Servoverstärker & Twincat: Software bündelt Antriebsintelligenz zentral

Auf dem Beckhoff-Stand auf der Hannover Messe 2008 steht der Servoverstärker AX5000 im Mittelpunkt. Er ist für die PC-basierte Steuerungstechnik ausgelegt. Dabei wurden die Aufgaben des Antriebs so weit wie möglich reduziert, ohne dass der Anwender auf Komfort oder Regelgüte verzichten muss. Die Intelligenz wurde weitgehend aus dem Antrieb in die Software Twincat verlagert. Dadurch wurde das Gerät in der Handhabung vereinfacht. Der Anwender kann also alles Notwendige in Twincat programmieren. Welche Aufgaben der Antrieb übernimmt, und welche Aufgaben die Steuerung erledigt, wird in der Software zentral geregelt. Dabei befindet sich der Profilrechner in der Steuerung, wo auch die Parameter der Antriebe verwaltet werden. Vor allem wenn Applikationen mit vielen Achsen verwaltet werden müssen, rechnet sich diese zentrale Intelligenz. Denn wo der Anwender sonst die Intelligenz mit jedem Antrieb zusätzlich bezahlen müsste, übernimmt diese Aufgaben zentral die Software. Diese Möglichkeit besteht, weil Ethercat als Backbone der Kommunikation zwischen den Antrieben und der Steuerung verwendet wird. Damit kann der Maschinenbauer der Steuerung alle Aufgaben übergeben – bis hinunter zum Stromregler. Da der Antrieb schnell mit Sollwerten versehen werden kann, vereinfacht sich das Sys­tem, Skalierungen entfallen und die Rechenleis­tung im Antrieb wird reduziert. Außerdem vereinfacht die zentrale Daten- und Parameterverwaltung den Betrieb von komplexen Applikationen. Durch diese Aufgabenverteilung ist kein Querverkehr zwischen den Achsen notwendig, und komplexe Kurvenscheiben oder mehrachsige Bahninterpolationen können zentral mit Twincat realisiert werden. Gesamtsystem für Antriebsaufgaben Dem Anwender steht mit den AX5000-Drives in Verbindung mit Twincat ein Gesamtsystem zur Verfügung, das aus Servoverstärkern, Servo-, Linear- und Schrittmotoren, Getrieben, Kabelsätzen und Zubehör besteht. Viele Maschinenbauer rechnen beim Gerätepreis die Inbetriebnahmezeiten mit ein, deshalb ist eine kurze Inbetriebnahmezeit entscheidend. Hier spielt ein abgestimmtes System seine Stärken aus: Twincat bietet als Gesamtlösung für Antriebsaufgaben eine zentrale Daten- und Parameterverwaltung an – ein zentrales Element des Gesamtsystems. Denn in Twincat kann der Maschinenbauer gleichzeitg die Steuerung, die E/A-Module und die Antriebe parametrieren. Darüber hinaus wird die Inbetriebnahme durch Defaultwertparameter, das elektronische Motortypenschild und in Zukunft das Autotuning vereinfacht. Eigenschaften des Servoverstärkers Da ein- und zweikanalige Module zur Verfügung stehen, entsteht eine hohe Packungsdichte, und der notwendige Platz im Schaltschrank reduziert sich. Außerdem tragen integrierte Komponenten wie Netzfilter, Ballastwiderstand und Netzdrosseln dazu bei, dass der erforderliche Bauraum klein bleibt. Das Basisgerät AX5000 verfügt über einen Weitbereichseingang, sodass es an Netzen mit Spannungen von 1x100VAC -10% bis 3x480VAC +10% betrieben und weltweit eingesetzt werden kann. Der Servoverstärker arbeitet mit einer Stromreglerzykluszeit von 31,24µs und ermöglicht mit diesen dynamischen Regeleigenschaften den Betrieb von niederinduktiven Motoren oder eisenlosen Linearmotoren. Servoverstärker zentral parametriert in Twincat Da der AX5000 zentral in Twincat parametriert wird, verkürzen sich die Inbetriebnahmezeiten, und im Servicefall wird die Handhabung vereinfacht. Somit werden keine unterschiedlichen Tools zur Parametrierung benötigt. Und nach einem Austausch im Servicefall startet der automatische Datendownload. Danach ist die Maschine sofort wieder einsatzbereit. Als Feedbacksysteme unterstützt der Servoverstärker BISS, EnDat, Hiperface und Resolver ohne Zusatzkomponenten. Da Beckhoff ein offenes System anbieten will, kann der Servoverstärker Synchronmotoren, Asynchronmotoren mit und ohne Feedback betreiben, ebenso eisenbehaftete und eisenlose Linearmotoren sowie Direct Torquer. Integrierte Funktionen für Maschinensicherheit Um den sicheren Betrieb zu gewährleisten, bietet der AX5000-Antrieb optional integrierte Sicherheitsfunktionen: Die Wiederanlaufsperre AX5801 verhindert den ungewollten Wiederanlauf des Motors gemäß Kategorie 3 der EN954-1. In der Entwicklung befindet sich eine erweiterte Funktionalität, die u.a. sicher reduzierte Geschwindigkeit, sicher reduziertes Moment, sichere Drehrichtung und ein Bremsmanagement enthält. Diese Funktionalität soll gegen Ende 2008 verfügbar sein. Module erweitern den Servoverstärker Über die Erweiterungsmodule kann der Maschinenbauer das Antriebssystem seinen Anforderungen anpassen. Die Verbindung der Module mit dem Gesamtsystem übernimmt das Schnellverbindungssystem AX-Bridge. Es ermöglicht z.B. die Verbindung mehrerer Servoverstärker zu einem Mehrachssystem. Das steckbare Modul verbindet dazu Einspeisung, Zwischenkreis und 24VDC-Steuer- und Bremsspannung. Auch das Erweiterungsmodul AX5001, die Zwischenkreiserweiterung, lässt sich über AX-Bridge einbinden. Mit der Erweiterung der Kondensatorkapazität des Zwischenkreises speichert der Anwender wertvolle Bremsenergie und kann sie im nächsten Beschleunigungsvorgang verwenden. Über die integrierte Ethercat-Schnittstelle erfolgt die Parametrierung und Diagnose des Zwischenkreises über den Twincat-System-Manager. Energie sparen mit intelligenten Lösungen Nicht nur mit der Zwischenkreiserweiterung kann beim AX5000 Energie gespeichert werden. Wird das Rückspeisemodul AX5041 mit integriertem Netzwechselrichter angeschlossen, kann in der Praxis Bremsenergie direkt ins Versorgungsnetz zurückgespeist werden. Der Rückspeisestrom beträgt hierbei 25A. Über das flexible AX-Bridge-System kann das Modul beliebig zwischen den Verstärkern eines Mehrachssystems angeordnet werden. Über die integrierte Ethercat-Schnittstelle kann der Anwender das Rückspeisemodul über den System Manager parametrieren und bei Störungen eine Diagnose erstellen. Zudem kann der Anwender die Energiebilanz dokumentieren. Weiterer Ausbau der Servoverstärker Zwar deckt die AX5000-Familie mit den Modellen AX5118 (18A Nennstrom und AX5125 (25A Nennstrom) bereits die meisten Anwendungen ab, dennoch bleibt die Entwicklung bei Beckhoff nicht stehen. Da einige Anwendungen noch größere Leistungen erfordern, wird die AX5000-Braureihe weiter ausgebaut. Regler mit Stromstärken bis 100A sollen dann das System nach oben ergänzen. Mit dem Servoverstärker AX5000 und der Software Twincat hat Beckhoff die Intelligenz der Antriebstechnik im Steuerungssystem gebündelt. Damit wird die Engineeringsoftware Twincat zur zentralen Komponente. (afs) Kasten: Ethercat-Drives AX5000 erweitert Auf der Hannover Messe stehen bei Beckhoff Antriebstechnik und Motion-Lösungen im Fokus. Das Programm der Ethercat-Servoverstärker AX5000 wurde durch eine Variante mit einem Nennstrom von 18 bzw. 25A, die Safety-Optionskarte mit Wiederanlaufsperre sowie die Servomotoren der Baureihe AM3500 erweitert. Die Servoverstärker-Baureihe ist als Ein- oder Mehrkanalausführung ausgelegt. Die integrierte Regelungstechnik unterstützt dynamische Positionieraufgaben. Ethercat ermöglicht die Anbindung an die PC-basierte Steuerungstechnik. Der Servoverstärker ist in den Basisvarianten AX51xx (1-Kanal) bis 12A- und AX52xx (2-Kanal) bis 2x6A-Motornennstrom verfügbar. Der Zwei-Kanal-Servoverstärker AX52xx ermöglicht den Betrieb von zwei gleichen oder unterschiedlich großen Motoren mit einem Summenstrom bis 12A. Als Erweiterungen bei den Servoverstärkern kommen die Varianten AX5118 für 18A-Nennstrom und AX5125 für 25A-Nennstrom hinzu. Weitere Varianten mit Nennstrom bis 75A sollen folgen. Bei den anschließbaren Motortypen sind die Drives bezüglich Größe und Art flexibel: Synchron-, Linear-, Torque- und Asynchronmotoren lassen sich laut Hersteller ohne Zusatzmaßnahmen anschließen. Die Synchron-Servomotoren der Baureihe AM3500 sind mit BISS-Geber verfügbar und bilden – in Kombination mit dem Ethercat-Servoverstärker- eine dynamische Antriebseinheit. Hannover Messe 2008: Halle 9, Stand F06