Fachverlag x-technik
search
 

Schließen


Ressourceneffizienz hat viele Väter

: B&R


Die meisten Menschen denken an den Energieverbrauch, wenn sie das Wort Ressourcen hören. Die Ressourceneffizienz wird daher oft mit dem Wirkungsgrad von Maschinen und ihren Antrieben gleichgesetzt. Diese spielt zwar eine bedeutende Rolle im sorgsamen Umgang mit unserer Welt und ihren Schätzen, aber keineswegs die größte oder gar die einzige, ist Dipl.-Ing. Alois Holzleitner, überzeugt. Im Gespräch mit x-technik AUTOMATION beleuchtet der Business Manager Motion von B&R daher ebenso Potenziale, die außerhalb der Antriebstechnik zum sparsamen Umgang mit Ressourcen beizutragen helfen.

BuR_Holzleitner-Alois-1.jpg
Dipl.-Ing. Alois Holzleitner, Business Manager Motion bei B&R

Dipl.-Ing. Alois Holzleitner, Business Manager Motion bei B&R

Die Gesamteffizienz einer Maschine oder Fertigungslinie entscheidet sich zu Beginn ihrer Entwicklung. Diese ist selbst ein erheblicher Faktor in der Ressourceneffizienz, denn die Arbeitszeit der Entwicklungsingenieure ist eine wertvolle Ressource. Arbeiteten früher Konstrukteure und Automatisierungstechniker getrennt und hintereinander, können sie heute Hand in Hand arbeiten. Tests, die früher nur mit großem Aufwand an der fertigen Maschine durchgeführt werden konnten, finden heute immer öfter am Simulationsmodell statt. Das spart Aufwand und Kosten für Muster und Prototypen.

Ing. Peter Kemptner / x-technik im Gespräch mit
Dipl.-Ing. Alois Holzleitner, Business Manager Motion bei B&R

Wie weit reicht der Einfluss der Entwicklungsumgebung auf die Ressourceneffizienz der Maschine selbst?

Die Möglichkeit, mit Automation Studio, dem integrierten Software-Entwicklungswerkzeug von B&R, sowohl Steuerungsabläufe, Regelungsalgorithmen, Bewegungen und die Visualisierung innerhalb nur einer Entwicklungsumgebung zu programmieren, zu testen und zu optimieren, erhöht schon durch Entfall der Schnittstellenproblematik die Effizienz in der Entwicklung. Zudem können Bewegungsmuster auf ihre Energieeffizienz im späteren Betrieb hin überprüft und optimiert werden.

BuR_Bild-9.jpg
Effizienz der Gesamtanlage entsteht durch durchgängige Entwicklung, bei der von der Grundkonzeptionierung der Maschinen bis zum späteren Fertigungsprozess alles mit bedacht wird.

Effizienz der Gesamtanlage entsteht durch durchgängige Entwicklung, bei der...

Was ist dabei die größte einzelne Quelle von Ressourceneffizienz in der Antriebstechnik?

Ganzheitlich betrachtet, ist die Größe eines Systems und dessen Komponenten entscheidend. Optimierbare, teure Ressourcen sind beispielsweise der Platz auf der Maschine oder im Schaltschrank, die erforderliche Kühlung oder die Stellfläche. Für die Gesamteffizienz ausschlaggebend ist in einem großen Maß die optimale Auslegung von Motoren und Antriebskomponenten. Antriebseinheiten sind nicht selten bis zu 30 % überdimensioniert, was fast immer einen erhöhten Energieverbrauch nach sich zieht. Die Entwicklungsumgebung Automation Studio enthält eine B&R-Version des Auslegungswerkzeuges Servosoft, mit dem bereits im Vorfeld die zu bewegenden Massen und die dafür benötigten Antriebe optimal aufeinander abgestimmt werden können, was eventuelle Energieverluste minimiert.

Wenn es um den effizienten Umgang mit dem Platz geht, kann auch – speziell in modularen Maschinen - durch sinnvollen Einsatz der schaltschrankfrei direkt auf der Maschine zu montierenden B&R ACOPOSmulti65 einiges gewonnen werden, ebenso durch Verwendung der motorintegrierten Servoantriebe ACOPOSmulti65M. Wie überall gilt: Hier gibt es kein allgemeingültiges Patentrezept, die Erfordernisse der jeweiligen Maschine sind maßgeblich.

Mit beinahe 100 % Wirkungsgrad sind Motoren und Antriebe ja bereits jetzt hoch effizient. Wo kann direkt in diesem Bereich noch etwas heraus geholt werden?

Bei Betrachtung der absoluten Zahlen ergibt sich ein erhebliches Potential.
BuR_ACOPOSmulti-+-Servomotor_WEISS.jpg
Wesentlicher Beitrag zur Energieeffizienz: Servomotor mit Ansteuerung durch ACOPOSmulti.

Wesentlicher Beitrag zur Energieeffizienz: Servomotor mit Ansteuerung durch...

Die Verlustleistung eines 120 kW Antriebes mit 98,5 % Wirkungsgrad beträgt immerhin 1800 W. Mit einer ähnlichen Leistung heizen handelsübliche Ölradiatoren ganze Wohnräume. Diese Energie wird in der Regel mit Kühlgeräten aus dem Schaltschrank in die Umgebung gebracht, was auch wieder Energie kostet. Mittels Cold-Plate-Schaltschrankmontage kann die Abwärme der B&R ACOPOS-Antriebsgeräte über einen Flüssigkeitskreislauf und Wärmetauscher dorthin abtransportiert werden, wo sie benötigt wird.

Messbare Effekte sind gerade bei vielachsigen Maschinen und noch mehr bei ganzen Fertigungsstraßen durch Zwischenkreiskopplung zu erzielen. Dabei pendelt Energie im Zwischenkreis zwischen den verschiedenen Achsen hin und her. Wenn die Bewegungsvorgänge der verschiedenen Achsen nicht parallel, sondern hintereinander stattfinden, kann bis zu 50 % der Bewegungsenergie eingespart werden, da die Bremsenergie über Pufferkondensatoren für Beschleunigungsvorgänge an anderer Stelle zur Verfügung gestellt wird.

Ist die Gleichzeitigkeit von Brems- und Beschleunigungsvorgängen im Achsverbund zu hoch, um die Bremsenergie innerhalb der Maschine oder Linie vollständig aufzubrauchen, kann durch die aktive Rückspeisung der Bremsenergie ins Stromnetz eine weitere erhebliche Energieeinsparung erzielt werden. Das sorgt zudem für eine Verringerung der Abwärmelast im Schaltschrank, die aus einer Minderung der Abwärme aus den Widerständen resultiert.

Welche Rolle spielen Überwachungsfunktionen für die Ressourceneffizienz?

Zur
DC_Kopplung.jpg
Durch Zwischenkreiskopplung über den DC-Bus der ACOPOSmulti Drives bleibt ein Teil dieser Energie im System und steht für zeitnah stattfindende Beschleunigungsvorgänge zur Verfügung.

Durch Zwischenkreiskopplung über den DC-Bus der ACOPOSmulti Drives bleibt ein...

Optimierung des Verhältnisses zwischen hoher Dynamik und niedrigem Energieverbrauch ist schon die in den B&R Antriebsgeräten eingebaute Strom-Messung sehr hilfreich. Sie kann bei entsprechender Programmierung zur Einhaltung energieeffizienter Bewegungsprofile genutzt werden. Noch steigern lässt sich der Einsparungseffekt, wenn durch die eingebauten Messmöglichkeiten und einen Soll-/Ist-Vergleich Schleppfehler erkannt und korrigiert werden.

Aus der X20-Familie bietet B&R dafür zwei Überwachungsmodule, mit deren Hilfe sowohl abnutzungsbedingt erhöhter Betriebsstoffverbrauch als auch wartungsbedingte Stehzeiten mit Mitteln zur Zustandsüberwachung reduziert werden können. Das Energie-Messmodul X20AP misst Spannungen, Ströme, Frequenzen und Blindanteile auf allen Phasen bis zur 31. harmonischen Überschwingung und kann auch zur Messung von Leckströmen auf dem Nullleiter herangezogen werden. Das vierkanalige Condition Monitoring Modul X20 CM4810 ist erstes Mitglied einer künftigen Familie von Schwingungsauswertemodulen. Beide Module entlasten durch Vorverarbeitung der Signale die CPU und die Busbandbreite, weitere Ressourcen, deren effizienter Einsatz in der Gesamtbilanz von Produktionsmaschinen eine Rolle spielt.

Wie können heutige Steuerungs- und Regelungsmöglichkeiten die Ressourceneffizienz heben?

Früher galt im Maschinenbau der Grundsatz „je steifer, desto besser!“ Viele Maschinenbauer versuchen angesichts steigender Preise bei hochwertigen Rohmaterialien, Gewicht zu sparen. Das gelingt in einem nicht mehr vernachlässigbaren Ausmaß durch Anwendung modellbasierter Regelungsalgorithmen. Hier unterstützen die B&R ACOPOS-Antriebe
die Maschinenentwickler durch eine leistungsfähige, eingebaute CPU, mit der diese oft extrem aufwändigen Berechnungen in ausreichend kurzer Zeit ausgeführt werden. Besonders bei Robotern oder Blechschneidemaschinen ist das bereits gängige Praxis, in anderen Bereichen steckt das noch in den Kinderschuhen.

Ein erfreulicher Nebeneffekt von konsequentem, softwareunterstütztem Leichtbau ist eine Einsparung von Transportgewicht. Selbst die Antriebstechnik kann durch solche Maßnahmen schlanker dimensioniert werden.
Dipl.-Ing. Alois Holzleitner, Business Manager Motion bei B&R
Effizienz der Gesamtanlage entsteht durch durchgängige Entwicklung, bei der von der Grundkonzeptionierung der Maschinen bis zum späteren Fertigungsprozess alles mit bedacht wird.
Wesentlicher Beitrag zur Energieeffizienz: Servomotor mit Ansteuerung durch ACOPOSmulti.
Durch Zwischenkreiskopplung über den DC-Bus der ACOPOSmulti Drives bleibt ein Teil dieser Energie im System und steht für zeitnah stattfindende Beschleunigungsvorgänge zur Verfügung.
Durch Zwischenkreiskopplung über den DC-Bus der ACOPOSmulti Drives bleibt ein Teil dieser Energie im System und steht für zeitnah stattfindende Beschleunigungsvorgänge zur Verfügung.
Mit der Cold-Plate-Schaltschrankmontage kann die Abwärme aus den Drives direkt abgeführt und als Prozesswärme weitergenutzt werden. Das erspart Investition und Energieaufwand für das kostenintensive Schaltschrank-Thermalmanagement.



Zum Firmenprofil >>


Bericht in folgender Kategorie:
Ressourceneffizienz

QR code

Special Automation aus der Cloud

cloud.JPG Immer mehr Teile der industriellen Automatisierung sollen in die Cloud verlegt werden. Nicht nur die in rapide steigenden Mengen generierten Daten, sondern neben Auswerte-, Überwachungs- und Kontrollmechanismen auch Steuerungs-, Regelungs- und sogar Safety-Algorithmen. Wozu eigentlich? Was lässt sich vernünftig in die Cloud verlegen? Was sollte man dabei beachten? Und was ist das überhaupt, die Cloud?
mehr lesen >>

Im Gespräch

/xtredimg/2017/Automation/Ausgabe195/14665/web/a_Siemens_TIA_V15.jpgIndustrial Security Appliances im digitalisierten Umfeld
Die Verschmelzung der virtuellen und realen Produktionswelt fordert ein weitreichendes Portfolio auf sämtlichen Ebenen der Automatisierungspyramide wie auch in deren Anbindung an das Internet of Things. Eine wesentliche Voraussetzung dafür spielen sichere Verbindungen vom Entwicklungs- und Produktionsfloor bis hin zu einer sicheren Datenhaltung im Netz. Siemens bietet mit seinem Digital Enterprise Portfolio die technischen Voraussetzungen für eine erfolgreiche Umsetzung von Industrie 4.0 und präsentierte auf der Messe SPS IPC Drives in Nürnberg dahingehend seine jüngsten Innovationen wie auch deren sichere Realisierung. Manfred Brandstetter, Leiter der Business Unit Factory Automation bei Siemens Österreich, erläuterte dazu die Details im Gespräch mit x-technik. Von Luzia Haunschmidt, x-technik
Interview lesen >>

Newsletter abonnieren