Fluid Power Mechatronics

Positive Eigenschaften, wie eine hohe Kraft- und Leistungsdichte, machen hydraulische Antriebe zu unverzichtbaren Komponenten der industriellen Technik. Ob im Maschinen- oder Anlagenbau - die Einsatzbereiche sind vielfältig und reichen vom Werkzeugmaschinenbau bis hin zur Kraftwerkstechnik. Durch das Zusammenspiel von Hydraulik und Elektronik in der neuen Fluid Power Mechatronics Technologie bietet B&R erstmals eine integrierte mechatronische Gesamtlösung mit höchster Wirtschaftlichkeit.Während der konventionelle Zugang zur Automatisierung von hydraulischen Antrieben den Einsatz eines Hydraulik Controllers notwendig macht, der ein produktspezifisches Programmiersystem erfordert sowie eine geringe Flexibilität in der Controller Firmware aufweist, sorgt die neue Variante von B&R für hohe Wirtschaftlichkeit im industriellen Einsatz.

Mit dem neuen Fluid Power Mechatronics von B&R lassen sich die Vorteile der Elektronik und Hydraulik auf effiziente Weise nutzen. '' Die neuen Eigenschaften der elektrohydraulischen Antriebsregelung sorgen für mehr Wirtschaftlichkeit durch geringe Hardware Komplexität bei gleichzeitig hoher Software Flexibilität. Zudem ist die neue Antriebsregelung mit der integrierten Sicherheitstechnik auf Basis von POWERLINK Safety vollständig kompatibel'', erklärt Dr. Robert Kickinger, Manager Mechatronic Technologies bei B&R.

Flexible und skalierbare Hardwarekonfiguration für bessere Kosteneffizienz
Einen besonderen Vorteil bietet die neue Technologie durch die flexible und skalierbare Hardwarekonfiguration. Fluid Power Mechatronics basiert nicht auf einem ganz bestimmten Hardwareprodukt, sondern unterstützt eine breite Auswahl an Zielsystemen (X20 CPU, APC, Power Panel, etc.) und Peripherie Modulen. Dadurch kann für jede Anwendung eine maßgeschneiderte und kostenoptimale Hardware Konfiguration aus CPU und I/Os für Sensoranbindungen und Ansteuerung der Stellelemente konzipiert werden. Die erforderliche Rechenleistung ist dabei durch die zu realisierende Zykluszeit unddie Anzahl der Hydraulikachsen bestimmt. Auf sämtlichen Zielsystemenist die Kopplung von hydraulischen Antrieben mit elektrischen Achsen (Synchronmaschinen, Schrittmotoren, Asynchronmaschinen) im Kontext von Generic Motion Control einfach realisierbar.

Synchron und leistungsstark
Die Hydraulikregler von B&R laufen vollständig synchron. Das bedeutet, dass sämtliche Achsen ihre Positions-, Kraft- und Druckwerte exakt zum selben Zeitpunkt abtasten und ihre Stellgrößen auch exakt zum selben Zeitpunkt mit einem Synchronisierungsjitter von < 1 µs auf die Ventile schreiben. Damit wird ein Höchstmaß an Bewegungskoordination und Präzision - selbst bei einer hohen Anzahl von geregelten Achsen - garantiert. Dies gilt ebenso, wenn die Regelalgorithmen der einzelnen Achsen auf verschiedenen intelligenten Einheiten im Automatisierungsverbund abgearbeitet werden. Kürzeste Zykluszeiten von bis zu 100µs sind realisierbar. Dadurch wird höchste Dynamik auch für die schnellsten Produktionszyklen gewährleistet.

Spezifische Regelungsalgorithmen
Die speziell für hydraulische Antriebsregelung adaptierten Algorithmen kompensieren die entscheidenden nichtlinearen Eigenschaften der Strecke. Im Vergleich zu konventionellen linearen Reglern wird weder Präzision noch Dynamik verschenkt. Ein Reglerparametersatz liefert optimale Ergebnisse für alle Arbeitspunkte des Antriebs. Dadurch wird eine hohe Maschinenpräzision und -produktivität gewährleistet, die Inbetriebnahme vereinfacht und wertvolle Zeit eingespart.

Höchste Software Flexibilität
Im Gegensatz zu starren Firmware Strukturen auf konventionellen Hydraulik Controllern lässt sich die Software völlig flexibel gestalten. Die Programmierung kann sowohl in IEC 61131 und ANSI C erfolgen. Durch die nahtlose Integration in das Software Tool Automation Studio kann die Applikation mit nur einem Werkzeug konfiguriert und parametriert werden. Die Anwendung reglerspezifischer Programmiersysteme ist nicht notwendig. Zusätzlicher Schulungsaufwand entfällt somit. Einfache und komplexe Kopplungen zwischen Antriebsachsen beliebigen Typs bis hin zu Aufgabenstellungen im Bereich CNC und Robotik werden durch die Einbindung in Generic Motion Control unterstützt.

Integrierte Sicherheitstechnik
Bedingt durch immense Kräfte, die in hydraulischen Antrieben wirken, ist eine sichere und reaktionsschnelle Kontrolle gefordert. Die integrierte Sicherheitstechnik auf Basis von POWERLINK Safety stellt hier die ideale Antwort für diese anspruchsvolle Aufgabe dar. Intelligente Sicherheitsreaktionen anstelle harter Maschinenstopps sowie minimale Sicherheitsabstände durch schnellste Reaktionszeiten garantierten höchste Sicherheit in der Maschinenführung.

Ferndiagnose und -wartung
Während konventionelle Lösungen eine Ferndiagnose oder -wartung per Internet oder Modem nicht erlauben, ist dies mit der neuen B&R Technologie Fluid Power Mechatronics auf einfache Weise möglich. Kostenintensive und zeitaufwändige Service technikereinsätze vor Ort entfallen. Die leistungsfähigen Diagnosewerkzeuge von Automation Studio ermöglichen darüber hinaus das Eingrenzen und Auffinden von Fehlern während der Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb. Variablen Traces in Echtzeit im Reglertakt und die automatisierte Ablage von getriggerten Trace Aufzeichnungen stellen hierbei ein wertvolles Werkzeug zur Maschinenoptimierung dar.

Mehr Energieeffizienz durch Hybridantriebstechnik
Angesicht steigender Energiepreise gewinnen energieeffiziente Lösungen in der Industrie immer mehr an Bedeutung. Hydraulische Widerstandssteuerungen mit Ventilen zeichnen sich durch einen sehr schlechten Wirkungsgrad aus. Dieses Einsparungspotential kann mit Hybridantrieben realisiert werden, ohne dabei auf die vorteilhaften Eigenschaften der hydraulischen Energieübertragung verzichten zu müssen. Da weniger thermische Verlustleistung mit dem Öl abgeführt werden muss, lässt sich das Ölvolumen signifikant reduzieren. Das Ergebnis sind kompakte, wartungsarme Hydraulikeinheiten mit langer Lebensdauer.

Eine wichtige Eigenschaft im Bereich der elektro -hydraulischen Hybridantriebstechnik liegt im elektronisch gestellten Energiefluss, der hydraulisch übertragen wird. Dadurch werden die Vorteile der elektrischen Leistungsstellung und der hydraulischen Leistungsübertragung vereint. Letztere zeichnet sich durch hohe Kraft- und Leistungsdichten, geringe Massenträgheiten, robuste und einfach zu fertigende Zylinder, einen einfachen Überlastschutz durch Druckbegrenzungsventile sowie geringe Baugrößen aus. Die Antriebsleistung kann kompakt und effizient in große Prozesskräfte umgesetzt werden. Die elektrische Leistungssteuerung sorgt ebenso für einen ruhigen Lauf und ein stabiles Temperaturverhalten.

Die bewährten Servoverstärkerbaureihen ACOPOS und ACOPOSmulti in Verbindung mit Servomotoren der Baureihen 8LSC und 8KSJ eignen sich besonders für elektrohydraulische Hybridantriebssysteme. ACOPOS bietet durch die Smart Process Technologie die Möglichkeit, die gesamten Regelkreise direkt auf dem Servoantrieb zu schließen und damit kürzeste Zyklus- und Reaktionszeiten zu realisieren. Zusätzlich kann die Rückspeisefähigkeit und Power Factor Correction von ACOPOSmulti zur konsequenten energetischen Maschinenoptimierung eingesetzt werden. Die Motoren der Baureihen 8LSC und 8KSJ zeichnen sich durch ihr extrem niedriges Trägheitsmoment und außerordentliches Beschleunigungsvermögen aus. Auf diese Weise erlangen sie eine bislang unerreichte Dynamik auf hybrid angetriebenen Maschinen.

Mit dem Ausgleich der zahlreichen Nachteile von konventionellen Hydraulikantrieben bei gleichzeitiger Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, steht Maschinen- und Anlagenbauern mit der neuen Fluid Power Mechatronic Technologie von B&R ein Werkzeug zur Verfügung, welches die Leistungsfähigkeit und Effizienz ihrer Maschinen deutlich erhöht. Mit der zukunftsweisenden Innovation setzt B&R einen deutlichen Akzent im Bereich des Maschinen- und Anlagenbaus. Angesichts der zahlreichen Verbesserungen im Bereich der hydraulischen Antriebstechnik wird sich die neue Technologie rasch zu einem wesentlichen Bestandteil der industriellen Technik entwickeln.