Ein Kabel genügt

Sensorik

Motor-Feedback – Eine präzise Antriebsregelung erfordert hochauflösende Motor-Feedback-Systeme. Die rein digitale Schnittstelle Hiperface DSL gewährleistet dabei höchste Übertragungssicherheit und benötigt keine eigene Anschlussleitung.

19. September 2013

Ein kosten- und fehlerträchtiger Punkt bei der Umsetzung industrieller Antriebslösungen ist die Verkabelung für die Signalübertragung zwischen dem Feedbacksystem des Motors und dem Frequenzumrichter, die üblicherweise neben der Stromversorgung des Motors eine weitere Leitung sowie zwei Steckverbinder erfordert. Eine solche Lösung benötigt nicht nur weiteren Bauraum, sondern birgt auch das Risiko von Störungen der Kommunikation zwischen Motor und Regler. Völlig neue Möglichkeiten für Motorenhersteller verspricht hier die rein digitale Schnittstelle Hiperface DSL (für »Digital Servo Link«), die der Automatisierungs- und Sensorikspezialist Sick vorgestellt hat. Die Schnittstelle gemäß dem Standard RS485 benötigt keine eigene Verbindungstechnik zwischen Frequenzumrichter und Motor-Feedback-System und gewährleistet zugleich eine störsichere Datenübertragung zwischen Regler und Motor. Diese erfolgt stattdessen über zwei Adern, die direkt in das bis zu 100 Meter lange Motorkabel integriert sind, indem die Kommunikation auf die Versorgungsspannung des Motor-Feedback-Systems aufmoduliert wird. Zusätzlich können über das digitale Motor-Feedback-Protokoll auch die Daten anderer Sensoren übertragen werden, etwa eines Wicklungstemperatur-Sensors. Äußerlich sind elektrische Antriebe mit Motor-Feedback-Systemen und integrierter Hiperface-DSL-Schnittstelle daran zu erkennen, dass sie lediglich einen einzigen Gerätestecker aufweisen.

Für Maschinenbauer bietet die Ein-Kabel-Technik mit Hiperface DSL zahlreiche Vorteile. So entfallen bei jedem Motor ein kompletter Geber-Kabelsatz, zwei Steckverbinder sowie der komplette Verlegungsaufwand und die damit verbundenen möglichen Fehlerquellen. Dazu kommt der deutlich verringerte Platzbedarf für die Verkabelung und für Energieführungsketten in der Maschine, für Kabeldurchführungen und Leitungen im Schaltschrank, sowie nicht zuletzt im Lager des Maschinenbauers. »Insgesamt wird der Verkabelungsaufwand in der Maschine dank Hiperface DSL praktisch halbiert«, fasst Clemens Bitsch zusammen, Produktmanager für Motor-Feedback-Systeme bei der Division Motion Control Sensors der Sick AG in Donaueschingen.

Mehr Dynamik

Ein weiterer Vorteil speziell bei Anwendungen, in denen der Antrieb in einem dynamischen Prozess mitbewegt werden muss, wie etwa bei Industrierobotern, ist die verringerte Masse der Servoantriebe aufgrund fehlender Hardware in Form von Steckern, Kabeln und Peripherie. Außerdem bietet der Einsatz der Ein-Kabel-Technik mit Hiperface DSL oft eine Möglichkeit zum Downsizing des Antriebs ohne Leistungsverlust der Maschine.

Integriertes Monitoring

Servomotoren und Servoantriebe, die Motor-Feedback-Systeme mit integrierter Hiperface-DSL-Schnittstelle nutzen, eröffnen zudem die Option zum individuellen Condition-Monitoring des Antriebspakets. Möglich macht dies ein EEPROM als elektronisches Typenschild der Motor-Feedback-Systeme EKS36 und EKM36 von Sick, auf dem die Motorkenndaten, Serien- und Artikelnummern sowie weitere Daten hinterlegt sind, die im Service- oder Austauschfall schnell helfen und sich zur selbstständigen Parametrierung des Reglers des Motors nutzen lassen.

Schnelle Diagnose

Im Betrieb erfassen die Motor-Feedback-Systeme dazu eine Vielzahl physikalischer Größen, wie beispielsweise Stromaufnahme, Drehzahlen, Geschwindigkeiten, Temperaturen, die Aussagen über den Zustand und die voraussichtliche Entwicklung von Antriebs- und Maschinenzuständen ermöglichen. Das optionale Tool DSL Analyser ermöglicht daneben eine Datenübertragung per Web-Interface und damit einen jederzeitigen Ferneinblick in die Maschine bis hinab zur Motorwelle. »Dies erlaubt es, eine Vielzahl von Motordaten über die gesamte Betriebsdauer einer Maschine mit Hilfe der Motor-Feedback-Systeme zu erfassen und sie im Rahmen eines kontinuierlichen Condition-Monitoring per Hiperface DSL zu Diagnosezwecken sowie zur vorbeugenden Instandhaltung zu nutzen«, erläutert Bernd Appel, Leiter der Geschäftseinheit Motor-Feedback-Systeme bei Sick in Donaueschingen.

Einer der führenden Antriebshersteller, die die neue Kommunikationstechnologie in ihre Motor-Feedback-Systeme integrieren, ist die international tätige Kollmorgen-Gruppe mit etwa 2.000 Mitarbeitern in Entwicklungs- und Fertigungsstandorten in Nordamerika, Asien und Europa. Das Unternehmen präsentierte bereits vor mehr als acht Jahren die kompakten Synchron-Servomotoren der Baureihe AKM mit digitalem Resolver vom Typ SFD, die lediglich ein einziges Anschlusskabel benötigen. Mit Hilfe von Hiperface DSL kann Kollmorgen seine innovative Ein-Kabel-Technik jetzt auch dann einsetzen, wenn die Applikation ein hochauflösendes Motor-Feedback-Signal der Servomotoren sowie den Einsatz von Servoreglern erfordert, wie zum Beispiel in Hochgeschwindigkeitsanwendungen, berichtet Jörg Peters, Leiter des Produktmanagements bei der Kollmorgen Europe GmbH in Ratingen: »Macht eine Applikation höhere Auflösungen des Rückführsystems notwendig, kommen die integrierten Motor-Feedback-Systeme EKS36 bzw. EKM36 von Sick als Absolutwertgeber mit Hiperface-DSL-Interface zum Einsatz. Dadurch lässt sich die Ein-Kabel-Technik funktional und preislich skaliert aus geeigneten Motor- und Servoregler-Modulen konzipieren.«

Im Besonderen profitierten davon räumlich ausgedehnte Maschinen mit verteilten Einzelachsen und dezentraler Antriebstechnik, sagt Peters: »Gerade bei großen Kabellängen lassen sich bereits vom ersten Meter an zwischen Motor und Servoregler messbare Einsparungspotenziale realisieren.«

Erschienen in Ausgabe: 07/2013