Effizienz und Flexibilität sind die wichtigsten Faktoren bei der Entwicklung neuer Produktionsmaschinen. Ein Schlüsselfaktor ist dabei die Antriebstechnik und deren Integration in den Maschinenprozess. Pro Maschine sind laut einer Studie 7,6 Servoantriebe im Einsatz – Tendenz steigend [1]. Da auch Produktionsmaschinen immer kleiner werden, ergeben sich aus dem Trend heraus neue Anforderungen an die Antriebstechnik.

Für dynamische Multi-Achs-Anwendungen, wie sie im Serienmaschinenbau häufig zu finden sind, konzipierte das Unternehmen Sigmatek seine neue Generation MDD 2000 Drives. Dabei handelt es sich um das neueste Mitglied der DIAS-Drive-Reihe des Automatisierungsspezialisten, das die Servosysteme in einem höheren Leistungsbereich ergänzt. Bisher umfasst die S-DIAS-Familie die modulare MDD-100-Serie für bis zu acht Servo­achsen pro Baugruppe sowie die kompakte Serie SDD 300 für den Leistungsbereich von 8 bis 14 kVA und bis zu drei Antrieben. 
Die Serie MDD 2000 deckt all dies in einer Baureihe ab und erweitert diese mit Modulen mit bis zu 30 A Nennstrom beziehungsweise 60 A Spitzenstrom pro Achse. Zudem wurde bei der Entwicklung der neuen Drive-Generation besonderes Augenmerk daraufgelegt gelegt, ein kompaktes und flexibles System mit hoher Leistungsdichte und umfangreichen Safety-Funktionen zu realisieren. So misst das 3-Achs-Gerät in Baugröße 1 mit einer Leistung von 8,5 kVA lediglich 75 mm × 240 mm × 219 mm, inklusive Versorgung und Netzfilter. Aktuell steht dieses mit 3 × 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. Baugröße 2 ist mit 150 mm doppelt so breit und schafft bis zu 17,25 kVA. Zur Markteinführung gibt es das 3-Achs-Modul mit 3 × 10 A Nennstrom und 30 A Spitzenstrom. In dieser Baugröße sind je nach Anzahl der Achsen bis 20 A Nennstrom und 45 A Spitzenstrom geplant.

Modulares Multi-Achs-Servosystem

Zur Markteinführung gibt es die Serie MDD 2000 in den Baugrößen MDD 2100 und MDD 2200. Höhe und Tiefe der Module (240 mm x 219 mm) sind identisch, die Breite variiert. Baugröße 1 misst 75 mm und bietet eine Anschlussleistung von bis zu 8,5 kVA pro kombiniertem Versorgungs-/Achsmodul. Die doppeltbreite Baugröße 2 schafft bis zu 17,25 kVA.

© Sigmatek

Bei der Konzeption wurde bewusst auf eine Backplane verzichtet, wodurch das Vorhalten von Optionen entfällt. Im kombinierten Versorgungs- und Achsmodul MDP 2000 sind bis zu drei Achsen integriert. Dieses Modul kann stand-alone als Kompaktdrive genutzt oder mit beliebigen MDD-2000-Achsmodulen zu einem 
Multi-Achs-Verbund erweitert werden. Der Anwender kann zwischen 1-, 2- und 3-Achs-Modulen in unterschiedlichen Leistungsklassen und  Baugrößen wählen. Alle Module lassen sich werkzeuglos mit ‚DC Connection Block‘ (DCB) und ‚Bus Connection Block‘ (BCB) verbinden; eine Einzelverdrahtung für Strom, Zwischenkreiskoppelung und Echtzeit-Ethernet-Kommunikation entfällt. Das Servosystem ist einphasig oder dreiphasig 380 – 480 AC zu betreiben; Netzfilter und Bremswiderstand sind integriert. 

Standardmäßig wird die neue Generation über Lüfter gekühlt, die sich werkzeuglos austauschen lassen; optional  sind die Drives in einer Cold-Plate-Ausführung oder als Durchsteckvariante  geplant. Um die Verlustleistung respektive die Wärme-Entwicklung in der Haltebremse des Motors zu reduzieren, kann eine Bremsspannungsabsenkung konfiguriert werden. 

Mehr Safety integriert

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

© Sigmatek

In Sachen Sicherheit verfügt die MDD-2000-Serie gegenüber den Reihen MDD100 und SDD 300 über mehr Safety-Funktionen. Neben den Stoppfunktionen Safe Torque Off (STO), Safe Stop 1 (SS1) sind standardmäßig Safe Operating Stop (SOS), die Bremsfunktion Safe Brake Control (SBC) und die Geschwindigkeits-funktion Safely-Limited Speed (SLS) integriert und ermöglichen Anwendungen bis SIL 3, PL e, Kat. 4.
Die Umsetzung der sicherheits-relevanten Antriebsfunktionen ist flexibel gelöst: Die Reglerfreigabe durch die zentrale Safety-Steuerung kann wie bisher hart verdrahtet über die sechs integrierten Enable-Eingänge oder neu über Echtzeit-Ethernet-Bus Varan erfolgen. Im Safety-Controller können die Sicherheitsfunktionen parametriert werden, die Überwachung der eingestellten Parameter erfolgt im Drive. 

Einkabel-Lösung im Standard

Bei der neuen Servodrive-Generation kommt standardmäßig die digitale Motorfeedback-Schnittstelle Hiperface DSL zum Einsatz. Die Einkabel-Lösung für Leistung und Feedback-Signale eliminiert die Geberleitung und minimiert den Verkabelungsaufwand. Neben der Einkabel-Lösung werden die Gebervarianten EnDat 2.1 und 2.2, Hiperface, Resolver, Sin/Cos, TTL, BiSS-C, SanyoDenki, Tamagawa unterstützt.
Die Positionsvorgabe erfolgt in der Steuerung und wird über das Ethernet-Bus-
system Varan an den Antrieb übermittelt. Die Reglerzykluszeiten liegen bei 62,5 µs. Um unnötigen Overhead zu vermeiden, sind die Funktionen des Servosystems 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 sicherstellt. Sechs integrierte digitale Capture-Eingänge ermöglichen das Speichern der Position im µs-Bereich. Zudem stehen drei zweikanalige sichere 24-V-Eingänge  zur Verfügung, die applikationsspezifisch konfiguriert werden können.