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Trends in der elektrischen Antriebstechnik

 

"Intelligente" elektrische Antriebe

Digitale elektrische Antriebe sind leistungsfähigen Mikroprozessoren ausgerüstet. Diese arbeiten alle für die Antriebssteuerung erforderlichen Regel- und Steuerungsfunktionen ab. Ein integriertes Echtzeitbetriebssystem sorgt für eine synchrone Zeitbasis und garantiert, dass alle Programmroutinen zyklisch abgearbeitet werden.

Die Verfügbarkeit kostengünstiger Mikroprozessoren ermöglichen es, im Antrieb mehr Rechenleistung bereitzustellen, als für die eigentliche Antriebssteuerung gebraucht wird. Damit eröffnen sich Möglichkeiten, ohne wesentliche Kostenerhöhung Zusatzfunktionen in die Antriebe zu integrieren. Konkret werden Funktionen, die bisher den Automatisierungsgeräten der überlagerten Steuerungsebene vorbehalten waren, in die Antriebe verlagert.
Antriebe mit einem derartig erweiterten Funktionsumfang werden umgangssprachlich als "intelligente" Antriebe bezeichnet.

 

"Intelligente" Antriebe als Prozessregler

Die vom Antrieb in den Prozess eingespeisten mechanischen Größen wie Drehzahl und Drehmoment verfolgen einen auf die jeweilige Anwendung bezogenen technologischen Zweck. Im allgemeinen sollen dabei Gegenstände oder Medien in einer ganz bestimmten Weise bewegt werden. Das heißt, dass der elektrische Antrieb, der diese Bewegung ursächlich hervorruft, so geführt werden muss, dass im Ergebnis die gewünschte Bewegung entsteht. Um dieses Ziel zu erreichen, werden der Antriebssteuerung weitere Regelkreise (z. B. ein Lageregelkreis) überlagert. Diese Regelkreise erhalten ihre Istwerte direkt aus dem Prozess und generieren die Sollwerte (z. B. den Drehzahlsollwert) für die Antriebssteuerung.
Für die Abarbeitung dieser überlagerten Regelkreise wurden bisher Automatisierungsgeräte der übergeordneten Steuerungsebene verwendet. "Intelligente" Antriebe übernehmen diese Funktionen jetzt selbst.

Beispiele dafür sind:

• Auf- und Abwickler für Warenbahnen aller Art
• Zugspannungsregler in Maschinen mit durchlaufenden Warenbahnen (z. B. in Papiermaschinen)
• Druckregler in Extrudern
• Positioniersteuerungen
• Synchronisier- und Gleichlaufregelungen

"Intelligente" Antriebe werden damit zu Prozessreglern und entlasten die Automatisierungsgeräte von prozessnahen Regelfunktionen.

 

"Intelligente" Antriebe mit Steuerungsfunktionalität

Regelkreise werden in der industriellen Praxis nicht nur durch Sollwerte, Istwerte und Störgrößen beeinflusst, sondern auch mit Steuerkommandos beaufschlagt. Diese Kommandos sperren Regler oder geben Regler frei, schalten Zusatzwerte ein und aus oder setzen Reglerparameter. Die Steuerkommandos sind an Bedingungen wie z. B. Prozesszustände oder Zeitabläufe gebunden und werden deshalb oft in einem Steuerungsprogramm berechnet. Die Eingangsgrößen für dieses Steuerungsprogramm sind in vielen Fällen bereits in der Antriebssteuerung vorhanden. Es ist deshalb naheliegend, das für die Verarbeitung erforderliche Steuerungsprogramm im Antrieb ablaufen zu lassen und die Signale nicht erst aufwendig an ein Automatisierungsgerät zu übergeben, dort zu verarbeiten und die Steuerkommandos dann wieder zum Antrieb zu übertragen. Aus diesem Grund verfügen "intelligente" Antriebe auch über Steuerungsfunktionalität, die durch ein Programm oder Parameter an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden kann. Automatisierungsgeräte werden damit auch von der Bearbeitung prozessnaher Steuerungsfunktionen befreit.

 

"Intelligente" Antriebe als technologische Knoten

Der Signalaustausch zwischen elektrischen Antrieben und anderen Automatisierungskomponenten wird heute oft über Feldbusse abgewickelt. Diese haben inzwischen eine Leistungsfähigkeit erreicht, die eine globale Verfügbarkeit von Informationen in den beteiligten Automatisierungskomponenten ermöglicht. Es ist deshalb nicht mehr in jedem Fall erforderlich, alle Informationen in einem zentralen Automatisierungsgerät zu sammeln und dort zu verarbeiten. Es ist durchaus vorstellbar, auch zentrale Steuerungsaufgaben zu dezentralisieren und auf mehrere ohnehin vorhandene Automatisierungskomponenten zu verteilen. Hier bieten sich "intelligente" Antriebe an. Da sie in den meisten Automatisierungslösungen enthalten sind, können sie bei entsprechender kommunikationstechnischer Vernetzung größere Steuerungsprogramme gemeinsam abarbeiten.
Ob diese Möglichkeit breiten Einzug in die industrieelle Praxis findet, hängt entscheidend von der Bereitstellung komfortabler Engineeringtools ab. Diese Tools müssen die Aufteilung der Steuerungsaufgabe auf die beteiligten Knoten und die Projektierung der erforderlichen Kommunikationsbeziehungen selbständig übernehmen.