Komplette Integration

Antriebstechnik

Anstriebssysteme - Seit der Vorstellung der ersten Geräte vor mehr als 13 Jahren gehen aus dem integrierten Antriebssystem Acopos von B&R immer wieder innovative Entwicklungen hervor.

12. Dezember 2012

Eines der erfolgreichsten integrierten Antriebssysteme für den Einsatz in industriellen Anwendungen ist die Produktfamilie Acopos des österreichischen Automatisierungstechnikspezialisten B&R. Seit der Vorstellung des ersten Antriebssteuergeräts dieser Serie im Mai 1999 entwickelte sich aus einer Kleinfamilie mit lediglich sieben Varianten bis heute ein umfassendes Gerätespektrum zur Ansteuerung aller Arten von Servo-, Asynchron- und Schrittmotoren.

Bei seiner Präsentation kurz vor der Jahrtausendwende auf der Fachmesse Vienna-Tec in Wien galt die integrierte Antriebslösung als Sensation: Die Produktfamilie bestand aus intelligenten Antriebs-Steuerrechnern, verschiedenen Servomotoren mit Drehgebern und elektronischem Typenschild sowie aus einer gemeinsamen Entwicklungsumgebung, mit der sich die gesamte Steuerungs- und Antriebssoftware programmieren ließ. Damit war sie so weit in die Gesamt-Automatisierungslösung integriert wie keine andere Antriebstechnik zu dieser Zeit. Üblich für den Betrieb der Motoren waren damals analoge Servoverstärker, die über ±10-Volt-Schnittstellen von Positionierbaugruppen als Teil der Steuerelektronik ihre Sollwertvorgaben erhielten. Solche Verstärker waren von unterschiedlichen Herstellern erhältlich, von denen sich viele auf die Antriebstechnik spezialisiert hatten. »Die Welt war in zwei Lager geteilt: die der Steuerungen und die der Antriebe«, beschreibt Alois Holzleitner, Business Manager Motion bei B&R, die damalige Lage und ergänzt: »Da der Signalübergang in beiden Richtungen, also auch vom Drehgeber zurück, analog erfolgte, gab es keine durchgängigen Diagnosemöglichkeiten.«

Die Zeit um die Jahrtausendwende war geprägt von einem generellen Umstieg von analogen Signalen auf digitale Daten, weiß Holzleitner, der vom ersten Entwicklungsschritt im Jahr 1997 an dabei war: »Wir erkannten deren Wert auch für die Antriebstechnik; weg-weisend für die weitere technische Entwicklung waren das elektronische, im Motor hinterlegte Typenschild oder die Möglichkeit, Konfigurationsdaten im Speicher der Steuerung zu hinterlegen und so einen Austausch ohne Einstellaufwand vor Ort zu ermöglichen.«

Einheitliche Programmierung

Die Folge des Ersatzes der bis dahin getrennten Geräte – hier der Positionierer, dort der Verstärker – durch ein Gerät, das beide Aufgaben wahrnimmt, war, dass die Schnittstelle dazwischen wegfiel. Damit reichte die Steuerungslösung plötzlich über das Motorsteuergerät und den Motor bis zur bewegten Achse. In der Konsequenz konnte auch für die Programmierung der Gesamtlösung eine einheitliche Umgebung geschaffen werden: Es entstand das Entwicklungswerkzeug B&R Automation Studio, die heute wahrscheinlich am umfassendsten integrierte Automatisierungslösung.

Ein Fortschritt war auch, dass die Acopos-Servofamilie von Beginn an großzügig mit Rechenleistung ausgestattet war, auch mit einer Fließkomma-Einheit. Dies ermöglichte neue Verfahren zur Regelungstechnik und Bahnplanung und entlastete vor allem die Steuerung von den aufwendigen Bahnberechnungen, die jetzt parallel zu anderen Steuerungsoperationen stattfinden konnten. So konnte die CPU kleiner dimensioniert werden oder die Anzahl an Servoachsen deutlich gesteigert werden. Speziell Anwender mit hohen Anforderungen, etwa in der Kunststoffverarbeitung oder der Verpackungstechnik, konnten auf diese Weise plötzlich mit handhabbarem Aufwand bis dahin unerhörte Achsenzahlen realisieren, wie zum Beispiel im Falle eines führenden Verpackungsherstellers, der insgesamt 64 Achsen an einer einzigen Steuerung betreibt.

Einen weiteren wichtigen Schritt in Richtung Einfachheit, Komfort und Wirtschaftlichkeit beim Aufbau von Antriebslösungen in Maschinen mit vielen Achsen vollzog B&R im Jahr 2007 mit der modular aufgebauten, kompakten Familie Acopos Multi, mit der sich antriebstechnische Problemstellungen noch schneller in Lösungen für Maschinenbauer umzusetzen lassen. So gewährleistet zum Beispiel die Anreih- und Steckbarkeit der Geräte einen minimalen Verkabelungsaufwand.

Integrierte Sicherheit

Auch in der Sicherheitstechnik waren seit Einführung von Acopos neue Anforderungen hinzugekommen. Zwar waren bereits die ersten Geräte der Familie mit der sicherheitsgerichteten Funktion Safe Torque Off (STO; sichere Wiederanlaufsperre) ausgestattet, die zudem anstelle der damals üblichen Relaisschaltung als verschleißfreie halbleiterbasierte Lösung realisiert war, jedoch erwarten die Anwender heute weitere Sicherheitsfunktionen wie sichere Geschwindigkeit und Drehrichtung. Acopos Multi verwendet dazu mit OpenSafety eine rein netzwerkbasierte Sicherheitstechnik, die als feldbusunabhängiges System auch bei anderen Geräteherstellern in vielen Anwendungen zum Einsatz kommt.

Acopos Multi bietet bereits bei der Konfiguration eines Antriebssystems einige Produktoptionen, die die Effizienz der maschinenbaulichen Gesamtlösung erhöhen. Um zum Beispiel den Temperaturhaushalt im Schaltschrank optimal zu gestalten, können die Anwender zwischen Schaltschrankkühlung, externer Luftkühlung oder Flüssigkeitskühlung wählen. Die Stromversorgung mit aktiver Rückspeisung über einen stabilisierten Gleichspannungs-Zwischenkreis reduziert die aufgenommene Scheinleistung des Antriebsverbundes auf die Wirkleistung der Maschine und steigert damit die Effizienz der Maschine durch eine bessere Ausnutzung der gegebenen Stromversorgung, einen geringeren Stromverbrauch und den Entfall der Blindleistung.

Eine Ergänzung in den kleinen und kleinsten Leistungsklassen erfuhr die Familie mit den 2010 vorgestellten Servoverstärkern der Baureihe Acopos Micro Servo, zu der auch die Schrittmotor-Ansteuergeräte Acopos Micro Stepper für Motorleistungen bis 500 Watt gehören. Als kostengünstige Alternative für Anwendungen, in denen die hohe Dynamik von Servoverstärkern nicht benötigt wird, bietet B&R zudem seit 2009 die mit X2X-Link beziehungsweise Powerlink ausgestatteten Frequenzumrichter der Serie Acopos Inverter in den Leistungsklassen 180 Watt bis 500 Kilowatt mit im Antrieb integrierten sicherheitsgerichteten Funktionen.

Einen wesentlichen Beitrag zur Vereinfachung von Aufbau und Inbetriebnahme leisten auch die seit 2011 verfügbaren schaltschrankunabhängigen Servoverstärker der Reihe Acopos Remote für die Montage direkt am Maschinenrahmen durch die Verkabelung mit nur einem einzigen Hybridkabel für Versorgungsspannung, Zwischenkreis und Powerlink. Die Antriebssteuergeräte können auch als Knotenstützpunkt für weitere Funktionen dienen und erlauben es, mehrere Ein- und Ausgangsmodule der B&R X67-Familie direkt vor Ort anzuschließen. Dadurch lassen sich optionale Maschinenmodule als komplett autonome mechatronische Einheiten gestalten.

Ein vorläufiger Höhepunkt der Maschinenmodularisierung in der Antriebstechnik ist der motorintegrierte Servoaktuator Acopos Motor. Er vereint Motor, Positionssensor (Geber), Präzisionsgetriebe und einen Servoverstärker mit integrierter Sicherheitstechnik in einer kompakten Einheit. Mit drei Baugrößen mit Leistungen von 500 Watt bis zwei Kilowatt reduziert das System den Platzbedarf und den Inbetriebnahmeaufwand auf ein Minimum.bt z

Erschienen in Ausgabe: Industrie Handbuch/2013