Ob aufwendig geformte Spritzgussteile produziert, vom Endkunden konfigurierte Möbel produziert oder Bestellungen mit vielen unterschiedlichen Artikeln von Greifern gepackt und verschickt werden: die Zahl der Achsen, die gesteuert und synchronisiert werden müssen, nimmt kontinuierlich zu. Der damit einhergehende, höhere Automatisierungsgrad erfordert zwangsläufig auch komplexere Steuerungen. Dem Rechnung tragend beziehungsweise genau für diese Zwecke hat Lenze jetzt ein ‚Arbeitspferd‘ im Stall, bestehend aus drei völlig neu entwickelten Komponenten bestehend aus dem Servo-Inverter i950, dem Synchronmotor m850 und dem Planetengetriebe g700.

Antrieb und Getriebe sind laut Christian Bergner, Leiter Produktmanagement Servo Drives & Motors bei Lenze, für Maschinenaufgaben mit mittlerer Dynamik, hoher Laufruhe und großer Präzision ausgelegt. In der Standard-Ausführung ist der Motor mit robusten Resolvern ausgerüstet. Wo hohe Präzision verlangt wird, können alternativ Multiturn-SinCos-Geber zum Einsatz kommen. Das Servogetriebe g700 ist dieser Motorcharakteristik angepasst und in 14 Varianten verfügbar – als ein-, zwei- oder dreistufiges Planetengetriebe in fünf Baugrößen mit Übersetzungsintervallen von 3,0 bis 8,0 bis 64,0 bis 512,0. Der Motor gibt es in insgesamt neun Varianten, in drei unterschiedlichen Baugrößen mit jeweils drei unterschiedlichen Leistungsklassen, die von 2,0 kW bis 9,2 kW reichen. „Wir schätzen, dass etwa 80 % der Maschinenbauer, die Bedarf an Servo-Synchronmotoren mit mittlerer bis hoher Performance haben, Lösungen auf Basis des m850 einsetzen werden“, so Bergner, der die Hauptanwendungsgebiete der Lösung unter anderem bei Positionier-Aufgaben, Handling- und Montage-Applikationen, Robotik, Verpackungsmaschinen und Förderantrieben sieht.

Parametrieren, programmieren, steuern

Aufgrund der im i950 in einem Servo-Inverter erstmals eingesetzten modernen ARM-Doppelkern-Architektur sowie der integrierten Bus-Infrastruktur ergeben sich Bergner zufolge gerade bei der parallelen Datenverarbeitung große Vorteile, die komplexere und schnellere Steuerungsprozesse ermöglichen. Der integrierte Ethercat-Port ermögliche es, mehr als doppelt so viele Daten in gleicher Zeit in einem Achsverbund auszutauschen als dies früher der Fall war. Wegen der offenen, auf dem Ethercat-Standard basierenden Netzwerk-Architektur sind zudem zusätzliche Ethercat-Teilnehmer – wie zum Beispiel Sensoren – in den Verbund integrierbar. „Damit können jetzt deutlich mehr Achsen gesteuert und synchronisiert werden als bei den Vorgängermodellen“, so Bergner.

Die Adaption der unterschiedlichen Aufgaben und Konzepte in der Industrie-Automation erfordert jedoch nicht nur schiere Rechenpower, sondern auch eine Funktionsvielfalt, die in der Entwicklung, bei der Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb OEM und Anwendern zugute kommt. Den damit einher gehenden, steigenden Anforderungen an die Intelligenz der Steuerungen trägt der i950 unter anderem mit seinen drei unterschiedlichen Betriebsmodi Rechnung:

"Mit der smarten Servo-Achse liefern wir die gebündelte Antwort für die Ansprüche an Mechanik, Elektronik und Digitalisierung!", so Christian Bergner von Lenze.

© Lenze

Der Servo kann entweder frei programmiert werden oder unter einer CiA402-Motion-Steuerung als Stellantrieb dienen. Die häufigste Betriebsart dürfte jedoch nach Einschätzung von Christian Bergner die Nutzung der intergierten ‚Fast‘-Technologie-Anwendungen sein. Diese Module bilden einen breiten Funktionsumfang ab, den der OEM nicht mehr selbst programmieren muss, sondern einfach über das Setzen von Parametern nutzen kann. Das Inbetriebnahme-Tool EasyStarter liefert dazu eine intuitive grafische Parametrier-Oberfläche, die das Handling erleichtert.

„Damit können auch Techniker mit einem geringeren Ausbildungsstand die Inbetriebnahme problemlos abwickeln“, betot Bergner. Lenze reagiere damit auf den Umstand, dass beim OEM aufgrund des Fachkräftemangels oft nur noch in bestimmten Projektphasen Ingenieure eingesetzt werden, beispielsweise bei der Programmierung oder später bei der Prozessoptimierung und Maschinenabnahme.

Die Fast-Module lassen sich auf Basis von IEC 61131-3 in der Lenze-eigenen Programmierumgebung PLC Designer vom OEM zudem noch selbst erweitern oder anwendungsspezifisch anpassen. Diese Programmierung wird auf SD-Card gespeichert und ist bei der Inbetriebnahme ebenfalls über die grafische Bedien­ober­fläche zugänglich. „Im EasyStarter stellen wir die hinzugekommenen Funktionen in Form einer Zusatzparameter-Liste bereit. So bleibt auch bei individuell angepassten Lösungen das einfache Handling der grafischen Nutzeroberfläche erhalten“, macht der Lenze-Experte deutlich. Auf der anderen Seite ist die freie Programmierung – mittels IEC 61131-3 nach PLCopen – eine Option, die dem OEM mit dem i950 offen steht.

Besonders effektiv könne der OEM entwickeln, wenn er einzelne Module immer wieder verwenden kann – auch bei der Software. Der i950 verwirklicht diesen Ansatz, indem er bereits früher entwickelte Software von Servos und Controllern verarbeiten kann.

Intelligenz am Edge

Zukunftsweisende Kunden-Services und neue Geschäftsmodelle im Bereich von Industrie 4.0 benötigen eine breite Datenbasis – bis hinunter auf die Ebene der Sensoren und Aktoren. Die Grundlage für dieses Industrielle Internet der Dinge (IIoT) schafft Lenze nicht nur mit der Entwicklung einer intelligenten Hardware, sondern auch mit der Bereitstellung der passenden Applikationen wie etwa einem eigenen Asset Management.

Durch eine Bestandsaufnahme der gesamten Maschine werden alle relevanten Komponenten der Maschine (Assets) mit Seriennummer, Gerätekennzeichnung, Einbaulagen-Fotos und Funktionsbereich in der Asset-Management-Software vor Ort aufgenommen. Dieser Datenstamm wird automatisiert angereichert mit Informationen wie zum Beispiel Lieferzeiten oder Verfügbarkeit, Wartungsintervalle, dem Lebenszyklus der Komponente sowie Dokumentationen wie Bedienungsanleitungen und vielem mehr. Dadurch entsteht letztlich ein digitaler Zwilling mit aktuellen und zuverlässigen Daten. Das Asset Management bildet so jederzeit die ‚Gesundheit‘ von Maschinen und Anlagen ab und kann als Single Point of Truth den Ausgangspunkt für weitergehende Services bilden, beispielsweise für Remote Services oder ‚smarte‘ Anwendungen wie Predictive Maintenance.

Alle relevanten Daten rund um den Antrieb stellt der i950 an der integrierten Ethernet-Schnittstelle bereit – Drehzahl, Laststrom, Motortemperatur und weitere Informationen, beispielsweise über die genauen Modellvarianten von Antrieb und Getriebe. Darüber hinaus  unterstützt er bereits das verbreitete MQTT-Protokoll, das die Datensammlung und -integration bis in die Cloud möglich macht.