Um in der Anwen­dung tatsäch­lich davon zu profi­tieren, sollten die Antriebe aber mehr bieten als nur eine EtherCAT-Schnitt­stelle. Inte­grierte Betriebs­modi können die Anpas­sung an die indi­vi­du­elle Aufga­ben­stel­lung erleich­tern und praxis­ge­rechte Features die Inbe­trieb­nahme sowie den Service deut­lich verein­fa­chen. Kommt dann noch eine hohe Leis­tungs­dichte und opti­mierte Ansteue­rung hinzu, steht einem effi­zi­enten Anlagen- oder Maschi­nen­be­trieb im Netz­werk­ver­bund nichts mehr im Weg.

EtherCAT wurde als Echt­zeit-Ethernet-Proto­koll speziell für den indus­tri­ellen Einsatz entwi­ckelt und ermög­licht eine sehr schnelle Über­tra­gung großer Daten­mengen zwischen den verschie­denen Kompo­nenten eines Auto­ma­ti­sie­rungs­sys­tems. Es ist flexibel skalierbar und dank Ring­struktur in der Kommu­ni­ka­tion sowie dezen­tralem Aufbau sehr robust und unemp­find­lich gegen­über Störungen. Damit sich diese Vorteile für die Antriebs­technik nutzen lassen, sind jetzt auch die ECI-63 Innen­läu­fer­mo­toren aus dem modu­laren Antriebs­bau­kasten von ebm-papst mit EtherCAT-Schnitt­stelle verfügbar.

Dazu wurde im Elek­tronik­modul zusätz­lich zur Leis­tungs­elek­tronik ein bewährter Controller für die EtherCAT-Kommu­ni­ka­tion unter­ge­bracht. Die Möglich­keiten der in der Ansteu­er­elek­tronik (K5) bereits inte­grierten Funk­tionen lassen sich jetzt auch komfor­tabel im Netz­werk­ver­bund nutzen. Die Antriebe arbeiten dann unab­hängig von der Steue­rung komplette Programm­ab­läufe selbst­ständig ab. In Verbin­dung mit einer Sicher­heits­steue­rung sorgt die eben­falls in der Antriebs­elek­tronik inte­grierte, TÜV-zerti­fi­zierte STO-Funk­tion (Safe Torque Off) mit Perfor­mance Level D und SIL-2 für eine Dreh­mo­ment­ab­schal­tung in Gefah­ren­si­tua­tionen, zum Beispiel bei mobilen Robo­tern oder fahrer­losen Trans­port­sys­temen.

Schnell einsatz­be­reit

Bei der Entwick­lung der Antriebe stand der Plug & Play Gedanke im Vorder­grund, damit der Anwender direkt starten kann und auch bei indi­vi­du­ellen Aufga­ben­stel­lungen möglichst wenig Aufwand bei Konfi­gu­ra­tion und Inbe­trieb­nahme hat. So gibt es zu den Antrieben das EtherCAT-SubDe­vice-Infor­ma­tion-File (kurz ESI-File), was ähnlich zum Elec­tronic Data Sheet in CAN (kurz EDS) die Kommu­ni­ka­tion zwischen Master und Slave defi­niert. Damit lässt sich in jeder Entwick­lungs­um­ge­bung mit wenigen Maus­klicks die Verbin­dung zum Antrieb herstellen und eine Appli­ka­tion umsetzen. Möchte ein Anwender den Antrieb direkt aus der SPS steuern, liefern vorge­fer­tigte Struk­turen zusätz­liche Unter­stüt­zung. Ebenso hilf­reich sind Beispiel­pro­gramme, um den Antrieb über die gängigen Motion-Biblio­theken auf Basis des CiA402-Antriebs­pro­fils (CAN over EtherCAT) einzu­binden.

Hinzu kommen drei unter­schied­liche Betriebs­modi: ein Geschwin­dig­keits- und Posi­tio­nier­profil, bei denen der Antrieb sich seinen Weg selbst berechnet, inklu­sive Homing-Funk­tion, für Refe­renz­fahrten. Dabei lassen sich Beschleu­ni­gungs- und Brems­rampen indi­vi­duell einstellen.  Zudem bietet die Option „jerk-limited“ die Möglich­keit, Beschleu­ni­gungs­vor­gänge möglichst sanft, also „ruck-begrenzt“, zu gestalten. Vor allem für Appli­ka­tionen in der mobilen Förder­technik kann letz­teres essen­ziell sein. Eben­falls ist der soge­nannte „Cyclic Synchro­nous Posi­tion Mode“ zur präzisen Synchro­ni­sa­tion mehrerer Achsen bereits inte­griert.

Weniger Aufwand bei der Inbe­trieb­nahme

Der „Cyclic Synchro­nous Posi­tion Mode” erschließt dem Anwender in der Praxis komfor­table Möglich­keiten. So lässt sich im verbrei­teten TwinCAT-System-Manager der Antrieb auf Knopf­druck als NC-Achse einbinden. Es müssen dann nur noch wenige Einstel­lungen ange­passt werden, wie die maxi­male Encoder­auf­lö­sung oder die Refe­renz­ge­schwin­dig­keit. Auch dabei gibt es Hilfe­stel­lung zum Beispiel mit Refe­renz­pro­jekten, aus denen Daten einfach über­nommen werden können und die schon eine fach­män­nisch einge­stellte Geschwin­dig­keits­vor­steue­rung für den Regler enthalten. Dies alles redu­ziert den Program­mier­auf­wand für den Anwender deut­lich, wie sich bereits im prak­ti­schen Einsatz bewiesen hat:

In einer Maschi­nenbau-Anwen­dung mussten je nach vom Kunden gewünschter Auto­ma­ti­sie­rungs­lö­sung verschie­dene Gewichte ange­hoben werden. Dafür genügt manchmal ein Antrieb, oft sind aber auch vier oder sogar sechs notwendig. In der Vergan­gen­heit hat der Maschi­nen­bauer die Achsen über die SPS und CAN-Bus synchron gehalten. Das hat zwar gut funk­tio­niert, war aber immer mit Program­mier- und initialem Konfi­gu­ra­ti­ons­auf­wand verbunden. In TwinCAT kann er jetzt die Antriebe wesent­lich schneller mitein­ander koppeln und synchron halten, das spart eine Menge Zeit bei der Maschi­nen­ein­rich­tung.

MTPA für höhere Leis­tungs­dichte

Die neuen ECI-63 Antriebe mit EtherCAT-Schnitt­stelle haben aber noch mehr zu bieten. So erhöht die inte­grierte, feld­ori­en­tierte Kommu­tie­rung mit MTPA (maximum Torque per Ampere) die Leis­tungs­dichte und sorgt für höhere Dreh­mo­mente und Geschwin­dig­keiten. Der Motor wird in jedem Arbeits­punkt optimal ausge­lastet, er kann schneller beschleu­nigen oder an einem gege­benen Arbeits­punkt länger betrieben werden. Dadurch wird der Motor ther­misch entlastet und verbraucht weniger Strom im Arbeits­punkt. Die Basis für dieses MTPA-Verfahren liefert der spezi­elle Aufbau des Rotors mit „vergra­benen“ und kleberlos fixierten Magneten, die die Magnet­feld­wir­kung wesent­lich besser unter­stützen als die sonst übli­chen Ober­flä­chen­ma­gneten. Gleich­zeitig sorgt die Rotor­kon­struk­tion für ein geringes Rast­mo­ment.

ID-Schalter für Hot Connect

Bei der Ausle­gung der ECI-63 Antriebe haben die Entwickler ein weiteres Detail berück­sich­tigt, das Service­zeiten deut­lich verkürzen kann, nämlich zwei zusätz­liche ID-Schalter. Norma­ler­weise basiert die EtherCAT-Adres­sie­rung auf der Reihen­folge der Knoten. Dank der ID-Schalter lassen sich in TwinCAT aber soge­nannte Hot-Connect-Gruppen mit einer festen Adresse erstellen. Vorkon­fi­gu­rierte Abschnitte können so zum Beispiel vor dem Start oder während des Betriebs der Anlage aus dem Daten­ver­kehr entfernt und hinzu­ge­fügt werden. Nach Wartungs­maß­nahmen bei einer solchen Gruppe steht die Konfi­gu­ra­tion dann sofort wieder zur Verfü­gung, ohne dass ein Spezia­list eingreifen muss.

Die Antriebe sind Teil des modu­laren Antriebs­bau­kasten von ebm-papst und lassen sich inner­halb kurzer Zeit konfi­gu­rieren, also mit Getrieben, Gebern und Bremsen kombi­nieren. Durch die Stan­dar­di­sie­rung lassen sich kurze Liefer­zeiten reali­sieren. Zudem erfüllen alle Antriebe die Anfor­de­rung Schutzart IP54, als Option auch IP65.