Antriebsintegrierte Intelligenz

Intelligente Servoumrichter verfügen über Funktionalitäten, die über die Regelung hinaus gehen. Sie übernehmen Motion Control, Monitoring und Kommunikation und ermöglichen so dezentrale Antriebskonzepte. Mit der Verlagerung von Funktionen aus der zentralen Steuerung in den Umrichter werden Prozesse schneller, Maschinenarchitekturen modular und der Einsatz von IoT und KI ermöglicht. Die intelligenten Umrichter von Baumüller bieten eine hohe Flexibilität, weil sie mit übergeordneten Steuerungen anderer Anbieter kompatibel sind. 

Drive Intelligence

Baumüller prägt für das Konzept der intelligenten Servoumrichter den Begriff: Drive Intelligence.
Die intelligenten b maXX Servoumrichter übernehmen zusätzlich zu den Regelungsaufgaben Steuerungsfunktionen, optimieren sich im Betrieb selbstständig und sind IoT-fähig.

Baumüller ist Pionier im Bereich der antriebsintegrierten Intelligenz.

Unsere Kernkompetenz ist es komplexe, hochdynamische und exakte Bewegungen hochgenau zu regeln. Unser Ziel ist es, dass jeder Maschinenhersteller diese hochperformante Bewegungssteuerung in seiner Maschine nutzen kann. Deshalb haben wir bereits vor über 30 Jahren intelligente Umrichter auf den Markt gebracht, um diese Lösungen unabhängig und flexibel in jede bestehende Maschinentopologie integrieren zu können. Dadurch erreichen unsere Kunden eine höhere Maschinen-Performance, sind schneller auf dem Markt und können flexibel auf Kundenanforderungen reagieren.

Vorteile von Drive Intelligence

Systeme mit antriebsintegrierter Steuerungstechnik eignen sich besonders für:

• Anwendungen mit hochsynchroner Bewegungssteuerung
• Anwendungen mit hohen Anforderungen an Geschwindigkeit und Qualität
• modulare Maschinenkonzepte
• Anwendungen mit begrenztem Bauraum

Antriebsintegrierte Intelligenz setzen wir mit unseren b maXX Umrichtern um, die einen Leistungsbereich bis 400 kW abdecken.
Mit der b maXX softdrivePLC und der b maXX drivePLC bieten wir zwei verschiedene Plattformen an, um Intelligenz in den Umrichter zu verlagern.

Klassische Antriebskonzepte mit zentraler Steuerungsarchitektur bieten sich bei folgenden Anwendungen an:

• Standalone-Maschinen ohne Linienbezug
• Anwendungen mit nur einfachen Bewegungen

Zentrale Steuerungsarchitekturen setzen wir mit der neuen Baumüller b maXX controllerPLC um. Die b maXX controllerPLC vereint die Echtzeitfähigkeit einer Embedded PLC, die Flexibilität eines Industrie-PCs und moderne IoT-Konnektivität in einer einzigen Plattform. 

Plattformen

Kommunikation in Echtzeit 

Die Kommunikation zwischen drivePLC und Servoumrichter findet nicht über den Feldbus, sondern über eine interne Schnittstelle statt. So besteht ein Zugriff auf Parameter des Antriebs, beispielsweise auf Spannung, Strom, Leistung, Drehmoment, Drehzahl oder Position in „harter Echtzeit“. Der Servoantrieb übernimmt damit Sensoraufgaben und ermöglicht mit geringem Aufwand smartes Monitoring.

Mit Schnittstellen wie OPC UA, MQTT, EtherCAT und Ethernet ist die b maXX drivePLC optimal für Anforderungen im Automatisierungs- und IoT-Umfeld vorbereitet. Diese umfassende Offenheit verbessert die Effizienz in der Entwicklung, die Time-to-Market und die Flexibilität. Die digitalen und analogen Eingänge der drivePLC sind geschwindigkeitsoptimiert. Über digitale Eingänge reagiert die b maXX drivePLC auf wichtige Ereignisse, beispielsweise Messtaster, in Echtzeit.

Der Vorteil: Die Steuerung arbeitet effizienter und sicherer, ein Pluspunkt insbesondere für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Dynamik und Präzision, in denen schnelle Reaktionszeiten erforderlich sind.

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FAQ
Häufig gestellte Fragen rund um Drive Intelligence von Baumüller

• Welche Vorteile bieten intelligente Servoantriebe gegenüber konventionellen Antriebslösungen?

  Intelligente Servoantriebe erhöhen die Kommunikationsgeschwindigkeit im System. Die Kommunikation findet nicht mehr komplett über den Feldbus statt, sondern parallel dazu im schnelleren Takt der Antriebsregelung. Dieser schnellere Takt ist die Grundlage für kürzere Zykluszeiten. Intelligente Servoantriebe ermöglichen zudem verteilte Intelligenz und damit modulare Maschinenarchitekturen. Die Kopfsteuerung wird dadurch entlastet. Sitzen Safety-Funktionen direkt im Antrieb, entfallen die Feldbus-Totzeiten, etwa beim Auslösen von STO. Geschwindigkeit und Prozesszykluszeit der Maschine lassen sich so verbessern, ohne dass das Risiko an der Maschine steigt. Integrierte Monitoring-Funktionen tragen außerdem zu geringeren Stillstandszeiten bei. In Summe steigt so die Produktivität, und der OEE verbessert sich.

• Was haben intelligente Servoantriebe mit dezentralen Steuerungsarchitekturen zu tun?

  Durch die Verlagerung der Intelligenz in den Umrichter werden dezentrale Steuerungsarchitekturen, die ohne eine übergeordnete Kopfsteuerung funktionieren, erst möglich.

• Wann lohnt sich der Einsatz eines intelligenten Servoumrichters wirtschaftlich?

  Intelligente Servoantriebe eröffnen Potenziale zur Produktivitätssteigerung, wenn klassische Architekturen keine weitere Steigerung der Maschinengeschwindigkeit erlauben. Der Output steigt und der OEE verbessert sich. Wirtschaftlich wirken vor allem zwei Effekte. Erstens kann separate Steuerungshardware entfallen, da Motion Control und SPS-Funktionen im Regler laufen; je nach Konzept bis hin zur übergeordneten SPS. Zweitens lassen sich Maschinenmodule unabhängig voneinander fertigen und vorab in Betrieb nehmen. Die vorab in Betrieb genommenen Maschinenmodule verkürzen die Inbetriebnahme der Gesamtanlage beim Anwender deutlich.

• Sind die Steuerungsfunktionen im Umrichter lizenzpflichtig oder in der Hardware enthalten?

  Ob die Steuerungsfunktionen im Umrichter lizenzpflichtig oder in der Hardware enthalten sind, hängt von der Plattform ab. Die lizenzfreie Basic-Variante der b maXX softdrivePLC läuft als Teil der Firmware und ist standardmäßig in der Firmware integriert. Die optionale und damit lizenzpflichtige Extended-Variante wird mit den vorkonfigurierten Software-Modulen von Baumüller appliziert oder auch vom Maschinenhersteller programmiert. Beide Variante lassen sich direkt über das Parametriertool ProDrive nutzen. Die Möglichkeiten erstrecken sich je nach Version von logischen Verknüpfungen, Skalierungen, einfachen Regelungsaufgaben bis hin zu Analyse und Motion Control Anwendungen. Die b maXX drivePLC mit ihrer erweiterten Rechenleistung und Kommunikationsmöglichkeiten ist als Zusatz-Hardware im Servoantrieb realisiert.

• Womit wird die antriebsintegrierte Steuerung programmiert?

  Die antriebsintegrierten Steuerungen b maXX softdrivePLC und b maXX drivePLC sind nach IEC 61131-3 programmierbar. Die in der Firmware integrierte softdirvePLC wird über das Parametriertool ProDrive programmiert. Für Anwendungen mit einer höheren Komplexität und Konnektivität, welche den Einsatz Hardware basierenden drivePLC erfordern, werden über das Engineering Framework ProMaster mit der Programmierumgebung ProPROG realisiert. Darin stehen Tools wie z. B.: der Kurvenscheibeneditor ProCAM. Grundlage für diese und weitere Funktionalitäten die eigenentwickelte IEC-61131-3 Laufzeitumgebung auf Linux-Basis mit Echtzeit Erweiterung. Viele Anwendungen lassen sich ohne eigene Programmierung umsetzen: Baumüller stellt vorkonfigurierte Software-Module bereit, etwa fertige Maschinenmodule wie die Servopumpe oder den Crosscutter (Querschneider).

• Wie synchronisieren sich mehrere Achsen, wenn keine übergeordnete Steuerung im Takt mitläuft?

  Die b maXX drivePLC synchronisiert mehrere Achsen ohne übergeordnete Steuerung, indem sie als EtherCAT-Master weitere Servoumrichter ansteuert. Dadurch lässt sich die zentrale SPS entlasten, verkleinern oder in geeigneten Fällen ganz einsparen. Die b maXX drivePLC ist sowohl als Sub Device als auch als Main Device einsetzbar. Damit werden hybride Steuerungskonzepte mit Clustern aus mehreren Submodulen möglich. Bei der b maXX softdrivePLC entfällt die Feldbuskommunikation zwischen zwei Achsen. Master-Slave-Funktionalitäten lassen sich mit der b maXX softdrivePLC einfach realisieren. Bei Doppelachsen ist ein achsübergreifender Zugriff auf Parameter möglich.

• Welche Feldbusse unterstützen intelligente Servoumrichter?

  Die b maXX Servoumrichter unterstützen alle wichtigen Feldbussysteme, unter anderem EtherCAT, ProfiNet, Powerlink, Varan, CANopen EtherNet/IP, und Modbus TCP. Die b maXX drivePLC unterstützt zusätzlich die Kommunikationsprotokolle OPC UA, MQTT und stellt neben RS484, CAN auch eine 1 Gigabit Ethernet Schnittstelle zur Verfügung.

• Wie greife ich auf Diagnose- und Prozessdaten aus dem Antrieb zu?

  Die drivePLC kommuniziert mit dem Servoumrichter nicht über den Feldbus, sondern über eine interne Schnittstelle. Dadurch besteht in harter Echtzeit Zugriff auf Antriebsparameter wie Spannung, Strom, Leistung, Drehmoment, Drehzahl oder Position. Die drivePLC stellt diese Diagnose- und Prozessdaten über eine OPC-Serverschnittstelle eigenen und externen Systemen bereit. Zusätzlich verfügt die drivePLC über analoge High-Speed-Eingänge mit einer minimalen Abtastzeit von 1 µs. An diese Eingänge lassen sich externe Sensoren ohne zusätzliche Hardware direkt anschließen. Die Verarbeitung der Daten erfolgt über die Bausteine des SmartValue-Toolkits direkt im Antrieb.

• Wie werden Antriebsdaten für KI-Anwendungen genutzt?

  Antriebsdaten aus intelligenten Servoumrichtern können auf dem Antrieb vorverarbeitet und direkt über die vorhandenen Schnittstellen wie Ethernet und den integrierten Standardprotokollen wie OPC UA und MQTT in der Cloud mit der KI geteilt werden. Diese Datenübertragung erfolgt schneller als über die klassische Feldbuskommunikation. Die schnelle Übertragung ermöglicht komplexe KI-Anwendungen zur Selbstoptimierung von Prozessen. Grundlage sind die im Antrieb ohnehin vorhandenen Messwerte. Zusätzliche Sensorik ist dafür nicht erforderlich. Das Modul Smart Condition Monitoring führt die Schwingungsanalyse direkt im Antrieb aus und erkennt Motorenverschleiß, bevor ein Stillstand eintritt. Das Modul Smart Energy Monitoring erfasst den Energieverbrauch einzelner Achsen oder der gesamten Maschine. Der Servoantrieb fungiert dabei als Data Hub. Wird zusätzliche Sensorik angeschlossen, dient der Servoantrieb auch als Sensor Hub.

• Lassen sich Sicherheitsfunktionen wie STO und SS1 direkt im Antrieb umsetzen?

  Ja, Sicherheitsfunktionen wie STO und SS1 lassen sich direkt im Antrieb umsetzen, skalierbar von der einfachen Abschaltung bis zu erweiterten Funktionen. Beim b maXX 5000 übernehmen drei steckbare Module die Sicherheitsfunktionen. Je nach Modul reichen die sicheren Funktionen von STO (sicher abschaltbares Moment) bis SP (sichere Position). Angesteuert können die Module über sichere Eingänge oder über EtherCAT-FSoE. Die b maXX 6000-Familie bietet ebenfalls skalierbare Safety-Varianten, diese sind nicht mehr in Form von Modulen realisiert, sondern fest verbaut. Die b maXX 6000-Familie reagiert in 1 ms auf sicherheitsrelevante Ereignisse und kann die sichere Position an die Safety-Steuerung übertragen. Digitale Geber sind bei der b maXX 6000-Familie als Safety-Geber verwendbar. Die Ansteuerung der Antriebe erfolgt auch hier über sichere I/Os, es gibt auch Varianten, welche zusätzlich über EtherCAT-FSoE angesteuert werden können. Die Sicherheitslösungen erfüllen EN ISO 13849-1 bis Performance Level e und EN IEC 62061 bis SIL 3. Die Parametrierung erfolgt über ProSafePara nach IEC 61508, als eigenständiges Tool, welches aber auch in ProMaster integriert ist.

• Kann ich bestehende Maschinen mit intelligenten Antrieben nachrüsten?

  Ja, intelligente Servoumrichter lassen sich als Sub-Modul in bestehende Architekturen einfügen, ohne gravierende Veränderungen der Topologie. Auch der Generationswechsel innerhalb der b maXX Familie ist unkritisch. Die Firmware der b maXX 6000-Baureihe ist voll kompatibel zur Vorgängerfamilie b maXX 5000. Parameterdatensätze lassen sich übertragen. Drive-based Funktionen und softdrivePLC-Projekte können unverändert weitergenutzt werden. Lediglich die FSoE-Parametrierung erfordert einen geringen Anpassungsaufwand.

• Welche Cybersecurity-Maßnahmen sind erforderlich?

  Die intelligenten Baumüller Servoumrichter sind CRA-konform. In einem CRA-konformen IT-Ökosystem sind damit keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich.