Motion Control Servo PLC macht Druck

Wo der Drehmomentbedarf während der Beschleunigungsphase hoch ist, sind Servoantriebe richtig. So bei Papierrollen-Wechslern an Druckmaschinen. MAN Roland setzt jetzt auf frei programmierbare...

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Wo der Drehmomentbedarf während der Beschleunigungsphase hoch ist, sind Servoantriebe richtig. So bei Papierrollen-Wechslern an Druckmaschinen. MAN Roland setzt jetzt auf frei programmierbare Servo-Umrichter von Lenze. Asynchronmaschinen lösen dabei die bisherigen Gleichstromantriebe ab, nicht nur, weil sich die Regelungstechnik weiter entwickelt hat, sondern auch deshalb, weil die Netzanschlusskosten deutlich niedriger sind.Anita Heyer-Reinfeld, Hartmut Hahn*

Unterbrechungsfreies Drucken - vor allem bei hohen Auflagen - ist eine Frage der Geschwindigkeit. Rollenwechsler müssen dabei sicher stellen, dass an der Maschine das Papier nicht ausgeht, und dass die Spannung der Papierbahn stets konstant bleibt. Im Wesentlichen bestehen solche Rollenwechsler aus zwei Tragarmen, die jeweils eine Papierrolle aufnehmen: Ein Servo-Antrieb beschleunigt die erste Rolle auf Produktionsgeschwindigkeit. Kurz bevor sie vollständig abgewickelt ist, fährt eine weitere Servo-Achse die Rolle des zweiten Tragarms exakt auf die gleiche Geschwindigkeit hoch. Eine dritte Achse zieht das Papier ein. Es folgt ein automatischer Klebevorgang beider Papierbahnen. Der jeweilige Zeitpunkt, um zu kleben, errechnet sich abhängig von Papierdicke, Papiergeschwindigkeit und voreingestelltem Restrollendurchmesser. Rollenwechsler sichern die gleichmäßige Papierversorgung von Druckmaschinen. Bei den Druckmaschinen Geoman von MAN Roland, auf denen der Verlag Carl-Wilhelm Niemeyer seine Deister- und Weserzeitung druckt, übernehmen Servoantriebe der Serie 9300 Servo PLC von Lenze diese diffizilen Aufgaben.Die Regler der Servo PLC sind in den international standardisierten Sprachen der IEC 61131-3 frei programmierbar. Die Geräte übernehmen in den Rollenwechslern autark die Bewegungssteuerung (Motion Control). Damit man derartige Antriebslösungen nicht immer wieder vollständig neu entwickeln muss, stellt Lenze für verschiedene Anwendungsbereiche entsprechende Software-Pakete zur Verfügung.Die Software schlägt auch Lösungen vorSo enthält das Software-Paket „Winder“ eine Vielzahl anwendungsspezifischer Funktionen, wie sie der Konstrukteur immer wieder für Wickler benötigt. Dazu zählen: Durchmesserrechner, Prozessregler für die Tänzerlageregelung oder Zugkraftregelung, Zugkraftkennlinie, Reibungskennlinie, Massenträgheitsrechner, Materialdickenrechner, Landerechner und Längenrechner sind nur einige solcher Module. Um die für einen bestimmten Einsatzfall benötigten Funktionen nicht erst alle miteinander verknüpfen zu müssen, enthält das Software-Paket auch Lösungsvorschläge (so genannte Templates) und Anwendungsbeispiele für die verschiedenen Steuer- und Regelkonzepte.Bei Verwendung der Lösungsvorschläge ist hartes Programmieren kaum mehr notwendig. Im Wesentlichen sind die Verbindungen zu den Geräteschnittstellen herzustellen und die spezifischen Daten des Wicklers über Codestellen zu parametrieren. Ein Highlight ist die Art und Weise, wie die Reibungs- und Beschleunigungskompensation parametriert werden kann. Durch aktivierbare Identifizierungsabläufe lässt sich sowohl die Reibungskennlinie, als auch das vorhandene Massenträgheitsmoment automatisch erfassen und über eigene Dialoge zur Anzeige bringen. Ein weiterer Knopfdruck genügt, und die Messwerte werden in die entsprechenden Codestellen übertragen sowie auch dauerhaft gespeichert. Weil der Antrieb die Parameter selbst ermittelt, sind zeitraubende Überprüfungen jetzt aber nicht mehr erforderlich.Steuerung kommuniziert per Ethernet-SchnittstelleDie Servo PLC-Lösung übernimmt neben der eigentlichen Antriebsaufgabe auch Steuerungsaufgaben. Das entlastet die übergeordnete Steuerung sowie den Feldbus. Über eine übergeordnete Steuerung erhalten die Antriebsregler die notwendigen Informationen. MAN Roland entwickelte dieses leistungsfähige System; es steuert nicht nur die Antriebsregler von Lenze, sondern es steuert ebenso sämtliche anderen Aufgaben der Druckmaschine.Kommunizieren kann die Steuerung über eine Ethernet-Schnittstelle. Sie ist damit prädestiniert zur Fernwartung. Ein wesentliches Kriterium für die Auswahl des Bussystems war, Echtzeitfähigkeit realisieren zu können. Um diese Anforderung zu erfüllen, wird über die MAN-Roland-Steuerung mit den am echtzeitfähigen Prozess beteiligten drei Lenze-Servo-Antriebsregler mit 2 MBaud Datenübertragungsrate über Interbus kommuniziert. Zusätzlich hat das Steuerungssystem eine zweite Interbus-Schnittstelle mit 500 kBaud Übertragungsrate. Sie versorgt weitere sieben Lenze-Antriebsregler der Baureihen 9300 Servo und 8200 vector sowie Sensoren und Aktoren mit Daten. Um die schnelle Ferndiagnose zu gewährleisten, unterstützen die Antriebe einen vier Worte breiten Interbus-S-Parameterkanal (PCP). Das Interbus-Modul selbst lässt sich über die vorhandenen DIP-Schalter entsprechend parametrieren.Geringere Kosten für den NetzanschlussNicht nur im Zeitungsdruck sind Wickelantriebe Teil einer Gesamtanlage. Am weitesten verbreitet sind Zentrumswickler, bei denen der Wickelballen von einer zentralen Welle getragen und angetrieben wird. Vorteil: Das Material - hier die Papierbahn - lässt sich präzise wickeln, ohne die Oberfläche des Materials zu beeinträchtigen. Allerdings muss bei einem Zentrumswickler der Antrieb einen weiten Bereich bei Drehzahl und Drehmoment abdecken können. Hohe Anforderungen werden zudem an die Antriebsregelung gestellt.Aus diesen Gründen setzte der Maschinenbauer bei Wickelantrieben in der Vergangenheit meist auf Gleichstromtechnik. Weil sich bei Gleichstrommaschinen Feldstrom und Ankerstrom voneinander entkoppelt regeln lassen, ließen sich hohe Drehzahlstellbereiche und insbesondere hohe Drehmomentstellbereiche vergleichsweise einfach und unkompliziert realisieren. Doch in der Zwischenzeit hat die Regelungstechnik für Asynchronmaschinen weitere Fortschritte gemacht, und auch für Wickelantriebe setzt man mehr und mehr auf Drehstromantriebe. Von Vorteil hierbei sind nicht nur der robustere Motor, sondern auch die deutlich reduzierten Netzanschlusskosten. Gerade die Möglichkeit, die Antriebsleistung im Zwischenkreisverbund mit weiteren Antriebsreglern austauschen zu können, schafft wesentliches Einsparpotential. Brachliegenden Reserven wie diese, erschließt sich auch das Druckzentrum der Deister- und Weserzeitung, Aus diesem Grund setzt man dort auf Servoregler mit zentraler Einspeisung und Zwischenkreisverbund. Leistungsstarke und robuste Asynchronservomotoren haben dabei die Gleichstrommotoren abgelöst.

*Dipl.-Ing. Anita Heyer-Reinfeld und Dipl.-Ing Hartmut Hahn sind Mitarbeiter der Lenze AG, Hameln.

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