikationsschnittstellen. Lenze bindet deshalb nach den Servo Drives 9400 auch die neue Generation der Frequenzumrichter, die Inverter Drives 8400 über ein steckbares Modul in Ethercat-Netzwerke ein. Frequenzumrichter 8400 Die Frequenzumrichter-Reihe hat Lenze mit den Ausbaustufen BaseLine, StateLine und HighLine konsequent skaliert konzipiert. Der Funktionsraum baut dabei aufeinander auf und ermöglicht so passgenaue Lösungen – \’Rightsizing\‘ genannt. Als spannungsgesteuerter Drehzahlsteller oder im Betrieb mit sensorloser Vektorregelung ist der 8400 BaseLine für den Einsatz in kontinuierlichen Prozessen wie einfachen Fördersystemen, Pumpen und Lüftern zugeschnitten. In puncto Funktionalität und Antriebs- verhalten ist er das Einstiegsmodell. Der 8400 StateLine stellt weitergehende Funktionen zur Verfügung: beispielsweise Fahrprofile zum sanften, verschleißarmen Beschleunigen, eine neuartige patentierte Fangschaltung für das ruckfreie Einfangen trudelnder Motoren in beiden Richtungen, Bremsenhandling zur Ansteuerung von Betriebsbremsen sowie eine serienmäßig integrierte CANopen-Schnittstelle. Mit der Anschlussmöglichkeit eines HTL-Encoders erweitert sich das Einsatzspektrum zusätzlich. Typische Anwendungen dieser Ausführung sind Extruder, Linien- und Fahrantriebe, Hochgeschwindigkeitsrolltore, einfache Hubtische oder Verstellantriebe. Schnell positionieren Hohe Anlagenproduktivität zu erreichen heißt, Positioniervorgänge in Produktionsmaschinen möglichst schnell zum Abschluss zu bringen. Wie diese Aufgaben technologisch umgesetzt werden, resultiert im Wesentlichen aus den Parametern Geschwindigkeit, Dynamik, Drehmoment und Präzision. Vor dem Hintergrund einer möglichst optimal dimensionierten Antriebslösung, leitet sich daraus die Wahl der Komponenten ab. Der 8400 HighLine enthält eine integrierte Tabellenpositionierung (Indexing), um die Lücke zur Servotechnik zu schließen. Statt bei Anwendungen mit vergleichsweise langsamen Bewegungsprofilen und relativ niedriger Präzision gleich zur Servotechnik zu greifen, lassen sich diese Aufgaben mit preiswerteren Frequenzumrichtern realisieren – und das ohne Einbußen bei der erforderlichen Performance. Komplexität senken Mit dieser Lösung werden übergeordnete Steuerungen von der Positionsverwaltung, die auf HTL-Geberimpulsen basiert, befreit. Die gesamte Koordination der Positionierung samt Referenzpunktfahrt und die Umrechnung der Geberimpulse auf Streckenwerte erfolgt innerhalb des Umrichters. Deshalb reduziert sich die Komplexität von SPS-Programmen. Sie verkürzt zudem die Inbetriebnahmezeiten und beschleunigt den Service. Der 8400 HighLine kann auf seinem steckbaren Memory Modul bis zu 15 separate Fahrprofile mit je 225 Stützwerten speichern. Die Positionierung mit ruckfreien Beschleunigungsrampen basiert auf absoluten oder relativen Positionsvorgaben. Aufgrund der 100kHz-Rückführung in Kombination mit hochauflösenden Impulsgebern werden dynamische und präzise Positionierantriebe in Asynchrontechnik ermöglicht. Dabei ist sogar möglich, in speziellen Anwendungen auch auf den Geber ganz zu verzichten – was noch einmal zur Kostensenkung beiträgt. Durchgängige Kommunikation Vor dem Hintergrund einer optimalen Gesamtlösung muss die Koexistenz von Servo- und Frequenzumrichtern in einer Anlage harmonisch sein. Für einen möglichst geringen Integrationsaufwand kann es nur sinnvoll sein, die Kommunikation durchgängig mit einem System zu realisieren. Weil sich Lenze seit jeher mit einer breiten Varianz von Busanschaltungen in vorhandene Steuerungssysteme integriert, steht für die Inverter Drives 8400 ab StateLine ein steckbares Modul für Ethercat zur Verfügung. Das Summenrahmenverfahren (der in einem Frame übertragene Datenblock enthält Daten für alle Teilnehmer) verbessert die Datenübertragung. Das bedingt auch, dass eine Datenmanipulation im Durchlauf möglich ist, sodass nur geringe Verzögerungszeiten auftreten. Auch bei kleinen zu übertragenen Datenmengen lässt sich die von Ethernet bereitgestellte Bandbreite voll ausschöpfen, da beim Summenrahmenverfahren der Overhead-Anteil klein ist. Die exakte Synchronisierung der Teilnehmer findet bei Ethercat über ein verteiltes Uhrenprotokoll statt. Sicher ist die Frage berechtigt, ob Frequenzumrichter im Vergleich zur schnelleren und präziseren Servotechnik überhaupt die Möglichkeiten der neuen Ethernet-Welt ausschöpfen können. Statt einer rein technologischen Betrachtung treten hier vielmehr Aspekte aus dem Bereich der Lebenszykluskosten in den Vordergrund. Weil auch die Frequenzumrichter die innovative Ethernet-Kommunikation einer Anlage nutzen, reduziert sich etwa der Aufwand für Montage und Ersatzteilhaltung. Geringer Engineeringaufwand Ein weiterer Nutzen liegt im Engineering begründet. Die einheitliche Kommunikation macht den Weg frei, um sämtliche Achsregler einer Anlage von einem zentralen PC aus zu programmieren. Dafür stellt Lenze den L-force Engineer zur Verfügung. Das zentrale Softwaretool ermöglicht den Zugriff auf sämtliche Antriebe einer Anlage innerhalb eines übersichtlich dargestellten Projektes. Bezogen auf die Lebenszykluskosten sinkt folglich der Engineeringaufwand. Schnelleres Arbeiten sorgt zudem dafür, dass Anlagen schneller in Betrieb gehen können und Geld verdienen.