Quo vadis, Servoregler?

Servoregler – Der Trend zur Miniaturisierung bei Servoreglern ist ungebrochen. Daneben gibt es neue Entwicklungen, die immer stärker an Bedeutung gewinnen.

12. November 2008

Die Servoantriebstechnik ist derzeit die präziseste und energieeffizienteste Art Massen kontrolliert zu bewegen. Unter diesen Gesichtspunkten ist der Einsatz von Servoreglern die ideale Lösung. Analysiert man die Antriebstechnik von Produktionsmaschinen detaillierter, zeigt sich, dass in den meisten Fällen eine Koexistenz von hochgenauen beziehungsweise hochdynamischen und eher einfachen Bewegungsaufgaben vorliegt. Betrachtet man beispielsweise mechanische oder thermische Umformungsprozesse, Formatverstellungen in Druckmaschinen oder eine angegliederte Fördertechnik in Verpackungsmaschinen, steht man vor der Entscheidung diese mit oder ohne Servoregler zu realisieren. Immer häufiger werden solche Aggregate aus Gründen der Durchgängigkeit der Automatisierungslösung ebenfalls mit Servoantrieben ausgeführt. Dies liegt einerseits an der zunehmenden Gewichtung dieses Bewertungskriteriums im Evaluierungsprozess und andererseits an der Tatsache, dass die ökonomische Schere zwischen Servoreglern und Alternativprodukten, wie Schrittmotoren und Frequenzumrichter, immer weiter zusammenklappt. Verstärkt wird diese Tendenz durch die rasante Weiterentwicklung der Servoregler, die sich immer weiter vom reinen Aktor hin zum Aktor mit integrierter Sensorik entwickeln.

Trends am Markt

Kosteneinsparung durch Energieeffizienz. Ein Thema, dass durch die gegenwärtige Entwicklung der Energiekosten immer mehr an Bedeutung gewinnt. Betrachtet man zunächst nur den Antriebsstrang bestehend aus Servoregler, Motor und mechanischen Übertragungselementen, zeigt sich, dass der Servoregler erheblich zur effizienten Nutzung der elektrischen Energie beiträgt. Einerseits durch die Hardware und andererseits durch seine Softwarefunktionalität. Der Wirkungsgrad der Antriebe hat sich durch den Einsatz modernster Halbleiterschaltelemente, sogenannte IGBTs, verbessert, aber nach wie vor dominieren diese Verluste und die damit einhergehende Wärmeentwicklung die Schaltschrankdimensionierung. Abhilfe schafft hier die sogenannte Cold-Plate-Kühltechnik von ACOPOSmulti. Sie transportiert die anfallende Verlustwärme mithilfe von Wasser aus dem Schaltschrank. Im einfachsten Fall wird die Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgegeben oder idealerweise in einen vorhandenen Kühlkreislauf eingespeist. Während herkömmliche Umrichter mit kleinem TPF eine deutlich höhere Effektivstromaufnahme aufweisen und es dadurch zu unnötigen Verlusten in den Zuleitungen und Transformatoren kommt, sorgt die aktive Leistungsversorgung des ACOPOSmulti für effizienteste Nutzung der eingesetzten Energie.

Sicherheit im System

Mittlerweile verfügen viele Servoregler über einfache Formen zertifizierter Sicherheitsfunktionen. Als Beispiel sei hier die Funktion STO (Safe Torque off) erwähnt. Herkömmliche Geräte setzen auf verschleißbehaftete Lösungen wie Relais mit zwangsgeführten Kontakten. Moderne Antriebskonzepte wie ACOPOSmulti gehen hier den Weg einer verschleißfreien Realisierung. Damit bleiben Betätigungsintervalle im Sekundentakt, wie sie beim manuellen Einlegen von Teilen auftreten, ohne Folgen auf die Lebensdauer. Nicht unwesentlich in diesem Zusammenhang ist die erreichte Sicherheitskategorie. Um für alle Aufgaben gerüstet zu sein, rangiert ACOPOSmulti mit dem Performance Level e nach ISO 13849-1, beziehungsweise SIL 3 nach EN61508/EN62061 in der obersten Liga.

Die Zeiten sind vorbei, in denen nur Spezialisten Servoregler beherrschten. Menügeführte grafische Inbetriebnahmewerkzeuge ermöglichen heute auch nicht fachkundigen Anwendern, diese effektiv durchzuführen. Mittlerweile gibt es keinen Hersteller mehr, der kein Autotuning, also das selbstständige Finden der Reglerparameter, anbietet. Warum verdient es diese Standardfunktion trotzdem, erwähnt zu werden? Aussagen von Kunden wie: »Bei Ihnen kann man die vom Autotuning ermittelten Parameter tatsächlich verwenden« lassen die Vermutung aufkommen, dass es manchen Implementierungen an Robustheit mangelt. Das im ACOPOSmulti-Antriebssystem beinhaltete Autotuning wurde an zahlreichen Antriebssträngen getestet und zeichnet sich gerade durch seine außerordentlich Robustheit aus.

Der Paradigmenwechsel bei den Konstrukteuren von klassischen Motor-Getriebekombinationen hin zur Direktantriebstechnik ist in vollem Gange. Durch den Wegfall zusätzlicher mechanischer Übertragungselemente wie Getriebe oder Riemen, sorgen sie für höhere Genauigkeit und verbessern nebenbei den Wirkungsgrad. Die starre Verbindung ist allerdings nicht rückwirkungsfrei. Zwar erlaubt sie häufig eine direkte Beobachtung von Prozessgrößen ohne zusätzliche Sensorik, doch sämtliche unweigerlich vorhandenen Pendelmomente der Motoren werden ungefiltert in den Prozess eingeschleust. Moderne Servoregler wie ACOPOSmulti besitzen Verfahren, diese negativen Einflüsse zu kompensieren und zeigen ihre Qualität hinsichtlich Dynamik und Positioniergenauigkeit speziell beim Einsatz von Direktantrieben. Denn diese fortschrittlichen Geräte leisten mehr, als nur die Messung von Drehmomenten.

Alles aus einer Hand

Ein Aspekt wurde bisher noch nicht berücksichtigt, da er einer gesamtheitlichen Betrachtung bedarf: Kunden wollen für ihre Automatisierungslösung möglichst nur einen Ansprechpartner. In diesem Fall sind die Verantwortlichkeiten klar geregelt und weitere Synergieeffekte durch homogene Parametrier-, Programmier- und Diagnosewerkzeuge kommen hinzu.

Betrachtet man diese Entwicklung genauer, zeigt sich, dass kaum ein Hersteller mehr als reiner Anbieter von Servoreglern in Erscheinung tritt. Dieser von B & R mitbegründete Trend ist inzwischen zu einem gewichtigen Entscheidungskriterium bei der Auswahl der passenden Servoregler geworden und wird in Zukunft auch noch weiter an Bedeutung gewinnen.

Alois Holzleitner, B & R/csc

Erschienen in Ausgabe: 08/2008