Frequenzumrichter

Umrichter statt Servo?

Präzises Positionieren gilt noch immer als eine Domäne der Servo-Antriebe. Dabei lässt sich sogar im anspruchsvollen Verpackungsmaschinenbau eine Vielzahl von Aufgaben mit Frequenzumrichtern effizient lösen. Wie das geht, zeigt Lenze mit seiner Plattform Inverter Drives 8400 und der Ausbaustufe Topline. Die neuen Geräte sind mit ihrer hohen Regelgenauig- keit und Dynamik speziell für Anwendungen konzipiert, die bisher allein der Servowelt vorbehalten waren.

Die Positionierung des Schweißbalkens in einer Verpackungsmaschine erfolgt mit dem Inverter Drives 8400 von Lenze und der Skalierungsstufe Highline.

Regalbediengeräte, Pick-and-Place, Verpackungsmaschinen und auch Gabelantriebe haben eines gemeinsam – sie benötigen eine präzise Positionierung. Es geht also um Regelgenauigkeit und Dynamik. Und das war bislang eher eine Aufgabe, die von Servos umgesetzt wurde. Dass dies auch mit Frequenzumrichtern wirtschaftlich attraktiv gelöst werden kann, zeigt Lenze mit seiner vierten Skalierungsstufe Topline zum Antriebsbaukasten Inverter Drives 8400. Die anderen sind Baseline, Stateline und Highline. Mit der neuesten Variante lassen sich jetzt auch permanenterregte Synchron-Servomotoren in den Leistungsbereichen 0,55 kW bis 2,2 kW/230 V und 0,37 kW bis 45 kW/400 V betreiben. Die Geräte verfügen über eine entsprechende Regelung und sind mit Schnittstellen für Resolver, Inkremental- sowie Absolutwertgeber (single- und multi-turn) ausgestattet.

Mit dieser ausgebauten Plattform steht den Maschinenbauern ein vollständiges Produktspektrum zur Verfügung, das sich durch eine konsequente Skalierung in Preis, Funktion und Antriebsperformance auszeichnet. Die Inverter Drives verfügen mit den bisherigen Skalierungsstufen Stateline und Highline sowie der neuen Topline über entsprechende Funktionalitäten für die Praxis – und werden bereits erfolgreich in Positionier-Anwendungen eingesetzt. Erprobt ist beispielsweise eine Antriebslösung aus 8400 Highline und Standard-Asynchronmotor mit Rückführsystem für Positionieraufgaben. Hier wird zwar eine integrierte Tabellenpositionierung benötigt, nicht aber die hohe Dynamik eines Servomotors.

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Eine integrierte Tabellenpositionierung bieten die Inverter Drives 8400 bereits ab der Ausbaustufe Highline. In ihr lassen sich bis zu 15 Positionen mit unterschiedlichen Fahrprofilen speichern, wobei diese als lineare oder S-förmige Rampen ausgelegt werden können. Diese schaffen die Grundlage für eine schnelle Rezeptanpassung bei Produktwechseln – auch als Folge der freien Konfigurierbarkeit der Profile – ohne zusätzliche Hard- und Software. Die in der Tabelle im Umrichter abgelegten Positionen werden durch die SPS über die direkte Ansteuerung der Klemmen oder den angeschlossenen Feldbus vorgegeben. Der Antrieb fährt anschließend selbständig die Position an und meldet das Erreichen an die Steuerung. Um dynamisch auf Prozessänderungen in der Maschine zu reagieren, ist eine Override-Funktion implementiert. Wird ein neuer Positionswert während eines laufenden Vorgangs kommuniziert, setzt der Umrichter diesen sofort um und bringt den Antrieb ruckfrei zur neuen Position. Darüber hinaus sorgen die S-förmigen Rampen für sanfte und mechanisch verschleißarme Bewegungen.

Durchgängige Parametrierung

Die Familie Inverter Drives 8400 bietet innerhalb der Skalierbarkeit ihrer Ausführungen an dieser Stelle einen aufeinander aufbauenden Lösungsraum. Dieser beginnt beim Stateline mit recht einfachen Abschaltpositionierungen. Für höhere Anforderungen an Geschwindigkeit und Präzision ist der 8400 Highline in Verbindung mit einem Standard-Asynchronmotor mit HTL-Geber einsetzbar. An der Motorwelle wird so eine Genauigkeit von einem Inkrement erreicht, was bei einem 2048-Puls-Geber einer Genauigkeit von 0,05° an der Motorwelle entspricht. Erreichbar sind Taktzyklen von bis zu 180 Takten pro Minute. Typische Anwendungen sind Ablängeinheiten sowie Dreh- und Hebeeinrichtungen. Gehen die Anforderungen darüber hinaus, empfiehlt sich der 8400 Topline.

Eine Geräteplattform – eine durchgängige Art der Parametrierung und Programmierung: Mit dem L-Force Engineering bietet Lenze den Anwendern auch eine zentrale Engineeringsoftware. Bereits in der kostenlosen Grundausführung Statelevel ermöglicht sie schnelles und zielgerichtetes Arbeiten. Mit dem Datenlogger lassen sich beispielsweise, wie auf einem Oszilloskop, Betriebsdaten über der Zeit darstellen. Damit ist die Grundlage geschaffen für die schnelle und übersichtliche Diagnose bei der Inbetriebnahme – ohne zusätzliche Messinstrumente. In Logdateien lassen sich Umrichterzustände speichern und auslesen. Dieses macht die Fehleranalyse auch im späteren Maschinenbetrieb schneller. Zentrale Speichereinheit für alle Parameter eines Umrichters ist das steckbare Memory Modul. Damit können Geräte bereits vor der Inbetriebnahme parametriert werden. Vor Ort wird dann nur noch das Modul in den Umrichter gesteckt – und die Antriebsachse ist sofort betriebsbereit. Da ein aufwändiges Parametrieren der Antriebsregler bei der Inbetriebnahme entfällt und die Daten sich beliebig oft auf Module kopieren lassen, sind vor allem im Serienmaschinengeschäft Einsparpotenziale die Folge. Ein weiterer Vorteil liegt im Service: Statt bei einem Gerätetausch erst die aufwändige Neuprogrammierung zu starten, wird einfach das Memory Modul eingesteckt – fertig. Karsten Piekarski, Lenze/st

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