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| Neuer Antrieb für Standardmotoren senkt Life Cycle Costs | | Kühl, sicher, praktisch | Eine neue Umrichterreihe macht durch besonders praxisgerechte Konzeption auf sich aufmerksam. Highlights sind die einfache Handhabung, ein innovatives Kühlkonzept - und eine zukunftssichere Ausstattung mit innovativen Sicherheitsfunktionen. Sie setzt neue Maßstäbe bei Antrieben für Standardmotoren. Die neuen Leistungsteile (Power Module) bieten verschiedene Spannungslevel, zunächst zwischen 380 und 480 Volt, unterstützen das Namur-kompatible Profidrive-Protokoll für die chemische Industrie und sind vorbereitet für Safety Integrated. Auch die übrigen Features der neuen Geräte lassen erkennen: Hier wächst eine Umrichterreihe heran, die Maschinenbauern und der Fertigungs- und Prozessindustrie wertvolles Potential zur weiteren Kostensenkung erschließt.
Siemens ist dafür bekannt, strategische und innovative Konzepte zu verwirklichen, die die Welt der Automatisierung insgesamt verändern, ja sogar prägen können. So wurde vor wenigen Jahren die Antriebsfamilie Sinamics ins Leben gerufen. Ihr erklärtes Ziel ist es, jedem Anwender eine zu seinen wirtschaftlichen und technischen Anforderungen optimal passende Antriebslösung zu bieten die zudem durch zusätzliche Synergieeffekte Maschinenbauern und Endanwendern einen maximalen Nutzen bietet. Diese Antriebsfamilie wird derzeit mit der Gerätereihe Sinamics G120 komplettiert, deren erste Geräte zur Hannover Messe verfügbar sind.
Weites Einsatzfeld: Drehstrom-Asynchronmotoren an 3-Phasen-Netzen
Sinamics G120 ist ein modulares Umrichtersystem, das eine Vielzahl von Antriebslösungen mit Asynchronmotoren zu optimierten Life Cycle Costs bietet. Bei der Konzeption der Geräte wurde großer Wert auf ein besonders einfaches Handling in allen Lebensphasen, auf vielseitige Einsatzmöglichkeiten und auf eine sehr robuste, langlebige Hardware gelegt. Dabei nutzt das Umrichtersystem die Komponenten von bereits erfolgreich eingeführten Gerätereihen. Das Basic Operator Panel BOP und das Inverter-Connection-Kit beispielsweise werden sowohl beim Sinamics G110 als auch beim G120 verwendet. Drosseln, Filter oder Bremswiderstände können weitestgehend aus dem bewährten Micromaster-Sortiment zum Einsatz kommen sofern Sie überhaupt benötigt werden. Denn der G120 kommt durch seine neue modulare Struktur in vielen Anwendungsfällen ohne zusätzliche Zubehörteile aus, d.h. die gebräuchlichsten Funktionen sind bereits integriert und durch die Module können noch Zusatzfunktionen ergänzt werden, wenn sie tatsächlich benötigt werden.
Konsequent: Kühlung und Platinendesign
Das erste Detail, das an den G120-Geräten auffällt, ist der massive Kühlkörper für die IGBT-Leistungshalbleiter mit markanten Alugussrippen und weiten Luftkanälen. Ein kräftiger, kompakter Lüfter versorgt ihn forciert mit Kühlluft. Die Wärme der Leistungselektronik wird vollständig durch diesen Kühlkörper abgeführt, wohingegen die restliche Regelungs- und Kommunikationselektronik ausschließlich konvektionsgekühlt ist sie liegt nicht in dem vom Lüfter erzwungenen Luftstrom. Durch das Geräteinnere werden also keine Partikel geblasen, was bei Geräten früherer Generationen der Fall war. Die jahrelange Beobachtung von Geräten in raueren Umgebungsbedingungen z. B. salzhaltige oder mit Schwebstoffen, Pollen, Ruß, Schmutz und Ähnlichem belastete Umgebungsluft hat gezeigt, dass es günstiger ist, Kühlluft und ihre eventuelle, unerwünschte Fracht nicht forciert durch die Elektronik zu blasen. Die elektrische Störsicherheit wurde zudem beim G120 durch die Vergrößerung von Luft- und Kriechstrecken weiter verbessert. Um sogar gegen leitende Partikel gefeit zu sein, wird der G120 von Anfang an mit beidseitig schutzlackierten Platinen angeboten.
In monatelangen Simulationen unter extremen Umgebungsbedingungen hat das innovative Kühl- und Schutzkonzept des G120 bewiesen, dass es den hohen Anforderungen insbesondere fernöstlicher Märkte an die Robustheit eines Antriebs voll gerecht wird.
Modular mit Augenmaß
Leistungsteil und Regelungsbaugruppe sind beim G120 als getrennte Module ausgeführt. Die Regelungsbaugruppen (Control Units) werden in unterschiedlichen Ausführungen angeboten: mit vielen oder wenigen I/O-Klemmen, mit oder ohne integrierte Impulsgeberauswertung, mit unterschiedlichen Kommunikationsschnittstellen sowie in Ausführungen mit oder ohne Safety Integrated. Die Leistungsteile (Power Modules) stehen für mehrere Spannungsbereiche und mit verschiedenen Schaltungskonzepten zur Verfügung. Hier gibt es Module mit klassischem Zwischenkreis und Chopper für die Widerstandsbremse und auch Module mit einem rückspeisefähigen Leistungsteil sieht das Antriebskonzept vor. Zu jeder Applikation können das benötigte Power Modul die passende Control Unit zu einer maßgeschneiderten Antriebslösung zusammengestellt genauer: zusammengesteckt werden. Denn nach der Montage des Leistungsteils wird die Control Unit einfach auf das Power Modul aufgeschnappt, dies kann sogar bei stehender Verdrahtung erfolgen.
Die Systemkomponenten des G120 sind hot swappable, dies bedeutet, dass bei Service oder Wartung die verkabelte Control Unit einfach vom Power Modul abgezogen, dieses bei Bedarf ersetzt und schließlich die Control Unit wieder aufgesteckt werden kann. Der Betrieb geht dann nach einer nur minimalen Unterbrechung weiter. Falls einmal ein Tausch der Control Unit ansteht, geht auch dies ganz fix: Zum einen sind ihre Anschlussklemmen als abziehbare Terminalblöcke ausgeführt, zum anderen kann man die komplette Parametrierung des Antriebs auf einer MMC-Speicherkarte abgelegen und durch einfaches Umstecken auf die neue Control Unit übertragen. Dieses als Cloning bekannte Verfahren ist aufgrund seiner Effizienz bei Massen-Inbetriebsetzungen sehr beliebt, auch Serviceeinsätze sind damit schnell erledigt.
Integrierte Sicherheitsfunktionen setzen neuen Maßstab
Funktionales Highlight der Antriebsreihe Sinamics G120 ist ihre richtungsweisende Ausstattung mit integrierten Sicherheitsfunktionen. Über die sichere Bremsenansteuerung hinaus sind das sicher abgeschaltete Moment, der sichere Stopp 1 und die sicher begrenzte Geschwindigkeit beim G120 direkt im Antrieb integriert. (SIL2 nach IEC 61508, Kategorie 3 nach EN954-1)
Beim sicher abgeschalteten Moment (Safe Torque Off, STO) wird das Drehmoment des Antriebs sicher auf Null gesetzt und durch sichere Impulslöschung ein unbeabsichtigter Anlauf des Motors verhindert. Allein diese Sicherheitsfunktion ist für einen Antrieb dieser Klasse schon außergewöhnlich, doch als zusätzliche Besonderheit ist beim G120 für den Schutz vor Wiederanlauf nicht einmal eine galvanische Trennung zwischen Motor und Antrieb nötig.
Der sichere Stopp 1 (Safe Stop 1, SS1) sorgt für das schnelle und kontrollierte Anhalten des Motors. Dabei wird ein ungewolltes Wiederbeschleunigen des Motors sicher verhindert. Die sicher begrenzte Geschwindigkeit (Safely Limited Speed, SLS) begrenzt die Drehzahl des Motors sicher auf einen vorgegebenen Maximalwert. Zusätzlich kann eine Minimaldrehzahl überwacht werden. Beim Verlassen des zulässigen Drehzahlbereiches wird der Motor sofort sicher stillgesetzt. Diese integrierten Sicherheitsfunktionen beherrscht der G120 sowohl mit Geber als auch mit geberloser Vektorregelung.
Neuer Antrieb löst Innovationsschub aus
Mit diesen antriebsbasierten Sicherheitsfunktionen lassen sich viele Einrichtarbeiten seitens der Automatisierung auf einfache Art wesentlich besser unterstützen als bisher, wodurch das Einrichten schneller, einfacher und komfortabler wird. Der Maschinenbauer kann damit seinen potentiellen Kunden mit nur geringem Aufwand einen echten Mehrwert bieten: Höhere Wirtschaftlichkeit durch verkürzte Einrichtvorgänge und größere Flexibilität, weil nun auch kleinere Losgrößen wirtschaftlich be- oder verarbeitet werden können.
Auch ohne grundlegende Änderung des Automatisierungskonzepts steht beim Einsatz des G120 jederzeit die Möglichkeit offen, sichere Einrichtfunktionen oder ähnliche Features nachzurüsten bzw. als Option anzubieten. Denn für den Umstieg von der Standard- auf die Safety-Ausführung genügt es beim G120, die fehlersichere Variante der Control Unit zu projektieren. Die G120-Leistungsteile bleiben in beiden Fällen die gleichen.
Safety-Fähigkeit, Brems-Chopper und Zwischenkreiskopplung sind im Leistungsteil schon drin
Sicherheitstechnik wird bei Siemens in die Standardautomatisierung integriert und so sind beim G120 die Leistungsteile schon für Safety Integrated vorbereitet. Das für die sichere Bremsenansteuerung benötigte Bremsrelais wird in der Nähe der Motorkabel-Klemmen des G120-Power-Moduls montiert. Ein Safety-Integrated-Antrieb unterscheidet sich beim G120 deshalb von der Standardausführung nur durch die eingesetzte Control Unit. Das reduziert die Zahl der Gerätevarianten erheblich und entlastet die Budgets für die Ersatzbevorratung.
Die derzeit verfügbaren G120-Leistungsteile mit der Bezeichnung PM240 sind mit integriertem Brems-Chopper ausgerüstet und für die Zwischenkreiskopplung mehrerer Antriebe vorbereitet. Im Verbund mit generatorisch betriebenen Motoren kann damit Energie eingespart werden. Für viele Applikationen ist es aber noch wichtiger, dass die im mechanischen System vorhandene kinetische Energie über den Zwischenkreis zum kontrollierten Herunterfahren der Maschine genutzt werden kann. Insbesondere in der Textilbranche ermöglicht die kinetische Pufferung ein geführtes Herunterfahren. Ein Trudeln des Motors nach Netzausfall würde sonst zum Zerreißen des Fadens führen. Die Produktion kann so wesentlich unproblematischer und schneller wieder aufgenommen werden als nach einem unkontrollierten Austrudeln der Antriebe.
Life Cycle Costs minimiert
Ihrem hohen Anspruch, für jeden Anwender eine technisch wie wirtschaftlich optimierte Lösung bereit zu halten, wird die Sinamics-Familie mit der Einführung des G120 noch besser gerecht als schon bisher. Seine funktionale Modularität, einfache Handhabung bei Engineering, Inbetriebsetzung und Service, vor dem Hintergrund der funktionellen Modularität, seine Robustheit von Elektronik und Kühlung und nicht zuletzt die umfassende, zukunftssichere Ausstattung mit antriebsbasierten Sicherheitsfunktionen all das fördert die Effizienz im Maschinenbau und stellt dem Endanwender eine lange, störungsfreie Betriebszeit in Aussicht.
Als Mitglieder der Sinamics-Familie werden G120-Antriebe mit dem bewährten, in die Siemens-Entwicklungsumgebung integrierten und auch separat verfügbaren Software-Werkzeug Starter projektiert und in Betrieb gesetzt.
Dank der sinnvollen Abstufung der Gerätevarianten in Funktionalität und Leistung ist das Einsatzfeld für den auf niedrigste Life Cycle Costs getrimmten Antrieb schon jetzt sehr breit. Mit dem G120 ist die Sinamics-Familie vollends zu einer Single Source zur Lösung aller Antriebsaufgaben im Maschinen- und Anlagenbau geworden.
erschienen in: antriebstechnik 6/06 |
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