Demokratische Antriebe

Werner von Siemens hat es sich 1866 bestimmt nicht vorstellen können, wohin sich seine Konstruktion des ersten Elektromotors entwickelt. Daß der Motor als aktives Element ¿ Aktor nennen wir das heute ¿ zwar eine wichtige aber untergeordnete Rolle spielt, leuchtet ein, wenn wir die Veränderungen in der Antriebssteuerung betrachten. Dem Trend zum dezentralen aber zentral gesteuerten Antrieb folgt inzwischen die verteilte, also dezentrale Steuerung, die die Antriebselektronik gleich mit erledigt. ¿Mehr Demokratie in die Anlage¿, fordern deshalb die Antriebsspezialisten von Lenze in Hameln, nachdem sie ihren Umrichtern die nötige ¿Intelligenz¿ eingepflanzt haben. Auch der globale Wettbewerb folgt diesem Trend.
Nachdem die ¿großen Brüder¿ die vorherrschenden speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) bereits von den Industrie-PCs bedrängt werden (siehe SCOPE Mai ¿98, Aufgerissen), übernehmen jetzt auch Frequenzumrichter deren Funktionen und steuern die Automatisierung von Maschinen und Anlagenteilen direkt vor Ort. Hierbei steht die notwendige elektronische Rechenkapazität meistens bereits zur Verfügung, weil die integrierte digitale Mikroelektronik von der reinen Antreiberei kaum ausgelastet werden kann. Es kommt also vor allem auf ¿Weichware¿ an, wie manche Zeitgenossen die immer wichtigere, vor allem aber richtige Software nennen, die zudem noch für Normalsterbliche bedienbar bleiben muß.

Die Software macht¿s
Letztendlich entscheidet dann nur die Software, ob der Antrieb eine Bewegungsaufgabe ausführt oder zum Positionieren eingesetzt wird. In allen Fällen kommt die gleiche Hardware zum Einsatz. Dieser Entwicklung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß moderne Frequenzumrichter sich aus dem Energieteil und dem weitgehend von der Software geprägten Steuerteil zusammensetzen. Auch diese Software läßt sich dann noch einmal in eine Grundsoftware zum Steuern, Regeln und Überwachen sowie den Anwenderteil für spezielle Antriebs- und Steuerungsaufgaben unterteilen.

Bei derartigen Geräten übernimmt also ein ¿Umrichter-Betriebssystem¿ ¿ Sie können das mit dem Betriebssystem für den Personal-Computer vergleichen ¿ sowohl die Aufgabe des Umrichters als auch die des Servoantriebs. Das heißt, es kümmert sich um die klassischen Aufgaben des Regelns der physikalischen Größen Strom, Spannung und Frequenz, die sich als Drehzahl, Drehmoment, Rundlaufgüte und Winkellage des Motors darstellen.

Die darüber liegende Parameter-Software enthält die Daten für die Technologie-Funktion des jeweiligen Einzelfalles, die einmal eingegeben oder für jede neue Aufgabe übers Netzwerk eingespeist werden. Letzteres setzt fast zwangsläufig die geeigneten Schnittstellen voraus. Heutzutage also vorwiegend Feldbusanschaltungen, von denen es meines Erachtens leider immer noch zu viele unterschiedliche gibt. Beim internen Systembus bietet der CAN-Bus offensichtlich eine besonders wirtschaftliche Lösung.

Funktionen einfach programmieren
Diese Ebene entscheidet also darüber, welche speziellen Eigenschaften der Antriebsregler bieten soll. Elektronisches Getriebe, Positionierung, Registerregelung, elektronische Kurvenscheibe, Wickelfunktionen oder Tänzerregelung gehören hierzu ebenso wie komplette Funktionen und Abläufe.

Ebenfalls nur als Software stellt sich die Spitze der Pyramide, die SPS-Funktion dar. Sie bietet gleich eine ganze Bibliothek der üblichen Steuerungs- und Regelungsbausteine der Automatisierungstechnik wie boolsche Operanden, Rechenoperanden, Komparatoren, Flip-Flops, PID-Regler, Hochlaufgeber und ähnliches zur freien Verfügung. Der Vorteil: Sie benötigen keine zusätzliche Hardware, weil der Antriebsregler diese Funktionen bereits enthält. Selbstverständlich erleichtern leistungsfähige PC-Programme dem Anwender das Programmieren.

Dezentralisierte Antriebe lassen sich besonders elegant realisieren, wenn Motoren mit integriertem oder angebautem Frequenzumrichter zum Einsatz kommen, die ich Ihnen bereits vor einem Jahr (siehe SCOPE-Titel Juni 97 ¿Rucksack-Motoren¿) vorstellen. Inzwischen stehen solche kompakten Antriebe auch im Lieferprogramm weiterer Anbieter.

So neu, wie sich dies alles liest, ist diese Entwicklung gar nicht. Aufmerksame SCOPE-Leser konnten das in meiner Berichterstattung bereits verfolgen. Deshalb bewähren sich derart ¿intelligente¿ Antriebe schon seit langem in der harten Alltagspraxis.

Klimatechnik
Antriebe in der Klimatechnik müssen längst viel mehr können, als ein bißchen Luft umzuwälzen. Gerade Gemäldegalerien verlangen, daß die vorgegebenen Werte für Temperatur und Luftfeuchtigkeit sehr exakt eingehalten werden. Ein integrierter PID-Regler gehört als beispielsweise zur Ausrüstung der Frequenzumrichter, die im Pariser Louvre für das gemäldetaugliche Klima sorgen. Natürlich präsentieren die Hamelner dieses Einsatzbeispiel mit besonderem Stolz.

Elektrische Welle
Wenn zwei oder mehr Antriebe genau parallel laufen müssen, blieb die Königswelle zum mechanischen Verkuppeln bis vor noch gar nicht so langer Zeit das sichere Mittel der Wahl. Inzwischen halten die elektronischen Servo-Umrichter die Forderungen ein, die in der Vergangenheit von manchen Anbietern vollmundig versprochen wurden. Als besonders anschauliches und auch anschauenswürdiges Beispiel sollten Sie sich die Arbeit der Kulissenantriebe von Stella in Stuttgart beim Musical ¿Die Schöne und das Biest¿ ansehen.

Fördertechnik
Schnell und direkt müssen Produkte, Waren und Sendungen heutzutage bewegt werden, um möglichst zeitsparend, also pünktlich, beim Empfänger zu landen. Der heilsame Wettbewerb hat nicht nur die Branche durcheinander gewirbelt, er konfrontierte auch die Antriebstechniker mit sehr anspruchsvollen Anlagenkonzepten. Schließlich müssen riesige Sendungsmengen innerhalb kürzester Zeit ausgeladen, sortiert und wieder verladen werden. Das Beispiel zeigt einen Ausschnitt aus einer weiträumigen Anlage beim Deutschen Paketdienst (DPD). Für derartige Anwendungen dürften sich verstärkt die Antriebe mit integrierten Frequenzumrichtern durchsetzen, weil sie die Steuerung platzsparend direkt am Antrieb an jedem Punkt der Anlage ermöglichen, die sich trotzdem über den Bus vernetzen lassen.

Positionieren, zyklisch bewegen
Getrennte Positioniersteuerungen bedeuten höhere Kosten und Anpassungsprobleme, weil sie einer anderen Programmiersprache gehorchen als der Servo-Antriebsregler. Die integrierte Positioniersteuerung im Antriebsregler bietet hier also erhebliche Vorteile und darüber hinaus noch die Verknüpfung mit anderen Reglern über den ebenfalls integrierten Systembus. Benötigt der jeweilige Prozeß außerdem noch zyklische Bewegungen, bieten die Antriebsregler auch noch die elektronische Servo-Kurvenscheibe. Im Gegensatz zu mechanischen Kurven, die durchaus ebenfalls Vorteile haben können, lassen sich die Daten von bis zu acht Kurvenscheiben in einer Servo-Achse ablegen und verzögerungsfrei umschalten. Vergleichen Sie das ruhig mal mit der Umrüstzeit bei mechanischen Kurventrieben. Das alles funktioniert sogar noch unter den erschwerten Bedingungen der Pharmaindustrie, zum Beispiel in der Fertigung bei Beiersdorf.

Zukunftssicher
Für den Anwender macht es sicherlich Sinn, daß hier auch das komplette, passende Sortiment an Motoren und Getrieben zur Verfügung steht: Unter anderem nur eine Adresse für den ¿Schwarzen Peter¿.

Die moderne Großserienfertigung mit hohem Automatisierungsanteil im ¿Hochlohnland Deutschland¿ bietet kurze Wege zum Kunden. Die intelligente Konstruktion spart darüber hinaus viele Teile und Arbeitsgänge ein. Das Resultat: Wettbewerbsfähige Preise für den Weltmarkt. Das nutzen inzwischen auch andere Anbieter.

Bernhard Siegmund / Juni 1998