Mit der neuen Gerätegeneration b maXX 6000 hat das Unternehmen ein flexibles und performantes Servoantriebssystem mit verbesserten Baugrößen, skalierbaren Safety-Funktionen und smarten Software-Features für Industrie 4.0 entwickelt.
Für mehr Performance sorgen beispielsweise die von Baumüller, Nürnberg, neu entwickelten Safety-Funktionalitäten, die Zykluszeiten von Maschinen verkürzen. Darüber hinaus lässt sich der Drive als Sensor bzw. Sensor-Hub nutzen und bietet skalierbare IoT-Konnektivität, z. B. über einen Edge-PC in die Cloud.
Intelligente Funktionen aus dem SmartValue-Softwarebaukasten sollen helfen, die Energiebilanz in der Produktion zu verbessern. So überwacht das integrierte Temperaturmodell wichtige Komponenten im Leistungsteil. Dadurch können die Servoantriebe angemessen dimensioniert und genutzt werden. Diese Funktion verbessert den Ressourceneinsatz und senkt den Energieverbrauch im Betrieb.
Neben der platzsparenden Anreihtechnik (b maXX 6300) sind nun auch die Monogeräte (b maXX 6500) Das Bauvolumen der Baugrößen verringert sich damit und ermöglicht kleinere Aufbauten.
Die neuen Geräte b maXX 6300 der Anreihtechnik sowie die Monogeräte b maXX 6500 gehören zur neuen Generation der Plattform b maXX. (Foto: Baumüller)
Die neue Antriebsfamilie bietet eine hohe Skalierbarkeit, um den Antrieb auf die Anforderungen der jeweiligen Applikation anzupassen. Es stehen zahlreiche Geber-, Hardware-und Safety-Optionen zur Auswahl. So kann beispielsweise bei Gebern zwischen Resolvern, optischen und rein digitalen Gebern der gängigen Schnittstellen gewählt werden. Im Bereich der Hardware sind u. a. Signalbus, Serviceoption, digitale und analoge I/Os sowie Bremsenanschluss auswählbar. Eine Integration in verschiedene Maschinentopologien ist wie auch im b maXX 5000 über zahlreiche Feldbusoptionen möglich.
In Bezug auf Safety stehen unter Einhaltung der höchsten Sicherheitslevel (Zertifizierung bis zu den Leveln SIL 3 und PLe ist in Umsetzung) verschiedene Varianten vom einfachen hardwaregesteuerten STO (Safe-Torque-Off) bis hin zu unterschiedlichen höheren Sicherheitsfunktionen, angesteuert über FSoE (FailSafe over EtherCAT) oder Hardware I/Os zur Verfügung. Beide Varianten können auch kombiniert werden, um die sichere Antriebsarchitektur möglichst flexibel aufzubauen.
Mit einer Vielzahl an Ausbaustufen lässt sich die neue Generation besser an die Anforderungen der jeweiligen Applikation anpassen. (Foto: Baumüller)
Sicherheit für High-Performance-Anwendungen
Die neuen Safety-Funktionen wurden speziell für Applikationen mit hohen Anforderungen an Dynamik und Präzision entwickelt. Das Safety-Modul ist bei den neuen Servoreglern direkt im Gerät integriert. Dadurch lassen sich sicherheitsrelevante Gebersignale mit einer höheren Auflösung auswerten. Dies verbessert die Positions- und Geschwindigkeitsgenauigkeit. Wird in der Applikation z. B. ein einfacher Resolver verwendet, dann beträgt die Geschwindigkeitsauflösung mit der neuen Umrichter-Generation für die Safety-Überwachung unter 1 U/min. So kann die Applikation auch in Kombination mit robuster Gebertechnologie eine hohe Performance erreichen.
Die Sicherheitsfunktionen der neuen Servoregler verbessern zudem die Reaktionsfähigkeit auf sicherheitsrelevante Ereignisse. So wird der Servoantrieb zum Beispiel beim Auslösen von STO mit einer Zeitverzögerung von weniger als 1 ms momentlos geschalten. Durch diese kurze Reaktionszeit kann die Geschwindigkeit der Maschine erhöht werden.
Vorteile bringt darüber hinaus auch die neue Safety-Funktion SP (Sichere Position) zur Übermittlung der sicheren Position über das Protokoll FSoE. Damit ist nicht nur die sichere Raumüberwachung, sondern auch die Kollaboration bei Anwendungen mit mehrdimensionalen Bewegungen, beispielsweise beim Laserschneiden oder in der Robotik, möglich. In der neuen Generation wurde der ETG-Standard (EtherCAT Technology Group) für die FsoE-Kommunikation implementiert. Dies erhöht die Flexibilität bei der Auswahl einer übergeordneten Sicherheitssteuerung.
Mehr Dynamik durch höhere Messgenauigkeit
Mechanische Bauteile, wie Getriebe oder Antriebsriemen, können sich negativ auf die Reaktionsgenauigkeit auswirken. Um einen möglichen Einfluss durch Riemenschlupf oder ein Getriebespiel zu verhindern, kann zusätzlich zum Geber am Motor ein weiterer Geber an der Last montiert und in die sichere Überwachung mit einbezogen werden. Diese Option ist im neuen Servoantrieb verfügbar und erlaubt eine höhere Maschinengeschwindigkeit, da die Maschine im Bedarfsfall schneller abbremst und gestoppt werden kann. Diese hochgenaue Geberauswertung führt z. B. bei Fräsmaschinen zu einer höheren Produktivität.
Höhere Verfügbarkeit bei gefahrbehafteten Anwendungen
Die Baumüller-Antriebe bieten die Funktion einer frei parametrierbaren Verzögerungszeit (SS1-Zeit). Diese wird zwischen eine Sicherheitsfunktion und die dazu gehörige Abschaltreaktion Safe-Torque-Off (STO) geschaltet. Die SS1-Zeit verzögert das Auslösen des STO, wenn die Maschine nicht unkontrolliert austrudeln darf. Durch die parametrierbare Verzögerungszeit kann vor dem Auslösen von STO noch eine Aktion ausgeführt werden (z. B. Schnellhalt). In diesem Fall sendet das Safety-Modul automatisiert ein Signal an den Servoantrieb, der dann die parametrierte Reaktion ausführt. Erst wenn die SS1-Zeit abgelaufen ist, wird der Motor momentlos geschaltet. Durch diese Funktionalität können sowohl eine Schädigung von Personen und Maschinen verhindert, als auch eine höhere Maschinenverfügbarkeit erreicht werden.
Zusätzlich zur SS1-Zeit können die neuen Servoregler für die SS1- und die SS2-Funktion (Safe Stop 1 und Safe Stop 2) mit einer Rampenüberwachung arbeiten. Dabei handelt es sich um eine parametrierbare Verzögerungsrampe (SS1-r = Safe Stop 1 Ramp Monitoring), die einen sicheren Bereich für das Stoppen des Antriebs nutzt. Ohne Überschreiten der Geschwindigkeitsbegrenzungen wird das Herunterfahren bis zum endgültigen Stillstand noch sicherer erreicht. Ein typisches Einsatzgebiet sind Anwendungen, bei denen ein Austrudeln des Motors eine Gefährdung darstellt.
Mit der parametrierbaren Verzögerungsrampe können auch bei sensiblen und gefahrbehafteten Anwendungen Grenzwerte sicher ausgenutzt werden. (Foto: Baumüller)
Intelligente Antriebe für Industrie 4.0
Eine weitere neue Funktion betrifft die Erfassung, Vorverarbeitung und Auswertung der Maschinendaten im Servoantrieb. Mit den intelligenten Monitoring-Funktionen aus dem SmartValue-Softwarebaukasten können Antriebsparameter erfasst und an weitere Architekturschichten wie z. B. Edge-PC oder Cloud übergeben werden. Mit der integrierten Oszilloskop-Funktion können die Geräte Signale über den Feldbus an die Steuerung senden und Informationen zum Beispiel über einen OPC-UA-Server weitergeben.
Die Signale werden dabei kontinuierlich oder getriggert direkt vom Servoantrieb zur Verfügung gestellt. Dafür ist kein zusätzlicher Aufwand für externe Sensorik, Verdrahtung oder eine separate Auswerteeinheit notwendig. Reichen die vorhandenen Daten für den gewünschten Use Case nicht aus, kann der Servoantrieb problemlos als Sensor-Hub eingesetzt werden. So ist eine Erweiterung der Datenbasis durch externe Sensorik möglich, z. B. über Schwingungssensoren oder Daten aus einem intelligenten Getriebe.
Die Funktion Smart Energy Reduction setzt genau auf dieses Konzept. Mit der neuen Funktion kann der Energieverbrauch einzelner Achsen pro Zyklus ermittelt werden. Die Energiemessung wird autark und in Echtzeit in den eingesetzten Servoantrieben durchgeführt. In der überlagerten PLC analysiert ein Software-Baustein die übertragenen Messwerte und berechnet im Anschluss u. a. den tatsächlichen Energieverbrauch über das gesamte Antriebssystem hinweg. Die Werte werden dann in der Maschinenvisualisierung dargestellt. Alternativ zeigt ein Dashboard über offene IoT-Schnittstellen wie z. B. OPC UA die Ergebnisse der Messung an.
Durch diese Funktion kann der Maschinenzyklus energetisch verbessert werden. Diese Transparenz über den Energieverbrauch unterstützt den Hersteller gleichzeitig bei der Ermittlung seines Product Carbon Footprint (PCF).
Intelligente Antriebe übernehmen Steuerungsaufgaben
Um bestimmte Funktionen von der zentralen Steuerung in den Regler zu verlagern, bietet Baumüller zwei antriebsintegrierte Steuerungslösungen: die b maXX softdrive PLC mit einer Zykluszeit von ≥62,5 μs sowie die b maXX PLC di mit einer Feldbus-Zykluszeit von ≥250 μs.
Die software-basierte b maXX-softdrive PLC kombiniert Motion Control und SPS-Funktionalitäten und ist gemäß IEC 61131 programmierbar. Auf diese Weise können beispielsweise eine einfache Verrechnung digitaler Eingänge oder auch hochkomplexe Regelungsalgorithmen dezentral realisiert werden. Mit Hilfe der softdrivePLC können Programme hochsynchron zum Reglertakt (≥62,5 μs) ablaufen. Die softdrivePLC ist mit dem Start der neuen Umrichtergeneration verfügbar.
Erweitert wird das antriebsintegrierte Steuerungsportfolio um die bmaXX PLC di, mit der noch komplexere Motion Control-, Technologie-und Steuerungsfunktionen direkt im Drive möglich sind. Somit kann die Steuerungs-SPS entlastet, verkleinert oder sogar komplett ersetzt werden, da die PLC di auch als EtherCat-Master zur Steuerung weiterer Servoumrichter eingesetzt werden kann. Die PLC di, welche in Kürze vorgestellt wird, ist eine der schnellsten PLCs im Antrieb. Mit einer Feldbus-Zykluszeit von ≥250 μs können bis zu 16 Achsen für komplexe Bewegungsaufgaben angesprochen werden. Die Geräte der Familie b maXX 6000 sind bereits für eine Integration der b maXX PLC di vorbereitet und können um diese Funktionen erweitert werden.
Einfacher Wechsel auf die neue Generation möglich
Für Bestandskunden ist ein Wechsel von der Serie b maXX 5000 mit geringem Aufwand möglich. Alle bestehenden Engineering-Tools wie ProMaster oder ProDrive können weiterhin verwendet werden. Die Regler-Modelle sind bereits als digitaler Zwilling in der Software ProSimulation integriert und für die virtuelle Inbetriebnahme erhältlich.
Kompakt und mit höherer Spitzenleistung
Für die Monogeräte b maXX 6500 wurde neben den neuen Reglern eine neue Leistungsteil-Familie entwickelt. Dadurch konnten die Abmessungen reduziert und die Leistungsdichte erhöht werden. Bei der Baugröße 4 mit einem Leistungsbereich bis 75 kW bedeutet dies beispielsweise eine Einsparung von 48 % zum bisherigen Bauvolumen. Die neuen Monogeräte benötigen folglich weniger Platz im Schaltschrank und können besser auf engem Raum installiert werden.
Der neue b maXX 6500 (l.) benötigt in der Baugröße 4 bspw. 48 % weniger Platz als das aktuelle Modell (r.). (Foto: Baumüller)
Eine große Herausforderung an die Antriebstechnik stellen Stromspitzen dar. Beispielsweise beim Spritzgießen sind enorme Maximalmomente nötig, um die erforderliche Zuhalte-oder Presskraft zu erzeugen und diese, wenn notwendig, zu halten. Die richtige Antriebsdimensionierung erfolgt daher nicht ausschließlich ausgehend von den Nennmomenten, sondern zusätzlich auf Grundlage des Spitzenmoments.
Deshalb wurde die Spitzenleistung bei den neuen Monogeräten b maXX 6500 deutlich erhöht. So erreichen z. B. die Geräte der Baugröße 4 im Vergleich zur Serie b maXX 5500 einen um 30 bis 50 % höheren Spitzenstrom. Dies bedeutet, dass bei dynamischen Anwendungen kleinere Baugrößen eingesetzt werden können.
Die skalierbaren Leistungsteile der Mono-Einheiten sind mit einem erweiterten Leistungsbereich bis 400 kW geplant. Höhere Leistungen können über eine Parallelschaltung der Monogeräte erreicht werden. Mit den verbesserten Stromabstufungen sind die neuen Geräte passgenauer für die jeweilige Anwendung konfigurierbar.
