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Frequenzumrichter

Steuert wie ein Servo

| Redakteur: Reinhard Kluger

Ob Synchronmotor oder Asynchronmotor, der neue Frequenzumrichter von ABB genügt, um beide Arten steuern zu können. Dank unterschiedlicher Geberrückführungen und intelligenten Kommunikationssystemen erreicht er sogar die Performance eines Servoantriebs.

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Frequenzumrichter für den Maschinenbau mit einer Nennleistungen von 0,75 bis 45 kW bieten eine erheblich verbesserte Performance, sodass Ihre Einsatzbereich auf den Bereich der Servoantriebe ausgeweitet werden kann.
Frequenzumrichter für den Maschinenbau mit einer Nennleistungen von 0,75 bis 45 kW bieten eine erheblich verbesserte Performance, sodass Ihre Einsatzbereich auf den Bereich der Servoantriebe ausgeweitet werden kann.
( Archiv: Vogel Business Media )

Maschinenbauer werden den neuen Antrieb zu schätzen wissen, bietet ABB mit dem Machinery Drive ACSM1 nun auch passende Antriebe für Anwendungsbereiche, wie z. B. kleinere Anlagen zum Verarbeiten von Gummi und Kunststoff, in denen Präzision gefordert ist: Aucheignet er sich für kleinere Kräne und Förderanlagen. Darüber hinaus erfüllt der Frequenzumrichter die anspruchsvollen Anforderungen für Maschinen in der Papierindustrie, wie Haspeln, Kalandern, Längsschneidmaschinen sowie Schneidmaschinen mit kleinerer Leistung.

Zu den wesentlichen Eigenschaften des Antriebs zählen:

• Direct Torque Control, die direkte Drehmomentregelung von ABB,

• eine breite Palette von Gebersystemen,

• intelligentes Kommunikations- und Feldbussystem sowie

• benutzerfreundlicher Aufbau durch nur drei Einheiten und

• eine insgesamt verbesserte Systemleistung.

DTC (Direct Torque Control) , eine Technik, die besonders für die hohen Anforderungen der Maschinenbauer und zum exakten Regeln von Asynchron-, Synchron- und Asynchronservo- und Torque-Motoren eignet, die mit verschiedenen Gebersystemen ausgestattet sind. DTC ermöglicht eine sehr schnelle Drehmomentregelung und dringt somit in den klassischen Bereich der Servoantriebe vor.

Maschinenbauer benötigen häufig verschiedene Positionier- und Synchronisier-Möglichkeiten, wie eine zentrale Lageregelung über den Motion Controller oder eine dezentrale Lageregelung. Geboten wird jetzt beides. Durch die Lageregelung und Synchronisierung mit einem schnellen Reglerzyklus eignet sich der Antrieb auch für anspruchsvollste Anwendungen. Die Geschwindigkeit der Sollwertverarbeitung innerhalb des Frequenzumrichters ist zur Erreichung einer optimalen Leistung einstellbar.

Mit DTC wird die Flussoptimierung beispielsweise in Kombination mit Energiesparen möglich. Damit kann der Antrieb nicht nur für die zentralen Anwendungen in der Maschinensteuerung, sondern auch für Hilfsanwendungen wie Pumpen und Lüfter verwendet werden. Herkömmliche Servoantriebe können häufig keine Pumpen und Lüfter regeln, weil Servoregler oft eine Geberrückführung benötigen.

Mit der Funktion „fliegender Start“ ist es möglich, auch auf eine drehende Maschine zu synchronisieren, was eine hervorragende Regelung mit und ohne Rückführung gewährleistet. Durch die verschiedenen Möglichkeiten der Drehzahlrückführung wird der fliegende Start weiter verbessert. Darüber hinaus ermöglicht eine dynamische Drehzahlregelung einen schnelleren Start der Regelung bei Netzrückkehr nach einem Netzausfall. Der Antrieb verfügt über eine Funktionsbausteinbibliothek. Mit Hilfe von Softwarefiltern werden Motorregelung und Anwendungssoftware so abgestimmt, dass Torsionsschwingungen der Mechanik oder eine von externen Systemen verursachte Instabilität der Drehzahl- oder Drehmomentsollwertsignale vermindert oder völlig vermieden werden kann.

Große Auswahl an Geberrückführungen

Der Maschinenbauer hat jetzt erstmals Zugang zu der größten Auswahl an Drehzahl- und Positionsgebern wie Resolvern, Absolutwert-Gebern und Inkrementalgebern. Das größere Angebot an Gebersystemen löst eventuelle Probleme mit Inkrementalgebern, die bei einem Netzausfall ihre Position oder ihren Zählerstand verlieren können. Der Umrichter regelt ohne Rückführung. Neue Anwendungen benötigen eine noch präzisere Regelung. Das Gerät ist deshalb mit allen Rückführungsgeräten einschließlich der Absolutwertgeber, Resolver und „normalen“ Inkrementalgebern kompatibel.

Ein weiteres Element der exakten Drehzahl-, Drehmoment- und Lageregelung mit DTC ist das Motormodell. Zum Feinabstimmen des Motormodells kann der Machinery Drive die Motordrehzahl rückführen. Die Folge: eine noch weiter verbesserte Regelungsperformance.

Intelligentes Kommunikations- und Feldbussystem

Die intelligenten Geberschnittstellen sind mit einem Mikroprozessor oder FPGA (feld-programmierbares Gate-Array) ausgestattet. Die Schnittstelle selbst verarbeitet die Signale des an der Motorwelle angebrachten Geräts. Ausgangssignale der Gebersysteme als Drehzahl- oder Positionsmeldung werden schnell verarbeitet und von den Drehzahl-, Drehmoment- oder Lagereglern in der Antriebsregelungseinheit verwendet. Eine flexible Anbindung an externe Steuerungssysteme wird über ein E/A-Abfragesystem und die Feldbuskommunikation ermöglicht. So kann beispielsweise die Abfragezeit pro E/A unterschiedlich sein, und bei den Abfragezeiten kann der Automatisierer seine Prioritäten setzen. Er kann somit die E/A-Nutzung optimieren und die Prozessorbelastung für eine optimale Regelungsperformance optimieren.

Der Machinery Drive ist zu allen wichtigen Feldbussystemen wie PROFIBUS, Device-Net, CANopen und Ethernet kompatibel. Die optionalen Feldbusadaptermodule verfü-gen über eine eigene eingebaute Intelligenz über mikroprozessor- oder feldbusspezifische Asic (application specific integrated circuit). Feldbussignale werden im Schnittstellenmodul verarbeitet und über eine schnelle, interne Verbindung an das Regelungsprogramm übertragen. Daraus ergibt sich eine offene Architektur für verschiedene Feldbusse.

Benutzerfreundlicher Aufbau

Anwendern bietet sich jetzt die Möglichkeit, Geräte mit bestimmten Funktionalitäten zu bestellen, die unmittelbar vor dem Versand zusammengestellt oder programmiert werden. Merkmale wie Feldbus-, Digital- oder Analogerweiterungs- und Geberschnittstellen werden einfach eingesteckt und können durch die ABB-Vertretung vor Ort, beim Maschinenbauer oder beim Anwender konfiguriert werden. Den Kern dieses Designs bilden drei Einheiten: der Leistungsteil, das Regelungs- und das Speichermodul. Der Leistungsteil wird entsprechend der benötigten Spannung gewählt, die Regelungshardware-Einheiten bleiben unverändert, während in einem steckbaren Speichermodul die jeweilige Software gespeichert wird. Bei einem Austausch des Leistungsteils oder der Regelungseinheit kann der Frequenzumrichter ohne spezielle Kenntnisse wieder in Betrieb genommen werden. Eine Parametereinstellung ist nicht notwendig, da die vollständigen Einstellungen in dem steckbaren Speichermodul abgelegt sind.

Durch eine schnellere Signalverarbeitung bietet der Antrieb eine insgesamt hervorragende Systemleistung. Die Reaktionszeit zwischen der Sollwertänderung und der Änderung des Motordrehmoments zählt derzeit zu den kürzesten aller auf dem Markt befindlichen Frequenzumrichter. Alle Software- und Hardware-Elemente unterstützen sich gegenseitig in ihrer Leistung. Nimmt man als Beispiel einen Regelkreis in einem Drehzahlregler, dann unterstützen die Abfrage der E/A oder des Eingangssignals und des Impulsgebers oder der Dreh-zahlrückführung dieselbe Verarbeitungszeit. Die Sollwertaufbereitung ist so schnell wie der Regelkreis, d. h. kein Sollwertsignal wird verzögert.

Schnell und gezielt auf geänderte Anforderungen der Anlage reagieren

Michael Link, Produktmanager Drives und Branchenmanager für „Extruder und Kunststoffmaschinen“, ABB: „Antriebsapplikationen im Maschinenbau sind vielfältig. Sie gehen von einfachen „Open loop“-Anwendungen über Antriebe mit Impulsgeber bis hin zu Antriebssystemen mit Absolutwertgebern. Diese Vielfalt an Motoren und insbesondere Gebersysteme fordert die Umrichter und die Geberauswertung im Umrichter heraus. Hier hat der Machinery Drive ACSM1 eine seiner Stärken, begründet in der Hardware-Modularität. Die Geberschnittstelle ist ein Optionsmodul, das sich wahlweise auf den Umrichter aufstecken lässt.

Es können pro Umrichter bis zu zwei solcher Schnittstellen-Module verwendet werden. An jedem Geberschnittstellen-Modul stehen zwei Geber-Eingänge und ein Geber-Ausgang zur Verfügung. Der Anwender kann hier zwischen keinem (Open loop-Anwendung) und drei verschiedenen Gebermodulen auswählen. Die drei Gebermodule, die zur Verfügung stehen sind: zum einen ein TTL-Inkrementalgeber-Schnittstellenmodul, zum anderen ein Resolver- Schnittstellenmodul und schließlich ein Absolutwertgeber-Schnittstellen-Modul.

Das Absolutwertgeber-Schnittstellenmodul unterstützt Protokolle, wie Endat, Hiperface und SSI. Jedes Modul hat die Möglichkeit, TTL-Signale als Ausgangssignale zu generieren, zum Beispiel, um diese in eine SPS einzulesen. Die Optionsmodule lassen sich auch bei Bedarf nachrüsten. Somit ist der Anwender in der Lage, auf geänderte Anforderungen der Anlage schnell und gezielt zu reagieren, um so seine Antriebslösung zu optimieren.“

ABB, Tel. +49(0)621 3815449

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