Intelligente Antriebe mit integrierter Bewegungssteuerung für Wafer-Maschinen

Der weltbekannte, einheimische Maschinenbauer von Produktionsanlagen für Waffeln, Kekse und Süßwaren hatte bereits unter seinem früheren Firmennamen FHW Franz Haas Waffelmaschinen viele Jahre lang VLT®-Antriebe von Danfoss eingesetzt - und bleibt dieser Tradition auch unter der Flagge der Bühler Gruppe treu. Aufgrund der zunehmenden Notwendigkeit, zu synchronisieren und zu positionieren, begann das Unternehmen die Maschinenantriebe in letzter Zeit schrittweise auf Servotechnik umzustellen.

Als Danfoss 2017 die Integrated Motion Control (IMC)-Funktionalität auf den Markt brachte, fragte Haas - wie das Unternehmen damals hieß - an, ob die neue Steuerungstechnologie auch für seine Maschinen eine sinnvolle Alternative zu Servosteuerungen sein würde. Vorteile erwarteten sie insbesondere von der damit verbundenen freien Motorwahl, der Technologieunabhängigkeit und der einfachen Systemoptimierung durch automatische Motoranpassung.

Die IMC-Funktion ist universell einsetzbar, da sie absolut, relativ und mit Sensor positionieren kann. Bei der absoluten Position bezieht sich der Positionsbezug auf einen definierten Maschinennullpunkt. Dieser wird beim Start der Maschine durch die sogenannte Referenzfahrt ermittelt. Kommt ein optionales Feedbacksystem mit absoluter Position zum Einsatz, ist dies nicht notwendig, da der Encoder den Nullpunkt setzt. Eine typische Anwendung dafür ist in Leobendorf hinter dem Kegelofen mit einer absoluten Positionierung von Linearachsen. Hier besteht die Aufgabe darin, Papier vor die sich kontinuierlich bewegenden Waffeltüten zu legen, um sie im nächsten Schritt ineinander schieben zu können. Die verwendeten Motoren sind PM-Motoren mit offenem Regelkreis. Der Vorteil von IMC: Der Drehgeber kann entfallen, damit entfallen die Kosten für den Geber sowie für Verkabelung, Auswertung und Arbeitszeit für Installation und Inbetriebnahme. Auch der Einsatz des VLT® AutomationDrive (mit IMC) selbst bringt Einsparungen, da die Anschaffungs- und Installationskosten von Standardantrieben im Vergleich zu einem entsprechenden Servosystem deutlich geringer sind.

Synchronisation bedeutet, einen winkelsynchronen Gleichlauf von zwei oder mehreren Achsen umzusetzen. Dabei lässt sich das Übersetzungsverhältnis der beiden Achsen zueinander stufenlos einstellen. Das Referenzsignal für Position und Geschwindigkeit wird entweder von einem externen Geber abgegriffen, von einer SPS als Impulssignal erzeugt oder über ein virtuelles Mastersignal vorgegeben. Dieses virtuelle Leitsignal ist ein Impulssignal, aus dem dann der Umrichter Drehrichtung, Geschwindigkeit und Position ableiten kann.

Die Sollwertvorgabe für den Leitantrieb erfolgt entweder auf traditionelle Weise über ein analoges Signal oder über einen Sollwert auf dem Feldbus. Dieser Leitantrieb wandelt das Signal dann in ein virtuelles Leitsignal um, das als Sollwert für die Folgeantriebe sowie für den Leitantrieb selbst dient.

Die Leobendorfer Waffelmaschinen-Spezialisten nutzen die Synchronisation mit einem Mastersignal, zum Beispiel in den Folgeantrieben des Konusofens. In den nachfolgenden Prozessen bewegen sich jeweils bis zu acht Achsen winkelsynchron zueinander. Als Mastersignal setzen sie ein Impulssignal der SPS ein. Vor dem Start fahren alle Antriebe auf eine Referenzposition (Homing). Die im offenen Regelkreis mit Getriebe eingesetzten PM-Motoren erreichen trotz unterschiedlicher Getriebe und unterschiedlicher Motoren eine winkelsynchrone Synchronisation durch exakte Einstellung der Getriebeübersetzung. Damit entfällt das komplette Gebersystem für die acht Achsen und die Servoregler. Außerdem lassen sich die Öfen viel schneller in Betrieb nehmen und das Engineering vereinfachte sich deutlich.