Sigmatek DIAS-Drive-Generation MDD 2000: Viele Achsen superkompakt verpackt

Alexander Melkus
Geschäftsführer Sigmatek

„In puncto Leistungsdichte haben wir mit der neuen Drive-Generation aktuell die Nase vorn!“

Bei der Entwicklung von Produktionsmaschinen geben Effizienz und Flexibilität heute den Ton an. Ein Schlüsselfaktor dabei ist die Antriebstechnik und deren einfache Einbindung in den Maschinenprozess. Laut einer Marktstudie von Quest TechnoMarketing (Quelle: Quest TechnoMarketing 2017: Die Zukunft des Servoeinsatzes bis 2020 im deutschen Maschinenbau, Bochum) sind pro Maschine durchschnittlich 7,6 Servoantriebe im Einsatz, Tendenz steigend.

Die MDD 2000 Drives von Sigmatek sind für dynamische Multiachs-Anwendungen konzipiert, wie sie im Serienmaschinenbau häufig zu finden sind. Bei Entwicklung der neuen Drive-Generation haben die Sigmatek-Ingenieure großes Augenmerk darauf gelegt, ein sehr flexibles System mit außerordentlich hoher Leistungsdichte zu realisieren, das Spielraum für die Individualisierung und passgenaue Antriebskonzepte bietet. Die DIAS-Drives der Serie MDD 2000 kombinieren Dynamik und Präzision mit superkompaktem Packaging, einfacher Verbindungstechnik und zahlreichen Safety-Funktionen. So misst das 3-Achs-Gerät in Baugröße 1 mit einer Leistung von 4 kW gerade mal 75 x 240 x 219 mm, inklusive Versorgung und Netzfilter.

Eine Erweiterung des Multiachs-Verbundes kann schnell und werkzeuglos mit DCB „DC Connection Block“ und BCB „Bus Connection Block“ erfolgen.

Schnell startklar ohne mehr Verdrahtung

Bei der Konzeption wurde bewusst auf eine Backplane verzichtet, wodurch das Vorhalten von Optionen entfällt. Im kombinierten Versorgungs- und Achsmodul MDP 2000 sind bereits bis zu drei Achsen integriert. Dieses Modul kann stand-alone als Kompaktdrive zum Einsatz kommen oder mit beliebigen MDD 2000-Achsmodulen zu einem Multiachsverbund erweitert werden. Die Zusammenstellung erfolgt modular im Baukastensystem mit cleverer Verbindungsmechanik. Der Maschinenbauer kann zwischen 1-, 2- und 3-Achs-Modulen in unterschiedlichen Leistungsklassen bzw. Baugrößen wählen. Alle Module lassen sich schnell und werkzeuglos mit DCB „DC Connection Block“ und BCB „Bus Connection Block“ verbinden – eine aufwendige Einzelverdrahtung für Strom, Zwischenkreiskoppelung und Echtzeit-Ethernet-Kommunikation entfällt, das verkürzt die Installation erheblich.

Flexibles Gesamtsystem

Das modulare Servosystem ist ein- oder dreiphasig 200/240 V AC bzw. 380/480 V AC zu betreiben. Netzfilter und Bremswiderstand sind ebenso on Board der kompakten Drivemodule.

Zur Markteinführung gibt es die DIAS-Drives der Serie MDD 2000 in zwei Baugrößen MDD 2100 und MDD 2200. Höhe und Tiefe der Module sind ident, einzig die Breite variiert. Baugröße 1 misst kompakte 75 mm in der Breite, 240 mm in der Höhe und 219 mm in der Tiefe und bietet eine Anschlussleistung von bis zu 8,5 kVA pro kombiniertem Versorgungs-/Achsmodul. Aktuell steht dieses mit 3 x 5 A Nennstrom und 15 A Spitzenstrom zur Verfügung. Je nach Achsanzahl werden in dieser Baugröße künftig bis zu 10 A Nenn- und 25 A Spitzenstrom möglich sein.

Das Versorgungs-/Achsmodul der Baugröße 2 ist mit 150 mm doppelt breit und schafft bis zu 17,25 kVA. Zur Markteinführung gibt es das 3-Achs-Modul mit 3 x 10 A Nennstrom und 30 A Spitzenstrom. In dieser Baugröße sind je nach Anzahl der Achsen bis 20 A Nennstrom und 45 A Spitze geplant. Baugröße 3 folgt als MDD 2300 im nächsten Jahr. Hier ändert sich ebenfalls lediglich die Breite. Auf Maßen von 225 x 240 x 219 mm sind Versorgung und ein bis drei Achsen integriert, die beliebig mit Achsmodulen erweitert werden können Als erstes Modul wird ein Dreiachser mit 3 x 20 A Nenn- und 3 x 60 A Spitzenstrom umgesetzt. Alle Baureihen bieten einen Überlastfaktor bis 300 %.

Die Modularität ermöglicht dem Maschinenbauer eine optimale Einbindung der Antriebstechnik in die Maschinenkonstruktion. Mit knapp 219 mm Tiefe passt das S-DIAS MDD 2000 Antriebssystem in kleinere 300 mm tiefe Schaltschränke, die häufig direkt unter der Maschine Einsatz finden.

„In puncto Leistungsdichte haben wir mit der neuen Drive-Generation aktuell die Nase vorn und darauf sind wir stolz“, so Geschäftsführer Alexander Melkus „Wir haben mehr Leistung und modernste Reglerperfomance in ein noch kompakteres Packaging gebracht, dazu kommen neue Sicherheitsfunktionen, eine schelle, werkzeuglose Modulverbindung und Ein-Kabel-Technologie“, bringt Alexander Melkus die Vorteile der DIAS-Drives MDD 2000 auf den Punkt.

Standardmäßig kommen die DIAS-Drives der MDD 2000-Serie mit Luftkühlung. Der Lüfter ist werkzeuglos und von außen tauschbar. Optional sind die Drives in einer Cold-Plate-Ausführung oder als Durchsteckvariante geplant. Um die Verlustleistung respektive die Wärmeentwicklung in der Haltebremse des Motors zu reduzieren, kann eine Bremsspannungsabsenkung konfiguriert werden.

Bei der MDD 2000-Serie von Sigmatek sind standardmäßig Motoren mit Einkabel-Technologie Hiperface-DSL-Geber im Einsatz.

Mehr Safety im Drive integriert

Neben den Stoppfunktionen Safe Torque Off (STO), Safe Stop 1 (SS1) verfügt die MDD 2000-Serie bereits im Standard über Safe Operating Stop (SOS), die Bremsfunktion Safe Brake Control (SBC) und die Geschwindigkeitsfunktion Safely-Limited Speed (SLS). Die antriebsintegrierten Sicherheitsfunktionen können für Anwendungen bis SIL 3, PL e, Kat. 4 Einsatz finden.

In der MDD-Serie ist die Umsetzung der sicherheitsrelevanten Antriebsfunktionen flexibel gelöst. Die Regler-Freigabe durch die zentrale Safety-Steuerung kann wie bisher hart verdrahtet über die sechs integrierten Enable-Eingänge oder neu über Echtzeit-Ethernet VARAN-Bus erfolgen. Im Safety-Controller können die Sicherheitsfunktionen parametriert werden. Die Überwachung der eingestellten Parameter erfolgt im Drive.

Ein Sechsachsverbund der DIAS-Drives MDD 2000 der Baugröße 1 bestehend aus zwei Dreiachsmodulen mit einer Leistung von 4 kW misst lediglich 150 x 240 x 219 mm inklusive Versorgung und Netzfilter. Die Achsmodule lassen sich einfach und werkzeuglos verbinden.

Einkabel-Lösung

Beim Multiachs-Servosystem MDD 2000 kommt standardmäßig die digitale Motorfeedback-Schnittstelle Hiperface DSL zum Einsatz. Die Einkabel-Lösung für Leistung und Feedbacksignale eliminiert die Geberleitung und somit den Kabelsalat im Schaltschrank bzw. der Maschine und spart Zeit bei der Inbetriebnahme. Neben der Einkabel-Lösung werden zahlreiche Gebervarianten unterstützt: EnDat 2.1 und 2.2, Hiperface, Resolver, Sin/Cos, TTL, BiSS-C, SanyoDenki, Tamagawa.

In den DIAS-Drives der Serie MDD 2000 sind zahlreiche Safety-Funktionen (SIL 3, PL e) integriert.

Starke Servo-Performance

Die Positionsvorgabe erfolgt in der Steuerung und wird dann über das echtzeitfähige Ethernet-Bussystem VARAN an den Drive übermittelt. Sehr kurze Reglerzykluszeiten (62.5 µs) verleihen den DIAS-Drives eine exzellente Servo-Performance. Um ein attraktives Preis-Leistungsverhältnis zu erzielen und unnötigen Overhead zu vermeiden, ist die Funktionalität der Drives bewusst auf Strom-, Drehzahl- und Lageregelung begrenzt. Die Ausführung der Positionier- und Regelalgorithmen übernimmt der im Drive integrierte Controller, der zudem mit dem übergeordneten Steuerungssystem kommuniziert und einen schnellen Datenverkehr im Drive sicherstellt. Das Speichern der Position im µs-Bereich ermöglichen die sechs integrierten digitalen Capture Eingänge. Die drei zweikanaligen sicheren 24 V-Eingänge können applikationsspezifisch konfiguriert werden.

Schnelle Inbetriebnahme: Autotune

Die Autotuning-Funktion vereinfacht die Inbetriebnahme enorm. Dazu steht in der Engineering Suite LASAL ein Autotune-Tool bereit: Sobald der Anwender Nenn- und Maximalstrom sowie einen erlaubten Verfahrensraum definiert hat und der Drive mit angeschlossenem Motor bereitsteht, kann im Tool die automatische Motoroptimierung gestartet werden. Neben der Regler-Parameter-Berechnung sind für den Anwender im Tool auch das Bodendiagramm sowie die Sprungantworten ersichtlich. Bei Bedarf kann die Dynamik von Stromregler sowie Drehzahlregler angepasst werden.

Im internen Data Analyzer der DIAS-Drives können Daten mit Abtastraten von 62,5 µs aufgezeichnet und online im Softwaretool dargestellt werden. Da die Konfigurationsparameter zentral im Steuerungssystem verwaltet werden, ist es nicht nötig, die Antriebskomponenten einzeln zu konfigurieren. Beim Austausch eines Servoantriebs werden Parameter automatisch geladen. Auf diese Weise lassen sich die Inbetriebnahmezeitn verkürzen und Fehler vermeiden.

Große Antriebsbibliothek

Sigmateks Engineering Suite LASAL vereint objektorientierte Programmierung (nach IEC 61131-3) mit grafischer Darstellung und stellt Pakete für alle Automatisierungsdisziplinen zur Verfügung. Für die Antriebstechnik steht in LASAL MOTION eine große Bibliothek mit vorgefertigten Bewegungs-Funktionsbausteinen bereit, die die Applikationserstellung enorm vereinfachen und verkürzen. Das breite Spektrum umfasst einfache Einachs- sowie komplexe Multiachs-Anwendungen, vorgefertigte Roboter- und CNC-Packages, verschiedene Roboter-Kinematiken, Synchronisation mehrerer Achsen im Raum, ruckbegrenzte Fahrprofile sowie dynamische Schutzraum- und Werkstückgeschwindigkeits-Überwachung.

Die nahtlose Integration von Steuerung, Visualisierung, Motion Control und Safety in einer Engineering-Plattform führt zu einer verbesserten Synchronisation von Prozess- und Bewegungsabläufen in der Maschine. Dadurch erhöhen sich Produktionsgeschwindigkeit, Präzision und Produktqualität.