Antriebstechnik

Der Umrichter wird zum Wegweiser

ABB hat die Lageregelung in den Frequenzumrichter integriert. Welche Vorteile das hat und wohin die Industrie 4.0-Reise noch gehen kann, erzählt Fred Donabauer im Gespräch mit handling-Redakteurin Annina Schopen.

Eine typische Anwendung findet sich in Regalförderzeugen im Hochregallager. © ABB

ABB hat die Lageregelung in die ACS880 Frequenzumrichter integriert, welche Vorteile bringt das?
Donabauer: Oft werden für die Lageregelung und für die Drehzahl- und Drehmomentregelung unterschiedliche Geräte verwendet. Dann übernimmt ein übergeordneter Motion Controller die Lageregelung und der Umrichter nur die Drehzahl- und Drehmomentregelung. Dadurch werden natürlich eine zusätzliche Hardwarekomponente für Lageregelung nötig, spezifische Tools, Benutzerschnittstellen und Programmiersprachen. Servoregler kommen auch bei solchen Anwendungen zum Einsatz, allerdings ist hier der Leistungsbereich nach oben begrenzt.

Wenn die Lageregelung nun in den Umrichter verlagert wird, hat das den Vorteil, dass die zusätzliche Hardwarekomponente eingespart werden kann. Es erleichtert die Montage, aber auch das Engineering. Der Umrichter hat mehrere vorprogrammierte Funktionen wie Referenzfahrt-Modi, absolute und relative Positionierung, Positionierungsprofile, Achssynchronisierung und eine schnelle Referenzpositionserfassung. Diese Funktionen sind schon vorkonfektioniert und müssen nur noch durch Parametrierung eingestellt werden.

Wie funktioniert die Parametrierung?
Das ist ganz einfach. Dazu wird das ABB-Standard-Inbetriebnahme-Tool, unser Drive Composer, an den Umrichter angeschlossen. Das geht wahlweise über Ethernet oder eine USB-Schnittstelle. Mit diesem Tool können die Antriebsparameter angezeigt und eingestellt werden oder auch der Antriebsstrang überwacht und abgestimmt werden. Die Erweiterung auf die Lageregelung ist letztendlich eine Option für den Frequenzumrichter. Bei der Bestellung kann der Kunde entscheiden, ob die Software im Umrichter implementiert werden soll.

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Das heißt, Sie können die Software auf allen Produktvarianten des ACS880 benutzen?
Wir spielen die Software optional auf die Industrieumrichter auf. Damit decken wir den Leistungsbereich von von 0,55 bis 5.600 Kilowatt ab bei einer Spannung von 230 bis 690 Volt – die komplette Bandbreite in allen Ausprägungen.

Fred Donabauer, Leiter Produktmanagement Motors & Drives © ABB

Und wir nutzen die verschiedenen Hardware-Varianten. Das kann ein Wandmontagegerät sein, dann haben wir speziell für den Schaltschrank Einbaumodule, wir können aber auch komplette Schrankgeräte liefern. Wir liefern die Umrichter auch in hoher Schutzart, bis IP55, das heißt, es kann auch mal ein Gerät dezentral prozessnah installiert werden. Wir brauchen dann kein Schalthaus mit sauberer Luft, etwas rauere Umgebungsbedingungen sind da kein Problem.

Für welche Anwendungen eignet sich der ACS880 Frequenzumrichter?
Eine typische Anwendung findet sich beispielsweise in Regalförderfahrzeugen im Hochregallager. Er eignet sich aber auch allgemein für Anwendungen zur Beförderung von Ware. Er wird darüber hinaus in Blechpressen, im Bereich Sortier- und Verpackungslinien, genutzt, für Drehtische, die ja auch auf eine bestimmte Position fahren müssen, oder für Schneidesysteme. Sogar bei Mischern können sie angewendet werden. Ein Kunde hat das getestet: Um den Mischer zu reinigen, muss das Werkzeug in eine bestimmte Position gefahren werden, dazu nutzt er den Umrichter mit Lageregelung, und das ohne Geberrückführung.

Thema Energie sparen: Der ACS880 ermöglicht auch rückspeisefähige Lösungen.
Der rückspeisefähige Umrichter wird oft bei der Lageregelung verwendet. Um beim häufigen Beschleunigen und Abbremsen die Bremsenergie nicht über einen Bremswiderstand als Wärme zu verschwenden, wird sie über den Frequenzumrichter ins Netz zurückgespeist. Bei Mehrachssystemen, bei denen mehrere Motoren in unterschiedlichen Zyklen beschleunigen und bremsen, lohnt sich oft unser Multidrive-System. Dabei müssen nicht alle Frequenzumrichter zur Rückspeisung ans Netz angeschlossen werden. Sondern derjenige, der bremst, gibt seine Energie zurück an den, der beschleunigt und gerade Energie braucht.

Welche Sicherheitsfunktionen hat denn der Umrichter?
Das sind eine ganze Menge. Wir haben standardmäßig in jedem Umrichter die Safe-Torque-Off (STO)-Funktion, optional Sicherer Stopp 1 (SS1), Sicher begrenzte Drehzahl (SLS), Sichere Maximale Drehzahl (SMS), Sichere Bremsenansteuerung (SBC), Sichere Drehrichtung (SDI), Verhinderung des unerwarteten Anlaufs (POUS), um sicherzustellen, dass die Maschine nicht alleine losläuft. Das wird oft bei Papiermaschinen genutzt.

Das Safe Speed Monitoring (SSM) überwacht, ob der Antrieb in einem bestimmten Drehzahlbereich fährt, natürlich gibt es den Sicheren Notstopp (SSE) sowie die Sichere Motortemperatur (STM), denn im Ex-Bereich ist es besonders wichtig, dass der Motor sicher temperaturüberwacht ist. Wir erreichen Performance Level e (PLe, SIL3). Und was ein Alleinstellungsmerkmal ist: Wir schaffen das ohne Geberrückführung. Das spart eine Komponente und damit die Verkabelung, die Ausfallwahrscheinlichkeit wird geringer und es reduziert die Wartung.

Kommen wir zu Industrie 4.0, Digitalisierung, Big Data: Frequenzumrichter eignen sich auch für das Sammeln von Motordaten. Was ist mit dem ACS880 möglich?

Auf dem Gebiet sind wir sehr aktiv. Wir überwachen inzwischen den kompletten Antriebsstrang mit Sensoren, und der Umrichter selbst hat durch die Elektronik, die Daten sammelt wie Lufteinlasstemperatur, Halbleitertemperatur, Drehmoment, Drehzahl, Leistung schon eine eingebaute Intelligenz.

Das gleiche machen wir mit dem Motor. Wir haben einen Smart Sensor, den wir auf den Motor setzen und der Daten sammelt. Der Sensor schickt diese Daten mit Hilfe eines Smartphones oder eines Gateways über eine Bluetooth-Schnittstelle in eine ABB-Cloud. Es werden Informationen zu Parametern wie Vibration, Temperatur oder Drehzahl weitergegeben, so dass man daraus gut erkennen kann, wie es dem Motor geht. So ist der Anwender früh informiert, ob sich ein Schaden anbahnt und kann präventiv einen Wartungstermin einplanen. Der Umrichter hat auch eine Schnittstelle zur Cloud und liefert dahin Informationen. Wir haben Dashboards, auf denen wir im Ampelsystem darstellen, wie es den Komponenten geht und der Kunde kann ein Level festlegen, ab dem er gerne gewarnt werden möchte.

Welche weiteren Neuerungen haben Sie geplant?
Am meisten tut sich bei uns in Richtung Digitalisierung. Die Einbindung in die Cloud und Darstellung des kompletten Antriebsstranges auf einer Plattform sind Entwicklungen, die schon fortgeschritten sind. Aber da wird sich noch mehr tun.

Außerdem sind wir aktiv im Bereich virtuelle Inbetriebnahme. In der Vergangenheit gab es zwar schon ein Tool zur Parametrierung der Umrichter, aber ob alles wie gewünscht funktioniert, wurde erst mit der Inbetriebnahme sichtbar. Jetzt haben wir eine Lösung, bei der die Firmware des Umrichters als Add-On in das Tool eingebettet ist. Damit können virtuell Last, Motor und Umrichter definiert und das System getestet werden. Es verhält sich annähernd wie in der Realität. Damit kann der Kunde parametrieren, das Gerät laufen lassen, sieht Strom und Drehmoment und kann auch eine Inbetriebnahme simulieren. Anschließend lassen sich die Daten in die reale Maschine downloaden und er muss nur noch ein paar Feinheiten korrigieren.

Aber wir hören nicht an der Motorwelle auf, wir simulieren nicht nur den Umrichter und den Motor, sondern wir können auch komplexe Systeme virtuell darstellen, beispielweise einen kompletten Kran. Wir können den Kran virtuell fahren und sehen, wie er sich unter verschiedenen Betriebsbedingungen verhalten wird.

Herr Donabauer, vielen Dank für das Gespräch.

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