BECKHOFF AX5021 - Handbuch (Seite 7)

BECKHOFF Drive Technology Bremsmodul AX5021 - Version: 1.2 Seite 7/8
Energiemanagement
Ein intelligentes Energiemanagement sorgt dafür, dass bei gemeinsamer Nutzung der Geräte im Antriebsverbund eine gleichmäßige
Energieverteilung auf die Zwischenkreise und die internen Bremswiderstände erfolgt. Hierdurch ist sicher gestellt, dass unerwünschte
Dauerbelastungen von nur einem Gerät ausgeschlossen werden.
Der Zwischenkreis
Aus dem Zwischenkreis werden die angeschlossenen Servomotoren mit Energie versorgt. Er dient als Energiespeicher und muss nach dem
Einschalten des Gerätes erst aufgeladen werden, bevor er die Servomotoren versorgen kann. Der Zwischenkreis ist so ausgelegt, dass er ein
gewisses Maß an überschüssiger Energie des Motors (Bremsenergie) aufnehmen und speichern kann und mit dieser gespeicherten Energie den
Motor anschließend wieder versorgen kann. Wenn die obere Grenze des Energiespeichers erreicht wird, sorgt der Brems-Chopper dafür, dass
weitere Bremsenergie in den internen bzw. externen Bremswiderstand geleitet wird und dort in Wärme umgewandelt wird, sie steht dann nicht mehr
für den weiteren Betrieb des Motors zur Verfügung. Als Indikator für den aktuellen Energiepegel vom Zwischenkreis wird die Spannung genommen
und ausgewertet. Sobald auch die Bremswiderstände ihr Energielimit erreicht haben, erscheint der Fehler "FD4C, Zwischenkreis - Überspannung"
und der Energiefluss zum und vom Motor wird unterbrochen, d.h. der Motor führt unkontrollierte Bewegungen aus.
In einem Antriebsverbund werden die Zwischenkreise der einzelnen Geräte verbunden, so dass der Energiepegel bei allen Geräten gleich ist, egal
von welchem Motor gerade Bremsenergie zurück geführt wird. In vielen Fällen geschehen diese Rückführungen nicht zeitgleich und ohne
Zwischenkreisverbund wäre z.B. ein Gerät am Limit und müsste schon Energie im Bremswiderstand "vernichten" obwohl andere Geräte noch
Energie im Zwischenkreis speichern könnten. In einem Zwischenkreisverbund könnte die Energie gespart werden, weil erst die Zwischenkreise aller
verbundenen Geräte geladen werden, bevor die Energie in den Bremswiderständen in Wärme umgewandelt wird.
Betriebsarten des AX5021
Es kann davon ausgegangen werden, dass ein Bremsmodul nur eingesetzt wird, wenn trotz Zwischenkreisverbund und internen
Bremswiderständen die Bremsenergie nicht abgeführt werden kann. Das Bremsmodul kann in 2 verschiedenen Betriebsarten betrieben werden,
welche direkten Einfluss auf das Energiemanagement haben. Die Betriebsarten können beim Einsatz des externen Bremswiderstandes ausgewählt
werden. Die folgenden Skizzen zeigen, in Abhängigkeit der Betriebsarten, die Speicherkapazität des Zwischenkreises der einzelnen Geräte.
Default-Betriebsart 1 - Ext. brake resistor enabled (system / standard)
Bei dieser Betriebsart wird die Kapazität des Zwischenkreises vom Bremsmodul um ca. 10%
gesenkt, der Brems-Chopper leitet bei 90% Zwischenkreisauslastung die dann anfallende
Bremsenergie in den externen und wenn dieser seine Kapazitätsgrenze erreicht hat, in den internen
Bremswiderstand. In diesem Fall wird die Bremsenergie zuerst in das Bremsmodul geführt, da in
den anderen Servoverstärkern die Brems-Chopper erst bei 100 % Zwischenkreisauslastung aktiv
werden.
Diese Betriebsart ist als "default" eingestellt, weil neben der Grundkonfiguration des Bremsmoduls
keine weiteren Konfigurationen bei den Geräten im Zwischenkreisverbund nötig sind. Wenn der
externe Bremswiderstand des Bremsmoduls außerhalb des Schaltschranks angebracht wird, ist
auch die thermische Belastung im Schaltschrank geringer.
Betriebsart 2 - Ext. brake resistor enabled (standalone brake chopper)
In diesem Fall wird die Kapazität der Zwischenkreise voll ausgenutzt.
Diese Betriebsart muss ausgewählt werden und neben der Grundkonfiguration des Bremsmoduls
sollte bei den Geräten im Zwischenkreisverbund der interne Bremswiderstand deaktiviert werden ,
sonst steigt auch die thermische Belastung im Schaltschrank. Um die thermische Belastung weiter
zu verringern ist es sinnvoll, einen externen Bremswiderstand am Bremsmodul außerhalb des
Schaltschranks anzubringen.
Diagnose der Bremsleistung
Über die IDN’S P-0-0209 (int. Bremswiderstand) und P-0-0210 (ext. Bremswiderstand) kann die aktuelle Dauerleistung des Bremswiderstandes
ausgelesen werden, die Angabe ist in Watt. Auslastungen über 90 % der Dauerleistung des Bremswiderstandes sollten vermieden werden. Diese
IDN’s sind zyklisch als Prozessdaten auslesbar.
Über die IDN’S P-0-0218 (int. Bremswiderstand) und P-0-0219 (ext. Bremswiderstand) kann die aktuelle Impulsenergie-Auslastung des
Bremswiderstandes ausgelesen werden, die Angabe ist in % mit einer Nachkommastelle. Auslastungen über 90 % sollten vermieden werden. Diese
IDN’s sind zyklisch als Prozessdaten auslesbar.
Mit den IDN’s P-0-0220 (Int. Bremswiderstand) und P-0-0221 (ext. Bremswiderstand) werden die maximalen Energiewerte, die seit dem letzten
Rücksetzen aufgetreten sind, abgespeichert. Durch beschreiben mit einer Null werden die Werte zurückgesetzt. „Duty cycle“ entspricht 100s. Die
Energiemengen werden in den angegebenen Zeitbereichen überwacht (100ms, 1s, 10s, 20s, 40s und 100s). Die Werte für 100s entsprechen der
Dauerleistung. Die max. Werte sollten ca. 10% unter den Grenzwerten des Widerstandes (P-0-0207 bzw. P-0-0208) liegen. Wenn eine aktuelle
Energiemenge den Grenzwert des Bremswiderstandes überschreitet, wird dieser Bremswiderstand nicht eingeschaltet. Im Systemverbund bzw. mit
aktiven internen chopper müssen dann diese anderen Bremswiderstände die Energie aufnehmen. Ist das nicht möglich steigt die Zwischenkreis-
spannung weiter an, ggf. bis zum Überspannungsfehler und dann folgt das Abschalten der Achsen mit „Torque off“. Von daher ist es sehr wichtig,
dass ausreichen Bremsleistung im Systemverbund vorhanden ist, damit es nicht zu unkontrollierten Bewegungen der Achsen kommt. Die Diagnose
muss über den gesamten Systemverbund gemacht werden. Sind nicht genügend Reserven vorhanden, sollte ein ext. Bremswiderstand mit höherer
Leistung gewählt werden. Wenn hier auch die Leistungsgrenze erreicht ist, können auch mehrere AX5021 zum Einsatz kommen.
Hinweis
Leistungsbilanz!
Die Leistungsbilanz wird immer positiv beeinflusst, wenn eine Achse Energie benötigt und eine andere Achse generatorische
Energie (Bremsenergie) erzeugt. Diese Regel sollten Sie bei allen Applikationen berücksichtigen.