Sechs Ziele haben sich die Entwickler bei Bonfiglioli für die neuen Umrichter gesetzt: Ein Produkt im Standard-Segment sollte es sein, das einen hohen Funktionsumfang bietet, dabei aber leicht zu bedienen ist. Bei einer hohen Lebensdauer sollte der Umrichter wenig Energie verbrauchen und schließlich eine Plattform bilden für zukünftige Entwicklungen. Das Ergebnis: AgilE.
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Ein Umrichter in drei Baugrößen
In drei mechanischen Baugrößen ist der neue Umrichter zu haben. Die Baugröße eins ist in zwei Varianten erhältlich. Als AgilE 1a mit einer Leistung bis zu 1,1 kW und als Version 1b mit einer Leistung bis zu 2,2 kW. Optisch sind beide Geräte gleich. „Der Unterschied ist eher akustisch wahrnehmbar“, so Lothar Springob bei der Produktvorstellung von Bonfiglioli Vectron in Krefeld. Denn die Version 1b verfügt für die Kühlung über einen Lüfter, die andere kommt ohne aus. Mit einer Leistung von drei bis vier Kilowatt wartet der AgilE in der Baugröße zwei auf. Der E3 schließlich rundet die Reihe ab mit einer Leistung von fünf bis elf Kilowatt.
Zahlreich ist das Zubehör für die Gerätereihe. An Kommunikationsmodulen sind verfügbar CANopen, Profibus DP V1, Modbus, RS485 und RS232. Industrial-Ethernet-Module sind in Vorbereitung. „Da kommt man an EtherCAT und Profinet wohl nicht vorbei, würde ich vorsichtig formulieren“, so Springob. Eine konkrete Entscheidung für oder gegen bestimmte Industrial-Ethernet-Module sei jedoch bisher nicht gefallen. Serienmäßig ist der Umrichter mit dem Systembus auf CANopen-Basis und Modbus ausgestattet. Die Optionsmodule sind mechanisch und elektrisch kompatibel mit denen in den Geräten der Reihen Active und Active Cube. Zukünftige Entwicklungen seien so auch in den anderen Geräten des Herstellers nutzbar, sagt Springob.Es wird eine Reihe Unterbaufilter geben, die den Funkstörgrad C1 erfüllen. Sie sind so konzipiert, dass sie einen niedrigen Ableitstrom haben. „Das heißt, sie können in Verbindung mit FI-Schutzschaltern eingesetzt werden, ohne dass diese auslösen“, sagt Springob. Darüber hinaus gibt es Schirmauflagen für Steuerleitungen oder für die Motorleitung, verschiedene Bremswiderstände und Service-Schnittstellen, die für alle Baugrößen gleich sind. Der Umrichter bringt neun Digital- und zwei Analogeingänge mit. Vier Digitalausgängen, davon einer über Relais, steht ein Analogausgang gegenüber. Eine 24V-Versorgung für die Steuerung ist ebenso integriert wie ein EMV-Filter und die Sicherheitsfunktion Save torque off gemäß EN 61800-5-2. Der Umrichter lässt sich im Schaltschrank montieren, auf Hutschiene oder per Cold Plate. „Bei der Durchstecklösung wird der Kühlkörper durch die Schaltschrank-Rückwand gesteckt. So landet die Verlustleistung nicht im Innenraum des Schaltschrankes, sondern außerhalb“, sagt Springob.
Drei Regelverfahren bei der Software
Mit der verfügbaren PC-Software lassen sich die Umrichter parametrieren. Sie ist für alle Baugrößen und Geräte der Reihe gleich. Bei der Software sind drei Regelverfahren verfügbar. Die Standard-U/f-Kennlinie eignet sich für eine einfache Installation. „Bessere regelungstechnische Ergebnisse erreicht man aber mit der geberlosen, feldorientierten Regelung, die auch integriert ist für Asynchronmaschinen“, so Springob. Auch bei den permanentmagnetgerichteten Synchronmaschinen haben sich die Entwickler bei Bonfiglioli für eine geberlose, feldorientierte Regelung entschieden.Die Software bietet unter anderem Funktionen wie elektronisches Getriebe, Technologieregler, Bremsensteuerung, Energiesparfunktionen und SPS-Funktion.
Bei der SPS-Funktion erfolgt die Programmierung über Funktionsblöcke. „Das hat den Vorteil, dass man eine höhere Komplexität und höhere Vielfalt an Funktionen realisieren kann“, sagte Springob. Auch habe sich diese Lösung einfacher und besser in die bereits bestehende Umrichter-Software integrieren lassen, so Springob weiter. Der Funktionsumfang dieser Blöcke liegt derzeit bei rund 120 Funktionen, die entsprechend verdrahtet werden können. Darunter befinden sich analoge Funktionen (zum Beispiel Kooperatoren, Analog-Multiplexer, Multiplizierer) ebenso wie digitale (zum Beispiel Flip-Flops, Zähler oder Mono-Flop). Es gibt auch Funktionen für den Lese- und Schreibzugriff auf Parameter. Insgesamt haben all diese Funktionen Zugriff auf die etwa 330 internen Variablen. Das Programm hat 16 Festwerte und Marker. Die graphische Benutzerfläche erlaubt eine intuitive Bedienung.
Einfache Inbetriebnahme
„Im Rahmen der Entwicklung haben wir auch auf eine einfache Bedienung, eine einfache Inbetriebnahme, eine einfache Handhabung Wert gelegt“, so Springob. Ein wesentlicher Punkt dabei sei die Bedienung von vorne gewesen. Von vorne zugänglich sind die Leistungsklemmen, das Keypad, die Feldbusschnittstelle, die Serviceschnittstelle, die I/O-Klemmen und die getrennten Schrimkonsolen für Leistung und Steuerung. Beim Keypad haben sich die Entwickler für ein sechsstelliges Sieben-Segment-LED-Display entschieden mit sechs Tasten. Die Parameter sind in drei Bedienebenen gruppiert: Easy für die einfachste Inbetriebnahme sowie Standard und Professional mit mehr Parametern.
„Bei der Speicherkarte haben wir uns bewusst entschieden, eine Standard-Karte einzusetzen“, sagte Springob. Denn jeder Laptop, den man heute kaufe, habe dafür ein Lesegerät. Das habe entscheidende Vorteile, zum Beispiel sei die Karte direkt am PC lesbar und beschreibbar. Darüber hinaus böten die Speicherkarten eine hohe Kapazität, so Springob. Verwendet werden die Karten zum Parametrieren, Ablesen und Speichern von Parameter-Dateien. Die Parameter lassen sich am PC bearbeiten und anschließend auf das Gerät übertragen, da das Datenformat mit der PC-Software kompatibel ist. In Zukunft sind für die Speicherkarte weitere Funktionen geplant, zum Beispiel ein Langzeit-Daten-Logger.
Stand-by-Funktion spart Strom
Beim Umrichter haben die Entwickler eine Stand-by-Funktion eingebaut. Der Grund: Je nach Einsatzgebiet gibt es lange Betriebszeiten, in denen der Umrichter den Motor überhaupt nicht bestromt. Das sind bei Textilmaschinen zwischen 10 und 20 Prozent, in der Holz-, Stein und Mamorbearbeitung zwischen 35 und 45 Prozent, bei Heizung, Klima und Lüftung zwischen 75 und 80 Prozent und bei einem Torantrieb auch mal über 99 Prozent. Um diese Daten zu ermitteln, haben die Entwickler von Bonfiglioli in Geräten der Reihen Active und Active Cube zwei Zähler integriert, einen für die Arbeitsstunden und einen für die Betriebsstunden.
Um zu ermitteln wie viel geldwerte Ersparnis eine Stand-by-Funktion bringt, hat sich Bonfiglioli mit dem Wettbewerb gemessen. Laut eigenen Angaben habe ein nicht näher genanntes Produkt eines Mitbewerbers eine Verlustleistung von 18 Watt, ein AgilE im betriebsbereiten Zustand sechs und im Stand-by-Betrieb zwei. Hochgerechnet auf die Lebensdauer des Gerätes ließen sich – bei einem Dauerbetrieb in Stand-by-Funktion wie das etwa bei Toranwendungen fast der Fall ist – bis zu 1400 Kilowattstunden an Strom einsparen im Vergleich zum Konkurrenz-Modell. Veranschlagt man für eine Kilowattstunde etwa 20 Cent beträgt die Ersparnis laut Herstelller etwa 280 Euro. Um eine lange Lebensdauer der Geräte zu gewährleisten, haben die Entwickler zwei Strategien entwickelt. Zum einen lassen sich Verschleißteile wie Lüfter oder Kondensatoren einfach und schnell austauschen. Zum anderen bietet der Hersteller an, Folienkondensatoren statt Elektrolytkondensatoren einzusetzen. Die Kühlungsvariante Cold Plate, bei der Version mit Folienkondensatoren, verzichtet zudem auf Kühlkörper- und Innenraumlüfter. Ohne drehende Teile ist ein wartungsfreier Betrieb der Frequenzumrichter über die gesamte Lebensdauer hinweg möglich.
SPS/IPC/Drives Halle 4, Stand 346
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