Neues Economy Drive System von Beckhoff Hohe Funktionalität, Kosteneffizienz und reduzierte Komplexität

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Beckhoff Automation AG

FAULHABER SA

Beckhoff hat zwei neue Antriebsserien auf einer gemeinsamen Plattform und mit vielen innovativen Ideen entwickelt: die Economy-Servoverstärker AX1000 und die Economy- Frequenzumrichter AF1000. Sie bilden eine ideale Ergänzung des bestehenden Portfolios, insbesondere um den Bereich der kostensensitiven Applikationen noch besser abzudecken. Dementsprechend wurde bei der Entwicklung besonderer Wert auf hohe Kosteneffizienz und Reduzierung der Komplexität gelegt.

Vor dem Entwicklungsstart wurde in intensiven Kundengesprächen deren Bedürfnisse sowie die wichtigsten Produkteigenschaften eines neuen Antriebs definiert, um daraus möglichst genaue Vorgaben ableiten zu können. Ziel dieser neuen Gerätegeneration war die Realisierung der Servo-Kerneigenschaften ohne weitere Ergänzungen oder Funktionen für Nischenanwendungen. Mit dieser Strategie konnten äusserst kostengünstig und unkompliziert aufgebaute Geräte mit weniger Baugruppen sowie entsprechend deutlich reduzierten Montagezeiten für optimierte Fertigungsprozesse realisiert werden. Als positiver Nebeneffekt für den Anwender kommen eine sehr gute Servicefähigkeit sowie eine schnelle, einfache und intuitive Inbetriebnahme hinzu.

Im Servobereich wurden die einphasigen, sehr kompakten Geräte sowie die dreiphasigen Servoverstärker der AX1000-Reihe parallel entwickelt. Früh wurde auf dieser Basis eine weitere Geräteserie, die Frequenzumrichter AF1000, ins Leben gerufen. Die AX1000-Plattform eignet sich hervorragend auch zur Entwicklung einer Serie an Frequenzumrichtern, eine für Beckhoff bisher neue Produktreihe für einen preislich noch deutlich stärker unter Druck stehenden Markt. Die Servoverstärker AX1000 werden – wie bei den bisherigen Beckhoff Baureihen üblich – in Einachs- und Doppelachs-Varianten angeboten, was jedoch für Frequenzumrichter keineswegs marktüblich ist. Beckhoff entwickelt ein neues Produkt immer auch mit neuen, innovativen Eigenschaften. So ist in diesem Fall die Doppelachs-Variante der Frequenzumrichter hinzugekommen. Das ist nach unserem Wissen weltweit einzigartig und führt zu einer deutlich höheren maximalen Packungsdichte im Schaltschrank. Zudem optimiert das Doppelachs-Gerät nochmals deutlich die Kosten, da wichtige Baugruppen nun für zwei Frequenzumrichter eingesetzt werden.

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AX1000: optimierter, effizienter Servoverstärker für den kleinen Leistungsbereich

Der AX1000 ist im Nennstrombereich von 1,65 bis 6,9 A verfügbar und ein vollständig in TwinCAT integrierter Servoverstärker. Angeboten werden zwei unterschiedliche Anschlussversionen: für kleine Leistungen bis 2,2 kW mit einphasiger Einspeisung mit 1 x 230 V AC und für grössere Leistungen von 1,1 kW bis 4,5 kW mit dreiphasiger Einspeisung mit 3 x 400 V AC. Trotz der kompakten Abmessungen sind Netzteil, Zwischenkreiskondensatoren und Ballastschaltung integriert. Auf den ersten Blick fällt das kostenoptimierte Kunststoffgehäuse des AX1000 auf. Durch das geschickte Design der Leiterplatten ist die Verwendung eines Edelstahlgehäuses z. B. zur Reduzierung der Störausstrahlung nicht mehr erforderlich. Trotz der Auslegung auf maximale Effizienz und Kompaktheit können die Geräte im Schaltschrank ohne Abstände direkt aneinander montiert werden. Bis auf optional verbaute Safety-Eingänge sind alle Anschlüsse von vorne zugänglich, was die Verdrahtung der Geräte erheblich vereinfacht und den Schaltschrank übersichtlicher macht.

Auf ein externes 24-V-DC-Netzteil kann der Anwender ebenfalls verzichten, der Antrieb erzeugt sich die Steuerspannung für
I/Os und Haltebremsversorgung direkt aus dem Zwischenkreis. Das spart zusätzlich erheblichen Platz und bietet den Vorteil, dass die 24-V-DC-Generierung permanent die Zwischenkreisspannung nach unten zieht. Der positive Effekt ist eine höhere Reserve im Zwischenkreis für dynamische Bremsvorgänge. Weiterhin ist der AX1000 mit einer sehr hohen Kapazität ausgestattet, um für die Bremsvorgänge möglichst viel Energie effizient speichern zu können, ohne dass der interne Bremswiderstand aktiviert werden muss. Dies reduziert das Auftreten zusätzlicher Wärme im Schaltschrank. Für das Beherrschen äusserst hoher kinetischer Energie kann an jedem Gerät zusätzlich ein externer Ballastwiderstand angeschlossen werden.

Für die Einhaltung der EMV-Richtlinien ist ein externes Netzfilter erforderlich, das mit der im Gerät integrierten Grundentstörung dafür sorgt, dass die EMV-Grenzwerte unterschritten werden. Vorteilhafterweise kann damit die Sammelentstörung mehrerer Geräte durch ein Filter durchgeführt werden; für die unterschiedlichen Stromstärken werden passende Entstörfilter angeboten. Der Ableitstrom der Geräte selbst ist sehr gering und vereinfacht den Betrieb an Fehlerstrom-Schutzschaltern. Die Servoverstärker AX1000 unterstützen auch die bewährte One Cable Technology (OCT) von Beckhoff. Die entsprechenden Motorleitungen für den AX1000 sind hierbei teilgeschirmt ausgeführt, was zu einer erheblichen Reduzierung der Manteldurchmesser und Biegeradien sowie der damit verbundenen Kosten für Komponenten wie z. B. Schleppketten, Kabelkanäle und Fixierungen führt. Der AX1000 unterstützt unterschiedliche Motortypen, beispielsweise Synchron Servomotoren AM8000 mit OCT, Asynchronmotoren oder Reluktanzmotoren, jeweils mit und ohne Feedback. Gerade in Anwendungen, die nicht die höchste Dynamik erfordern, ist z. B. der Einsatz von Reluktanzmotoren effizient und hinsichtlich der Kosten sehr attraktiv. Der Aufwand für die entsprechende Einstellung des AX1000 ist minimal. Bei den Doppelachs-Geräten können achsweise auch zwei unterschiedliche Motortypen ausgewählt werden.

Serienmässig ist der AX1000 mit der TwinSAFE-Funktion STO/SS1 ausgestattet. Die Parametrierung erfolgt über FSoE und die Aktivierung kann wahlweise über FSoE oder die optionalen Safety-I/Os erfolgen. Vorteilhaft ist hierbei die Ausführung der Safety-I/Os mit Taktung.

Damit kann auf einen Fehlerausschluss in der Anschlussleitung verzichtet werden, sodass auch der direkte Anschluss eines Not-Halt-Schalters möglich ist. Mit der Bestelloption TwinSAFE Safe Motion stehen weitere Sicherheitsfunktionen zur Verfügung.

Der AX1000 ist über EtherCAT in das TwinCAT-System integriert und bietet demgemäss den vollen Komfort bei Inbetriebnahme, Betrieb und Diagnose. Alle für die grösseren Antriebe AX5000 und AX8000 zur Verfügung stehenden Tools, wie z. B. TwinCAT 3 Drive Manager 2, TwinCAT 3 Autotuning, TwinCAT 3 Bode Plot und TwinCAT 3 Cogging Compensation, können auch für den Servoverstärker AX1000 genutzt werden. Die Integration in den Motion Designer erleichtert die individuelle Auslegung der Antriebsachsen.

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Der Frequenzumrichter AF1000 ist wie der Servoverstärker AX1000 vollständig in TwinCAT integriert und wird in zwei unterschiedlichen Anschlussversionen angeboten: für kleine Leistungen bis 2,2 kW mit einphasiger Einspeisung 1 x 230 V AC und für grössere Leistungen von 1,1 kW bis 4,5 kW mit dreiphasiger Einspeisung 3 x 400 V AC. Die Leistungsabstufung in der Baureihe richtet sich nach der allgemeinen Normreihe von Asynchronmotoren. Die Doppelachs-Ausführung des AF1000 gestaltet das Gerät nochmals kompakter und kostengünstiger, da wichtige Baugruppen wie z. B. EtherCAT-Interface, Microcontroller, Netzteil und Gehäuse für zwei Achsen genutzt werden.

AF1000: universeller Frequenzumrichter für den kleinen Leistungsbereich

Viele Eigenschaften teilt sich der AF1000 mit dem auf der gleichen Plattform entwickelten AX1000. Hierzu zählen das Kunststoffgehäuse, die hohe Zwischenkreiskapazität, die interne 24-V-Steuerspannungsversorgung und der Anschluss über externe Entstörfilter. Der AF1000 stellt die optimale Ergänzung zum Servoverstärker dar, da er auch die Abmessungen mit ihm teilt. Somit kann der AF1000 direkt und einfach ein AX1000-System erweitern, falls einige Achsen in der jeweiligen Applikation nicht unbedingt servogeregelt ausgeführt sein müssen. Der Anwender spart dadurch zusätzlich einiges an Kosten.

Die Motorleitung ist ungeschirmt und der AF1000 bietet den Anschluss eines Motor-Thermofühlers PT1000, KTY oder LPTC600. Die Auswertung erfolgt direkt im Gerät. Der Einsatz von Haltebremsen bei Asynchronmotoren ist eher selten, falls doch, finden sich an den Motoren manchmal auch Bremsen mit höherem Spannungsbedarf. Aus diesem Grund wurde auf den direkten Anschluss für eine Haltebremse verzichtet. Bei Bedarf steht hierfür ein digitaler Ausgang zur Ansteuerung eines externen Relais zur Verfügung.

Der AF1000 unterstützt Asynchronmotoren, Reluktanzmotoren und Servomotoren, die sensorlos, also ohne Lagegeber, mit U/f-Kennlinie oder vektorgeregelt betrieben werden. Mit dieser Variante lässt sich ein kostengünstiges Antriebssystem für einfache Applikationen wie z. B. Bandantriebe, Pumpen und Lüfter aufbauen. Bei den Doppelachs-Geräten können achsweise auch zwei unterschiedliche Motormodelle ausgewählt werden.

Der AF1000 kann optional mit der
TwinSAFE-Funktion STO/SS1, wahlweise mit oder ohne I/Os, ausgestattet werden. Die Parametrierung erfolgt, wie bei den Servoverstärkern, über FSoE und die Aktivierung kann wahlweise über FSoE, aber auch über die optionalen Safety-I/Os erfolgen. Die bei der Safety-Option zur Verfügung gestellten
I/Os bieten die beim AX1000 erwähnte Taktung.

Der AF1000 ist über EtherCAT nahtlos in das TwinCAT-System integriert und bietet somit den vollen Komfortumfang bei Auslegung, Inbetriebnahme, Betrieb und Diagnose. Wie bei den Servoverstärkern von Beckhoff erfolgt die Inbetriebnahme des Frequenzumrichters AF1000 ebenfalls mit TwinCAT 3 Drive Manager 2.

Für den Anwender entfällt somit der Aufwand für die Einarbeitung in ein spezielles, zusätzliches Tool.

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