Intelligente Antriebstechnik

Karlheinz Wirsching, Baumüller Nürnberg GmbH

Lesedauer ca. min.

Intelligente Antriebstechnik ist seit einigen Jahren in aller Munde. Die Anforderungen der Industrie 4.0 haben Entwicklungen in der Antriebstechnik angestoßen, die mittlerweile in vielen Produktionshallen angekommen sind. Ganz neue Maschinenkonzepte werden möglich, Wartung und Service gestalten sich anders und Prozesse werden flexibler und schneller.

Themen wie Modularität, Dynamik, Genauigkeit und Einfachheit spielen dabei eine immer größere Rolle. In der Antriebstechnik hat der Wandel besonders die Umrichter getroffen. Vom reinen Drehzahlregler mussten sie sich zu intelligenten Servoantrieben entwickeln, die vielfältige Aufgaben im System erfüllen.

Was bedeutet Intelligenz im Antrieb

Intelligenz im Antrieb bedeutet, dass Funktionen, die traditionell in der zentralen Steuerung abliefen, jetzt im Servoantrieb angesiedelt sind. Dabei sind zwei zentrale Schlagworte von Bedeutung: die Vernetzbarkeit und die Selbständigkeit. Vernetzbarkeit: Die Antriebe können über Bussysteme mit anderen Aktoren, Sensoren, zentralen Steuerungselementen und der Cloud vernetzt werden. Selbständigkeit: Der Antrieb selbst ist in der Lage, lokal Daten zu sammeln und zu verarbeiten, die von ihm oder anderen Teilnehmern des Systems aufgenommen wurden. Auf Grundlage dieser Daten kann er selbst Entscheidungen für Handlungen oder ein Weiterreichen bestimmter Informationen treffen. Ein Vorteil dabei ist, dass die Betriebsdaten des Antriebes selbst, also Drehzahl, Stromaufnahme, Temperatur, etc. die ohnehin direkt im Antrieb abgenommen werden, viele Informationen liefern, die Aufschluss über die Prozessqualität und mögliche Prozessoptimierungen geben.

Bei welchen Anforderungen bietet es sich an, die Intelligenz in den Antrieb zu verlagern?

  1. Modularisierung
  2. Feldbus an der Grenze
  3. Vereinfachung von PLC-Projekten
  4. Schnelle Reaktionszeiten

Modularisierung

Modularisierung wird durch intelligente Antriebstechnik erst möglich. Immer öfter werden Maschinen modular aufgebaut und die verschiedenen Module an unterschiedlichen Standorten fertiggestellt. Sind die einzelnen Maschinenmodule gekapselt, kann die Inbetriebnahme getrennt voneinander erfolgen, es muss keine Inbetriebnahme des Gesamtsystems, für die alle Module am gleichen Ort sein müssen, stattfinden. Die übergeordnete Steuerung kommuniziert nur noch mit den Maschinenmodulen und nicht mehr mit einzelnen Systemkomponenten.

Feldbuskommunikation

Gerät die Feldbuskommunikation bei großen Datenmengen an ihre Grenzen, kann die Verlagerung der Intelligenz in den Antrieb die Lösung sein. Werden die Datenmengen, die über den Feldbus kommuniziert werden, zu groß, dann können z.B. Sollwerte nicht mehr mit der nötigen Geschwindigkeit übertragen werden, da die Feldbus-Zykluszeiten erhöht werden müssen. Gerade bei sehr dynamischen Prozessen, z.B. in der Druck- oder Verpackungsindustrie, geht das zu Lasten der Genauigkeit und der Dynamik und letztendlich der Produktivität der Maschine. Wird die Intelligenz dezentral auch auf die Antriebe verteilt, dann werden über die Feldbuskommunikation zwischen Antrieb und zentraler Steuerung nur noch vorverarbeitete Daten oder sogar nur noch Statusmeldungen geschickt. Die eigentlichen Soll- und Istwerte der Motion Control Aufgabe werden nur noch innerhalb des Maschinenmoduls versendet und können daher in viel schnelleren Feldbuszyklen verarbeitet werden.

Webcast

Sie wollen mehr über Intelligenz im Antrieb und den Datenaustausch im System erfahren? Hier geht’s zu unserem Webcast „Daten, Daten, Daten – Feldbusse entlasten mit Drive Intelligence“

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Vereinfachung von PLC-Projekten

Ein weiterer Vorteil von dezentraler Intelligenz ist, dass die PLC-Projekte weniger komplex werden. Bei einer zentralen Steuerung werden alle Berechnungen, wie der Name schon sagt, zentral durchgeführt. Das beginnt beim Hochlauf der Maschine, geht weiter mit der Berechnung aller Soll-/Istwerte für jeden Motor und endet bei zusätzlichen Aufgaben wie dem Sammeln und Verarbeiten von Daten für IoT. Ist dagegen die Maschine modular aufgebaut, so können alle Aufgaben, die nur das einzelne Maschinenmodul betreffen (Soll-/Istwerte, Datensammlung und -vorverarbeitung, etc.), direkt im intelligenten Antrieb des Maschinenmoduls gerechnet werden. Damit wird die Komplexität des PLC-Projektes in der zentralen Steuerung extrem verringert. Die dafür nötigen Algorithmen werden im PLC-Projekt des intelligenten Antriebs verarbeitet.

Schnelle Reaktionszeiten

Geht es um Safety hat die Verlagerung der Intelligenz in den Antrieb einen weiteren großen Vorteil: Reaktionszeit. Sind Safety-Funktionalitäten direkt im Antrieb angesiedelt, dann entfallen beim Auslösen zum Beispiel von STO aufgrund einer zu hohen Geschwindigkeit die Feldbus-Totzeiten und der Antrieb steht schneller still. Dies kann dazu führen, dass man durch die schnelleren Reaktionszeiten auf ein Ereignis (bis zu 1ms sind möglich)  sogar die Geschwindigkeit und Prozesszykluszeit der Maschine verbessern kann, ohne dass die Gefahr an der Maschine erhöht wird. Dies führt zu einer höheren Produktivität der Maschine.

Auch wenn es nicht um Safety geht, sondern schlicht um die Synchronisation vieler dynamischer Antriebe, bietet es sich an, die Feldbustotzeiten zu umgehen und die Regulierung der Sollwerte über die Antriebe direkt zu realisieren.

Baumüller bietet im Bereich intelligente Antriebe zahlreiche Lösungen. Von skalierbar integrierten Safety-Funktionen  über anwendungsspezifische Software, wie zum Beispiel für servohydraulische Systeme, bis hin zu einer integrierten PLC für umfangreiche Steuerungs- und komplexe Motion-Control-Aufgaben.

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Karlheinz Wirsching
Produktmanager Drives I Baumüller Nürnberg GmbH

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