Der Antrieb denkt mit

Mit intelligenten Antriebssystemen effizienter produzieren

Bild 1: Vernetzung in modernen Produktionsumgebungen: Der Antrieb verarbeitet und übermittelt nach Bedarf detaillierte Daten über Zustand und Anwendung

Intelligente Anlagenkonzepte werden sich zukünftig verstärkt in verschiedensten Betrieben durchsetzen. Antriebskomplettanbieter NORD DRIVESYSTEMS macht die eigenen Komponenten „NORD 4.0 ready“ und sorgt dafür, dass sie in dieser Entwicklung eine treibende Rolle übernehmen.

Moderne Prozessanlagen benötigen Automatisierungstechnik mit komplexer Funktionsintelligenz. Komponenten müssen Schlüsseldaten aus der Feldebene flexibel über unterschiedlichste Netzwerke bereitstellen: ihre eigenen Daten sowie die Daten angebundener Sensoren und Aktoren. Sie müssen diese Daten außerdem auch aktiv überwachen können und autark darauf reagieren. Der Antriebshersteller NORD DRIVESYSTEMS stellt sich den Anforderungen mit einem Baukastenangebot an Getriebemotoren, Antriebselektronik und Softwarefunktionen. Das differenzierte Typenspektrum der dezentralen Frequenzumrichter macht es einfach, besonders wirtschaftliche Lösungen exakt auf die Einsatzszenarien auszulegen. Dank integrierter SPS können die Umrichter komplette Ablaufsteuerungen ausführen. Für die Kommunikation mit den anderen Komponenten der Prozessanlage bieten sie umfangreiche Schnittstellen. Durch Ethernet-Tunneling ermöglichen sie zudem den flexiblen Zugriff von einem Gerät mit Standard-Ethernet-Schnittstelle.

Eingriffsbedarf früh erkennen

Für eine intelligente Prozesssteuerung, egal wo sie angesiedelt ist und wie der Zugriff erfolgt (kabelgebunden oder wireless, über Industrial Ethernet oder Internet), sind zuallererst einmal korrekte Daten von der Feldebene nötig. Die Feldkomponenten selbst müssen ihre Betriebszustände übermitteln, um Aussagen darüber zu erlauben, was in den vernetzten Anlagensegmenten geschieht. Für die vertikale Integration von Sensorik und Aktorik über die Steuerungs- und Leitebene bis hin zu den Produktionsplanungssystemen müssen entsprechende Schnittstellen bereitgestellt und die Daten in hoher Qualität übermittelt werden. Frequenzumrichter von NORD überwachen und übermitteln antriebseigene Daten und binden zudem externe digitale und analoge Sensoren und Aktoren ein. Condition Monitoring und Predictive Maintenance sind für diese Geräte keine Fremdworte. Die Umrichter verfügen über effiziente Software-Diagnostikfunktionen. So überwachen sie zum Beispiel den Zustand des Getriebeöls rein rechnerisch und signalisieren, wann ein Ölwechsel erforderlich ist. Auch den Bremsverschleiß und die Lastsituation für den gesamten Antriebsstrang können die Umrichter autark überwachen. Diese Daten dienen der vorausschauenden Instandhaltung und damit der Steigerung der Anlagenverfügbarkeit.
Bild 2: Bis zu 24 integrierte Antriebe von NORD DRIVESYSTEMS je Filtrationseinheit zur Getränkeverarbeitung – der dezentrale Aufbau verkürzt die Kabelwege erheblich und minimiert EMV-Probleme

Störungen eigenständig beseitigen

Die oben angesprochenen Sensorschnittstellen dienen den Frequenzumrichtern bei Weitem nicht nur zur Durchleitung von Daten an die Leitsteuerung. Die Antriebe reagieren auch selbst entsprechend ihrer Parametrierung auf Prozessveränderungen. Anhand der integrierten PI-Reglerfunktion lassen sich geschlossene Regelkreise aufbauen. Beispielsweise detektieren NORD-Antriebe in Dosieranwendungen den Füllstand und steuern das Auffüllen. In verschiedensten verfahrenstechnischen Anlagen übernehmen vernetzte Antriebe Verantwortung dafür, dass Störungen im Prozess nicht zu Anlagenstillständen mit beträchtlichen Folgekosten führen. Blockaden an Pumpen, Förderschnecken oder Rührtechnik erkennt die Umrichter-SPS durch die Überwachung der Lastsituation. Bei einer entsprechenden Parametrierung versucht der Antrieb zunächst, die Blockade selbstständig zu beheben, indem er beispielsweise reversiert und mit Pulsbetrieb versucht, ein mechanisches Hindernis fortzuspülen. Im Fall des Gelingens nimmt der Antrieb anschließend den Normalbetrieb wieder auf. Andernfalls kann er eine Störmeldung an die Leitebene veranlassen und ein Ausweichmanöver einleiten, indem er beispielsweise vernetzte Antriebseinheiten anweist, einen Bypass freizuschalten. Die Umrichter-SPS trägt damit erheblich zur gesteigerten Anlagenverfügbarkeit bei und senkt den Serviceaufwand.
Bild 3: Hochintelligente Geschwister: NORD-Frequenzumrichter für Schaltschrank- oder Motormontage bieten integrierte SPS-Funktionen

Applikationsentwicklung leicht gemacht

Für eine einfache Applikationsentwicklung stellt NORD die bedienfreundliche Programmier- und Parametrier-Software NORD CON kostenlos zur Verfügung. Diese unterstützt antriebsnahe Funktionen angelehnt an IEC 61131-3 sowie die Motion-Control-Bibliothek von PLCopen. Kundenspezifische Routinen lassen sich in den textorientierten Programmiersprachen „Strukturierter Text“ oder „Anweisungsliste“ frei programmieren. Die kostenintensive Erstellung, Verifizierung und Validierung einer anwendungsspezifischen Firmware ist nicht mehr erforderlich, da sich alle wichtigen Funktionen in der Umrichter-SPS direkt implementieren lassen. NORD CON erlaubt außerdem via Ethernet-Tunneling einen flexiblen Fernzugriff – zum Beispiel von einem Notebook mit Ethernet-Schnittstelle. Somit sind unterschiedliche Ferndiagnose- und Fernwartungsszenarien möglich. Mit NORD-Umrichtern lassen sich insbesondere auch sicherheitsrelevante Anwendungen mit einem geregelten Stillsetzen (SS1) und einer sicheren Drehmomentabschaltung (STO) umsetzen. NORD stellt eine Bibliothek mit diesen sicherheitsgerichteten Antriebsfunktionen zum kostenlosen Download zur Verfügung, die eine Bewertung nach DIN EN ISO 13849 mit SISTEMA (Sicherheit von Steuerungen an Maschinen) erlaubt.
Bild 4: Alle Frequenzumrichter sind zu 100 % made in Germany – produziert und getestet bei NORD Electronic Drivesystems in Aurich

Zeitgemäß dezentral automatisieren

Dezentrale Antriebslösungen für einfache, kostengünstige und effiziente Maschinen- und Anlagendesigns sind bei NORD weiterhin das am stärksten wachsende Produktsegment. Am meisten nachgefragt werden Antriebssysteme mit dem Umrichter SK 200E, der dieselbe umfangreiche Funktionsausstattung (unter anderem Positionierung, SPS an Bord, sicherheitsgerichtete Antriebsfunktionen) wie die Schaltschrankgeräte der Baureihe SK 500E aufweist. Außergewöhnlich für robuste dezentrale Geräte ist der große Leistungsbereich, der flexible Installationen mit dezentralem Prozessregelungsvermögen an Pumpen, Kompressoren, Schneckenförderern u.v.m. mit Motorleistungen bis 22 kW ermöglicht. NORD-Umrichter sind zudem mit leistungsfähigen Microcontrollern ausgestattet und können zusätzlich zu Asynchron- auch Synchronmotoren betreiben. Mechatronische Komplettlösungen konfiguriert das Unternehmen mit Drehstrom-Asynchronmotoren und Permanentmagnet-Synchronmotoren bis Effizienzklasse IE4 aus eigener Herstellung. Die IEC-Normmotoren ermöglichen einfache, servicefreundliche und ökonomische Antriebskonzepte. NORD-Antriebssysteme aus Motor und Elektronik erreichen zudem die höchste Stufe IES2 bei der Systemeffizienzklassifizierung entsprechend der aktuellen europäischen Ökodesign-Richtlinie EN 50598-2.

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