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Digital zu weniger Masse

Text: Bernd Appel und Clemens Bitsch, Sick Foto: pixelbrat; Sick
Weniger Kosten und Platzbedarf, neue Potenziale für Downsizing ohne Dynamikverlust, verbesserte Verfügbarkeit ganzer Maschinen sowie ein hohes Maß an Investitions- wie auch an Maschinensicherheit: Diese Vorteile für elektrische Servo-Antriebssysteme verspricht die rein digitale Schnittstelle Hiperface DSL.

Hiperface DSL ist eine digitale Weiterentwicklung in der Kommunikation zwischen Motor und Regler. Die Schnittstelle kommt mit einem Minimum an Verbindungsleitungen aus, denn die robuste und störsichere Datenübertragung beim Motor-Feedback erfolgt erstmals direkt über das Motorkabel. Die Kommunikation wird auf die Versorgungsspannung des Motor-Feedback-Systems, zum Beispiel eines Singleturn-Motor-Feedback-System EKS36 oder der Multiturn-Version EKM36, aufmoduliert. Zusätzlich können auch die Daten anderer Sensoren über das digitale Motor-Feedback-Protokoll übertragen werden.

Kosten und Installationsaufwand verringern

Benötigt wird nur noch ein bis zu 100 Meter langes Motorkabel - was den Verkabelungsaufwand praktisch halbiert, denn es entfällt der bislang erforderliche Geber-Kabelsatz. Abhängig davon, wie viele Antriebe in einer Maschine mit Hiperface-DSL-fähigen Motor-Feedback-Systemen arbeiten, kann die gesamte Antriebstechnik für den Maschinenbauer deutlich preisgünstiger werden. Was nicht mehr benötigt wird, nimmt auch keinen Platz mehr weg. Das betrifft sowohl die materialwirtschaftliche Bevorratung im Lager als auch den Platzbedarf für Energieführungsketten in der Maschine: Der Kabelschlepp wird deutlich kleiner. Auch der für Kabeldurchführungen und Leitungen benötigte Platz im Schaltschrank verringert sich.

Energieeinsparung und Downsizing

Weniger Hardware in Form von Steckern, Kabeln und Peripherie am Servoantrieb reduziert dessen Masse. Für Anwendungen, in denen der Antrieb in einem dynamischen Prozess bewegt werden muss, ist das ein entscheidendes Argument: Weniger Masse und Gewicht ist hier gleichbedeutend mit weniger kinetischer Energie, die zum Beispiel von einem Roboter aufgebracht werden muss. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit zum Downsizing des Antriebs ohne Leistungsverlust der Maschine. In vielen Applikationen kann der Servoantrieb eine Nummer kleiner ausgelegt werden - was den Trend hin zu immer kompakteren Maschinen unterstützt. Zudem ist ein Antrieb einer geringeren Leistungsklasse in der Regel auch im Preis vorteilhafter.

Risikominimierung und Condition Monitoring

Mit der Entwicklung von der hybrid, sprich analog-digital, aufgebauten Schnittstelle Hiperface hin zum rein digitalen Ansatz von Hiperface DSL wird die Verbindungsleitung zwischen Frequenzumrichter und Motor-Feedback-System minimiert. Der reduzierte Installationsaufwand weist zudem weniger Fehlerquellen auf. Deshalb ermöglicht Hiperface DSL mehr Maschinenverfügbarkeit. Darüber hinaus kann der Maschinenbauer ein individuelles Condition Monitoring des Servoantriebs für seine Kunden entwickeln und anbieten. Möglich macht dies - neben der digitalen Signalübertragung - ein E²Promals elektronisches Typenschild, über das Motor-Feedback-Systeme wie EKS36 und EKM36 zur automatischen Reglerparametrierung verfügen.

Motorkenndaten, Serien- und Artikelnummern sowie weitere Daten, die im Service- oder Austauschfall schnell helfen, werden hier hinterlegt und zur selbstständigen Einstellung des Reglers auf die Parameter des Motors genutzt. Damit kann über die gesamte Betriebsdauer einer Maschine eine Vielzahl von Motordaten erfasst und zu Diagnosezwecken sowie zur Instandhaltung genutzt werden. Und das nicht nur vor Ort, denn über das Tool DSL Analyser und die Datenübertragung per Web-Interface ist jederzeit ein Ferneinblick in die Maschine bis hinab zur Motorwelle möglich. Der Maschinenbauer erreicht damit zwei Ziele: Erstens einen Schutz der Maschine, um über ein schnell reagierendes Sicherheitssystem, wie eine Notabschaltung, teure Folgeschäden zu vermeiden. Damit ermöglicht die Analyse der Sensordaten es, Störfaktoren und Schadensursachen zu klären. Das zweite Ziel, das sich mit dem Condition Monitoring verbindet, ist die Effizienzoptimierung, um eine höchstmögliche Produktionsverfügbarkeit zu erreichen. Die permanente Zustandsüberwachung ermöglicht es, Betriebskosten zu sparen, da kritische Maschinenelemente nicht präventiv überprüft und ausgetauscht werden müssen, sondern deren Lebensdauer ohne Verlust der Restlaufzeit intakter Bauteile vollständig ausgenutzt werden kann. Gleichzeitig bilden die Zustandsinformationen vom Antrieb die Basis für nötige Instandsetzungsmaßnahmen in Abstimmung mit dem Produktionsplan oder den Terminen geplanter Maschinenstillstände.

Integrierte SIL-Sicherheit

Hiperface DSL ist als Kommunikationsstandard für die Zukunft konzipiert. Daher ist die Datenübertragung per Hiperface DSL auch sicherheitstechnisch für Applikationen bis SIL3 (IEC 61508) oder Performance Level e (EN ISO 13849-1) zertifiziert. Mit den Motor-Feedback-Systemen EKS36 und EKM36 bietet Sick bereits zertifizierte Geber bis SIL2 oder Performance Level d an. Damit ist sichergestellt, dass die digitale Motor-Geber-Schnittstelle grundsätzlich auch in Safety-Applikationen eingesetzt werden kann.

Grüne Antriebs- und Maschinentechnik

Energieeffizienz ist zukünftig eines der wichtigsten Entwicklungsgebiete in der elektrischen Antriebstechnik, denn am Energieverbrauch der Industrie tragen Motoren und Antriebe den Löwenanteil: 66 Prozent des Gesamtverbrauchs - über 151 TWh in Deutschland oder mehr als 656 TWh für Europa. Auf 22 TWh - etwa 15 Prozent - beziffert der ZVEI allein für Deutschland das Potenzial zur Verbrauchsreduzierung in der Antriebstechnik. Vor diesem Hintergrund leistet die Technik von Hiperface DSL ihren Beitrag für eine grüne Antriebs- und Maschinentechnik. Der verringerte Materialeinsatz bei Steckern und Kabeln reduziert unter anderem den Verbrauch von Kupfer. Das Condition Monitoring ist von großer Nachhaltigkeit geprägt, denn sowohl bei der Prozess- als auch bei der Maschinenüberwachung bietet es für den Menschen im Umfeld, die Maschine und die Umwelt einen maximalen Schutz bei gleichzeitig maximaler Nutzung der Bauteil-Zyklen. Schließlich sorgt Hiperface DSL dafür, dass Ressourcenverschwendung durch sensortechnische Zwischenschritte vermieden werden können. Nicht zuletzt der Trend von Asynchronmotoren hin zu Synchronmotoren mit höherer Energieeffizienz, wird von dieser Technik unterstützt.

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