In den heutigen automatisierten Fabriken ist dieIndustrieller Servoantriebgilt als entscheidender Wegbereiter für Hochgeschwindigkeits- und Präzisionsbewegungen. Von der CNC-Bearbeitung und Robotermontage bis hin zu Verpackungslinien und Textilmaschinen übersetzen diese kompakten Kraftpakete komplexe Steuerungsbefehle in einwandfreie Motorbewegungen. SEA MOTION, ein Unternehmen mit tiefen Wurzeln in der industriellen Automatisierung, hat eine Familie von Servoantrieben entwickelt, die rohes Drehmoment mit fortschrittlicher Echtzeitsteuerung kombinieren.
SEA MOTION hat zwei Jahrzehnte damit verbracht, Bewegungssteuerungshardware für raue Industrieumgebungen weiterzuentwickeln. Ihr Portfolio an industriellen Servoantrieben basiert auf drei Kernversprechen:
Ein industrieller Servoantrieb ist eine elektronische Steuerung, die einen Referenzbefehl von einer übergeordneten Bewegungssteuerung oder SPS erhält und die Position, Geschwindigkeit oder das Drehmoment eines Servomotors präzise regelt. Dabei wird der Sollwert kontinuierlich mit der tatsächlichen Rückmeldung eines am Motor oder an der Last montierten Sensors verglichen. Die als Fehler bezeichnete Differenz wird durch eine kaskadierte Proportional-Integral-Struktur (PI) oder Proportional-Integral-Derivativ-Struktur (PID) verarbeitet. Die innerste Stromschleife arbeitet mit mehreren zehn Kilohertz, um den magnetischen Fluss des Motors augenblicklich auszurichten. Der Geschwindigkeitsregelkreis, der mit einigen Kilohertz läuft, dämpft Schwingungen und hält die Geschwindigkeit bei Lastwechseln aufrecht. Der äußerste Positionsregelkreis läuft mit der Aktualisierungsrate des Motion-Busses und sorgt dafür, dass die Achse den Zielpunkt mit minimalem Überschwingen erreicht. Moderne Antriebe wie die von SEA MOTION verfügen außerdem über Feed-Forward-Terme für Geschwindigkeit und Beschleunigung, Kerbfilter zur Vibrationsunterdrückung und Störungsbeobachter, die alle die dynamische Steifigkeit erheblich verbessern.
Typischerweise steuert ein industrieller Servoantrieb einen Motor, da die Rückkopplung im geschlossenen Regelkreis gerätespezifisch sein muss, um die Präzision aufrechtzuerhalten. Allerdings bietet SEA MOTION in der SD-A-Serie eine Zweiachsvariante an, bei der zwei unabhängige Antriebskanäle in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind und sich den DC-Bus und die 24-V-Steuerversorgung teilen. Jeder Kanal verfügt über eine eigene Stromerfassung, Feedback-Schnittstelle und einen eigenen Logikprozessor, sodass die Achsen unabhängig voneinander arbeiten. Dieser Ansatz spart Platz im Schaltschrank und reduziert den Verkabelungsaufwand für kleine Mehrachsenmaschinen wie Pick-and-Place-Stationen. Bei rein drehmomentgeregelten Slave-Achsen kann ein einzelner Antrieb auch zwei identische Motoren parallel betreiben, sofern diese mechanisch gekoppelt sind und nur ein Feedback-Gerät verwendet wird – solche Anwendungsfälle sind jedoch selten und erfordern eine sorgfältige Analyse durch die SEA MOTION-Anwendungsingenieure.
Autotuning ist ein adaptiver Algorithmus, der das mechanische System mit einem Testsignal niedriger Amplitude anregt, den Frequenzgang misst und automatisch die Verstärkungsparameter der Geschwindigkeits- und Positionsschleifen einstellt. Die SEA MOTION-Implementierung erfolgt in zwei Stufen. Zunächst beschleunigt und bremst eine Routine zur Trägheitserkennung den Motor entlang eines sorgfältig geformten Profils und berechnet die gesamte reflektierte Trägheit und viskose Reibung. Zweitens fügt eine Servoschleifen-Bandbreitenbewertung eine pseudozufällige Binärsequenz ein und analysiert die Resonanzpunkte. Auf dieser Grundlage konfiguriert die Firmware die PI/PID-Verstärkungen, die Beschleunigungsvorsteuerung und bis zu vier Notch-Filter, die mechanische Resonanzen unterdrücken. Benutzer können zwischen einem „steifen“ Tuning-Modus für hart gekoppelte Lasten und einem „sanften“ Modus für nachgiebige Lasten wie Riemen wählen. Der gesamte Vorgang dauert weniger als 60 Sekunden und kann über das Bedienfeld oder das PC-Tool SELink ausgeführt werden. Die Tuning-Ergebnisse werden dauerhaft im nichtflüchtigen Speicher gespeichert und können manuell mit einer Live-Frequenzganganzeige feinabgestimmt werden.
