Integrated Motion Control, kurz IMC, dient zur vereinfachten Umsetzung einer Synchronisier- oder Positionieranwendung. Statt komplexer, aufwendiger Servolösungen samt Geber kann Frequenzumrichtertechnik eingesetzt werden. IMC ist eine Softwarelösung in den VLT-Frequenzumrichtern von Danfoss, die mit oder ohne Geber wiederholgenaue, exakte Bewegungen erlaubt. Bei Zentis wurde damit die Einspeisung der Glasgebinde modernisiert. Bei der Konfitürenabfüllung werden die benötigten Gläser lose, auf Paletten gestapelt, angeliefert und mit einem Abschieber lagenweise auf ein Förderband geschoben, um dann zur Abfüllanlage transportiert zu werden. Um eine Verbesserung des Prozesses zu erreichen, ersetzte man die bisherige Schützschaltung durch einen VLT Automationdrive mit Integrated Motion Control von Danfoss: Dieser steuert den Motor hin zur exakt gewünschten Position in Korrelation mit einem Endschalter und erreicht geringere Quoten an umfallenden Gläsern und Glasbruch als die Lösung zuvor. Zugleich ist die Anlage deutlich leiser und produziert weniger Vibration.

Ruckelige Schaltung soll ersetzt werden

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Für einzelne Achsen oder für Maschinen mit wenig bis mittlerem Aufwand an Motion, also Bewegungsregelungen, ist der Aufwand, ein traditionelles Servosystem zu integrieren, eine hohe Hürde, die es zu nehmen gilt. Diese Servosysteme bedingen häufig ein eigenes Bussystem, eine eigene Steuerungsphilosophie sowie spezielle Antriebsregler mit Motoren und Getrieben. Jede dieser Einzelkomponenten ist dabei letztlich Neuland für den Entwickler, der es projektiert. Genauso wie für denjenigen, der es später im täglichen Einsatz warten und instand halten muss: Weniger Komplexität ist hier auf jeder Ebene und für alle am Prozess beteiligten Abteilungen ein Gewinn. Die Ausgangslage bei Zentis sah so aus, dass eine Hebeanlage mit Positionierschalter die Paletten mit den zu befüllenden Gläsern zu einer Bandförderanlage hebt.

Ein Glasabschieber schob die jeweils oberste Lage der Palette lagenweise auf das Förderband. Die Palette musste dabei möglichst genau mit der Oberkante der Zwischenlage zur Oberkante des Förderbandes positioniert werden, damit kein Absatz entsteht. Die Gläser sind dabei – je nach Konfitürensorte – unterschiedlich breit und vor allem hoch. Dementsprechend muss der vertikale Fördervorgang immer wieder neu eingestellt werden, damit ein möglichst geringer Höhenversatz zwischen Band und Glascharge entsteht, der die Gläser zum Kippen bringen könnte.

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Es entsteht jedoch unvermeidbar ein minimaler Höhenunterschied, da die Zwischenlagen, auf denen die Gläser stehen, manchmal unterschiedlich dick sind: Aufwärts bringt selbst ein halber Millimeter immer wieder Gläser zum Stürzen, abwärts seltener, deswegen wird stets etwas höher gefahren. Wenn dies erledigt ist, kann der Verschiebevorgang der Gläser auf das Band beginnen. Dabei müssen möglichst ruckfrei alle Gläser von der Palette auf das Band verschoben werden.

Ruckfrei deswegen, damit kein Glas umfällt, denn das Risiko einer Kettenreaktion mit Glasbruch ist gravierend. Passiert dies, muss der Bediener jeweils das Band komplett räumen und die Anlage säubern – es darf schließlich unter keinen Umständen eine Kontaminierung der Konfitüre durch Glassplitter auftreten. Aus diesem Grund ist es bei Zentis auch jedem Besucher und Mitarbeiter verboten, Flaschen oder andere Gegenstände aus Glas in die Produktion mitzunehmen. 

Neben dem Risiko, dass Gläser beim Umfallen kaputtgehen können, könnte auch noch durch Verklemmen der Gläser und den Druck des Glasabschieberarmes ein Bruch entstehen. Jeder Zwischenfall verursacht Stillstände mit entsprechenden Kosten durch den Produktionsausfall. Neben der Antriebslösung und der Mechanik der Hebevorrichtung stand vor allem die Abschiebevorrichtung im Fokus der Erneuerung: Diese Technik bestand ursprünglich aus einer Lösung mit Schützen ohne besondere Sensorik oder Sicherheitseinrichtungen.

Antriebe und Achsen präzise synchronisiert

Die neue Lösung verwendet exakter an die benötigte Leistung angepasste Motoren und wird von einem VLT-Frequenzumrichter mit Integrated Motion Control gesteuert. IMC ist eine elegante Art, Positionier- und Synchronisationsaufgaben zu lösen, so Danfoss: Anstelle aufwendiger mechanischer Lösungen oder Servosystemen mit Geber und ebenfalls aufwendiger Verdrahtung sowie Programmierung wird hier ein Frequenzumrichter parametriert, um die Anwendung auszuführen.

Dies kann mit oder ohne Feedbacksystem geschehen. In vielen Produktionsbereichen, wie auch in der Applikation bei Zentis, benötigt der Anwender genaue Positionierung oder präzise Synchronisation von Antriebs- beziehungsweise Maschinenachsen, ohne aber eigentlich den Leistungsumfang der dafür notwendigen komplexen, teuren und hochdynamischen Servoantriebe zu brauchen. Solche Anwendungen werden mit der im VLT Automationdrive nun verfügbaren IMC einfacher und effizienter gelöst.

Sie ist für derartige Anwendungen laut dem Hersteller mehr als ausreichend genau und biete dem Anwender große Vorteile: So arbeitet die IMC mit allen gängigen Motortechnologien. Zudem verfügt der Automationdrive für alle Motortypen über eine automatische Motoranpassung. Anbinden lässt sich das Ganze technologieunabhängig an alle gängigen Steuerungs- beziehungsweise Bussysteme. Die IMC ermöglicht die Realisierung von Positions- und Synchronisationsanwendungen – wahlweise mit oder ohne Drehgeber. Dazu kommt durch IMC die sensorlose Rotorpositionserkennung sowie Drehmomentkontrolle. Insgesamt bringt das deutliche Einsparmöglichkeiten bei Komponenten im Schaltschrank, bei der Inbetriebnahme und der Verdrahtung. 

Ein kompaktes Gerät statt Baukastenprinzip

Für einfache Positionierungs- oder Synchronisierungsaufgaben war bisher ein recht aufwendiger Aufbau nötig. Zwischen SPS und Motor befanden sich viele Bauteile wie Motion-Control-Einheit, Leistungsteil, Drosseln und Resolver oder Drehgeber. All diese Teile benötigten nicht nur viel Platz im Schaltschrank, sondern erfordern zusätzlichen Verdrahtungsaufwand. Der VLT Automationdrive mit Integrated Motion Controller vereint all diese Bauteile in einem Gerät oder macht sie überflüssig.Im Gegensatz zu bisherigen Ausführungen kann der Betreiber bei Verwendung des VLT FC 302 mit dem optionalen Integrated Motion Controller auf aufwendige und teurere Servoregler verzichten.

Kenntnisse in Servotechnik nicht nötig

Ein Vorteil dieser Lösung ist für den Anwender, dass er die Frequenzumrichter an die Anwendung durch einfaches Parametrieren anpasst. Kenntnisse in Servotechnik oder gar Programmiersprachen sind nicht erforderlich. Durch die neuartige geberlose Regelung kann der Betreiber in vielen Anwendungen auf die Verwendung von Drehgebern verzichten. Das aufwendige Planen, Verdrahten und die Fehlersuche an Drehgebern gehören damit der Vergangenheit an. Das alles führt dazu, dass das System insgesamt robuster ist und im Fehlerfall auch keine externen Spezialisten angefragt werden müssen. 

Zentis hat durch den Einsatz der IMC-basierenden Positionierung an mehreren Stellen gewonnen: Die Anlage läuft mit weniger Störungen und somit weniger Ausfallzeiten und verbessert zudem das Sicherheitsniveau aufgrund weit seltenerer Störungen durch Glasbruch. Zudem können die Mitarbeiter, statt Gläser wieder aufzustellen, andere Aufgaben besser wahrnehmen – und dies unter weit ruhigeren Bedingungen als bisher, da sich die Vibrationen und die Geräuschentwicklung der Anlage deutlich verringert haben. 

SPS IPC Drives: Halle 3A, Stand 430