Als rein digitales Interface kommt Hiperface DSL mit einem Minimum an Verbindungsleitungen zwischen Frequenzumrichter und Motor-Feedback-System aus. Das Interface entspricht dem Standard RS 485 und ermöglicht eine robuste, störsichere Datenübertragung zwischen Antriebs-Regler und Motor über lediglich zwei Adern, die direkt in ein einziges, bis zu 100 m langes Motorkabel integriert sind.

Gerätetechnisch halbiert die digitale Schnittstelle den Aufwand für Anschlussstecker, Kabel und Leitungsverlegung. Reglerseitig entfallen teure Analogbauteile und der zusätzliche Signaleingang für die externen Sensordaten. Abhängig davon, wie viele Antriebe in einer Maschine oder Anlage mit der Motor-Feedback-Schnittstelle arbeiten, kann die gesamte Antriebstechnik für Endkunden deutlich preisgünstiger ausfallen. Die Einsparungen betreffen daneben die materialwirtschaftliche Bevorratung im Lager und den Platzbedarf in Energieführungsketten und am Motor selbst – gerade bei kleinen Servomotoren ist das ein wichtiger Aspekt. Auch der für Kabeldurchführungen und Leitungen reservierte Platz im Schaltschrank fällt deutlich kleiner aus.

Nur noch ein Anschlussstecker und Kabel (links) statt bisher zwei reduzieren den Platzbedarf und die Kosten für Material und Montage der Antriebe.

© Sick

Motoren-, Regler- und Systemhersteller profitieren darüber hinaus von der automatischen Synchronisation des Regelkreises sowie von der Flexibilität beim Motordesign. Zudem ist die Datenübertragung frei von störanfälligen Analogsignalen. Hiperface DSL unterstützt ebenso die Funktionalität des elektronischen Typenschilds: Motorkenndaten, Serien- und Artikelnummern sowie weitere Daten, die im Service- oder Austauschfall schnell helfen, werden hier hinterlegt und zur automatischen Reglerparametrierung genutzt.

Schließlich eignet sich die Datenkommunikation für Applikationen bis SIL3 (IEC 61508) beziehungsweise Performance Level e (EN ISO 13849-1). In Bezug auf die Erfüllung von Sicherheitsfunktionen sowie die Vorgaben der Maschinenrichtlinie und relevanter Normen sind Motoren-, Regler- und Systemhersteller sowie  Maschinenbauer dadurch genauso auf der sicheren Seite wie der Endanwender als Betreiber. Doch der Sicherheits­aspekt ist nur ein Vorteil der digitalen Schnittstelle.

Condition-Monitoring inklusive

Das Motor-Feedback-System liefert eine Vielzahl von Diagnosedaten „frei Haus“, die im Rahmen einer kontinuierlichen Zustandsüberwachung zu Diagnosezwecken sowie zur vorbeugenden Instandhaltung nutzbar sind. Hierzu gehören unter anderem die Stromaufnahme, Drehzahlen, Geschwindigkeiten, Temperaturen und die jeweiligen Veränderungen dieser Größen. Sämtliche Daten speichert das Interface in Form von Histogrammen im E²Prom und stellt diese der Steuerung zur Verfügung. Darüber hinaus können sämtliche in einen Motor integrierbare oder am Motor befestigte Sensoren eingebunden werden, zum Beispiel Beschleunigungs-, Drehmoment/Torque-Sensoren und abtriebsseitige Sensoren zur Kraftmessung. Das Motor-Feedback-System (MFB) agiert dabei als Sensor-Hub und überträgt die Informationen online über das Hiperface-DSL-Interface zum Antriebsregler zusammen mit den Werten des Feedback-Systems. Diese Daten ermöglichen Aussagen über den Zustand der Antriebe- und Maschinen und deren voraussichtliche Entwicklung.

Im Antriebsregler werden die jeweiligen Grenzwerte für Warnungen und Alarme gesetzt. Parallel dazu lassen sich Grenzwerte im Geber kundenspezifisch definieren. Dann sendet das MFB zusätzlich zu den Werten entsprechende Warnungen und Fehlermeldungen über HDSL.

In Maschinen der Palettier- und Verpackungstechnik ermöglichen Condition-Monitoring und vorbeugende Wartung der Servoantriebe eine höchstmögliche Verfügbarkeit.

© Sick

Über ein Programmiertool (DSL-Analyser) besteht auch die Möglichkeit, die gespeicherten Daten offline zum Beispiel bei einem Service-Einsatz vor Ort auszulesen. Und das funktioniert nicht nur vor Ort: Per Intra- oder Internet haben Anwender jederzeit Zugriff auf die Maschine – über Hiperface DSL sogar bis auf die Motorwelle. Diese Re­mote-Diagnose-Option ermöglicht umfangreiche Fernüberwachungen zur präventiven Wartung. Mit dem kontinuierlichen Condition-Monitoring der Servoantriebe und dem Erkennen problematischer Maschinenzustände erreicht der Endkunde zwei wesentliche Ziele. Das erste ist der Schutz der Maschine, um über ein schnell reagierendes Sicherheitssystem (Notabschaltung) teure Folgeschäden zu vermeiden. Zudem erlaubt eine rechtzeitige Analyse der Sensordaten eine Identifikation der Störfaktoren und Schadensursachen. Das zweite Ziel stellt die Steigerung der Effizienz von Maschinen dar. Um eine höchstmögliche Produktionsverfügbarkeit und -kapazität zu erreichen, ist die permanente Zustandsüberwachung eine Voraussetzung. Sie erschließt ein großes Einsparungspotenzial von Betriebskosten, da kritische Maschinenelemente nicht mehr präventiv und mit Verlust der „Restlaufzeit“ ausgetauscht werden müssen, sondern nach Bedarf. Gleichzeitig bilden die Zustandsinformationen vom Antrieb die Basis, um nötige Instandsetzungsmaßnahmen mit dem Produktionsplan und den geplanten Maschinenstillständen zu synchronisieren. Parallel dazu lassen sich Trendentwicklungen der relevanten Maschinenparameter verfolgen. Langsame, langfristige Änderungen werden ebenso erfasst wie kurzfristige oder sprunghafte Zustandsänderungen, zum Beispiel nach einem Werkzeugbruch.

Unterm Strich steigt die Verfügbarkeit der Antriebe wie auch der Maschinen. Gleichzeitig verringern sich die Sach- und Personalkosten im Falle eines zu frühen oder – im Schadensfall – zu späten Service-Einsatzes.

Autor: Bernd Appel leitet die Business Unit Motor-Feedback-Systeme bei der Firma Sick Stegmann in Donaueschingen.