Auch die Antriebstechnik wird digital

Auf dem Weg zum Antriebsregler 4.0

11. November 2022, 20:30 Uhr | Andreas Knoll
Stephan Scholze, Stöber Antriebstechnik: „Es gibt einen stetig wachsenden Trend, Maschinen vor ihrem Bau möglichst umfassend zu simulieren.“
Stephan Scholze, Bereichsleiter Management Center Elektronik (MCE) bei Stöber Antriebstechnik
© Stöber Antriebstechnik

Die digitale Transformation hin zur Industrie 4.0 macht vor den Antriebsreglern nicht Halt: Auch für sie sind Themen wie Safety, Cybersecurity und Condition Monitoring wichtig. Stephan Scholze von Stöber Antriebstechnik erläutert die Hintergründe.

Welche technischen Trends sehen Sie derzeit bei Antriebsreglern?

Stephan Scholze: Wir sehen bei Antriebsreglern vier Haupttrends: Antriebsintegrierte Safety, Predictive Maintenance und Condition Monitoring, Cybersecurity sowie den digitalen Zwilling und die virtuelle Projektierung.

Das Thema Safety ist nach wie vor unglaublich innovativ und entwicklungstechnisch noch lange nicht am Ende. Es hat sich in den letzten Jahren etabliert und steht mittlerweile außer Frage. Die Verkaufsanteile haben alle Erwartungen bei Weitem übertroffen. Eine Maschine ohne die sinnvollen Eigenschaften, wie sie nur Safety Technology ermöglicht, wird über kurz oder lang nicht wettbewerbsfähig sein.

Bei Antriebsreglern zeigen sich in puncto Safety mehrere Trends. Die Maschinenhersteller haben aktuell nennenswerten Integrationsaufwand für Safety. Ihn zu verringern, ist ein wesentlicher Vorteil. Als Beispiel sind hier Sicherheitsfunktionen zu nennen, die ohne einen sicherheitsgerichteten Encoder und ohne Fehlerausschluss für mechanischen Anbau (FMA) auskommen. Zudem ist es eine Herausforderung, bei immer mehr Sicherheit ein hinreichendes Maß an Verfügbarkeit, Performance und Robustheit zu erreichen. Als letztes ist hier der weitere Ausbau der Connectivity, also die Ansteuerbarkeit aus den verschiedensten Steuerungssystemen, zu nennen.

Wie verhält es sich mit Predictive Maintenance und Condition Monitoring?

Einer der Schwerpunkte bei der Digitalisierung in der Industrie ist die Steigerung der Verfügbarkeit und damit der Produktivität. Um den Zustand von Produktionsanlagen überwachen zu können, aber auch Wartung und Service besser planen zu können, sind zuverlässige Daten über den Zustand der Anlagen und Maschinen unerlässlich. Dabei ist aber zu beachten, dass mit zusätzlichen Sensoren für die Überwachung auch weitere potenziell ausfallgefährdete Baugruppen hinzugefügt werden.

Stöber verfolgt daher mit der Funktion Virtual Lifetime das Konzept, mittels eines physikalisch mathematischen Ansatzes auf Basis vorhandener Daten und Systeme die Lebensleistung der Antriebe zu bestimmen. Die ermittelten Daten werden im Antriebsregler in Parametern vorgehalten und lassen sich einfach mit einer übergeordneten Steuerung etwa über Profinet austauschen. Die dabei ermittelten Lastdaten des Antriebs über die Lebensdauer lassen sich ebenfalls zur Auswertung bereitstellen.

Welche Rolle spielen der digitale Zwilling, die virtuelle Projektierung und die Cybersecurity?

Es gibt einen stetig wachsenden Trend, Maschinen vor ihrem Bau möglichst umfassend zu simulieren, das heißt, deren Funktionsweise digital zu erproben. Für unsere Produkte bedeutet das die Bereitstellung umfangreicher CAD-Daten. Die Umsetzung dieses Themas auf Basis der Automatisierungsplattform TIA von Siemens zeigen wir auf der Messe SPS 2022.

Last but not least ist Cybersecurity auch bei Antriebsreglern ein wichtiges Thema.

Welche Alleinstellungsmerkmale haben die Antriebsregler der Baureihen SC6 und SI6 mit dem neuen Sicherheitsmodul am Markt?

Mit dem neuen Sicherheitsmodul runden wir die Connectivity der Sicherheitsfunktionen in den Baureihen SC6 und SI6 ab. Zur Ansteuerung über Klemmen und Fail Safe over EtherCAT (FSoE) kommt jetzt Profisafe hinzu. Maschinenhersteller können nun die Ansteuerung bei der gesamten G6-Antriebsreglerfamilie frei wählen und damit den Anforderungen der Endanwender entsprechen.

Ein absolutes Alleinstellungsmerkmal ist bei allen unseren Sicherheitsfunktionen die Einfachheit bezüglich des verwendeten Encoders. Ein sicherheitsgerichteter Encoder oder ein Fehlerausschluss für mechanischen Anbau (FMA) ist überflüssig.

Eine zyklische Prüfung der Sicherheitstechnik, die den Produktionsbetrieb unterbricht, ist ebenfalls nicht erforderlich. Die Prüfung wird intern und ohne Einfluss auf den Betrieb der Maschine durchgeführt.

Zu guter Letzt sind alle Bestandteile zertifiziert. Sowohl Profinet als auch Profisafe haben aktuelle Zertifikate.

Welche Bedeutung haben die Profinet-Technologien und das Siemens-Automatisierungssystem für das Antriebskonzept von Stöber?

Seit 2011 unterstützen Antriebsregler von Stöber die Profinet-Schnittstelle. Profinet ist die wichtigste Schnittstelle für die Einbindung unserer Antriebsregler in die Automatisierung unserer Kunden. Neben der zertifizierten Profinet-Anbindung erwarten unsere Kunden heutzutage aber auch die Anbindung an Profisafe und die Verfügbarkeit der Profidrive-Technologie.

Wir unterstützen unsere Kunden mit ihrem Wunsch, die Automatisierung komplett über das TIA-Portal zu erstellen und zu pflegen, indem wir über Profidrive beispielsweise die Technologieobjekte SpeedAxis, PositionsAxis, SynchronousAxis, CAM und Kinematics zur Verfügung stellen. Durch die konsequente Umsetzung der Profidrive-Technologie wird es noch einfacher, die präzise Bewegung mit Antriebssystemen von Stöber in die Welt der Siemens-Automatisierung zu integrieren.

Welche Roadmap verfolgt Stöber bei Antriebsreglern für die nächsten Jahre?

Für die nächsten Jahre haben wir mit den Themen Achsdigitalisierung, Digitaler Zwilling, dem Ausbau der Predictive-Maintenance-Systemlösungen, dem Ausbau der erweiterten Safety-Funktionen für Profisafe und FSoE sowie Security-Lösungen viele interessante und anspruchsvolle Themen in der Pipeline.

Was bedeutet die Entwicklung hin zu Industrie 4.0 und IIoT generell für die Connectivity sowie für Safety und Cybersecurity von Antriebsreglern? Welche IIoT-Kommunikationsstandards werden für Antriebsregler relevant werden, und inwieweit müssen Antriebsregler vor Cyberangriffen geschützt werden?

Die Entwicklung der industriellen Kommunikation in Richtung OPC UA läuft bereits. Damit wird die durchgängige Kommunikation über OPC UA möglich und die vertikale Kommunikation in Anlagen und Maschinen einfacher. Dies wird auch Einfluss auf Predictive-Maintenance- und Condition-Monitoring-Lösungen haben, um durch optimierte Service- und Wartungskonzepte hohe Verfügbarkeit und Produktivität zu erzielen. Darüber hinaus wird MQTT Einzug in bestimmte Bereiche der Maschinen- und Antriebs-Kommunikation halten - eine Technologie, die sich besonders gut für Diagnose- und Instandhaltungs-Aufgaben eignet.

In modernen Anlagen und Maschinen läuft heutzutage alle Kommunikation über Industrial Ethernet. Sie sind zum großen Teil über Netzwerke und Internet fernwartbar und damit auch empfindlich gegenüber externen Einflüssen auf die Funktion der Anlage oder Maschine. Automatisierungslösungen müssen sich daher nicht nur an funktionaler Sicherheit orientieren, auch das Thema Security in Bezug auf Verfügbarkeit, Integrität und Sicherheit von Daten ist zu berücksichtigen.

Stöber beschäftigt sich im Rahmen des Cyber-Security-Prozesses mit praktisch umsetzbaren Hilfestellungen wie etwa „Security Guideline“ und „Defense in Depth“ sowie technischen Lösungsansätzen. Wir unterziehen zurzeit alle unsere Produkte sogenannten „Cyber-Security-Risikobetrachtungen“. Dabei wird die Norm IEC 62443 berücksichtigt. In einem ersten Schritt streben wir den Security Level 2 an – und haben Level 3 natürlich schon fest im Blick.

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