Eine Publikation der Binkert Medien AG
Für Basisanwendungen optimierte Geräteserie : Ausgabe 01/2013, 13.04.2013

Kostenoptimierte Lösung für einfache Antriebsaufgaben

Unter dem Motto einfach zu installieren, einfach zu bedienen und einfach sparsam hat Siemens eine neue Umrichterreihe für Basisanwendungen vorgestellt. Diese sind massgeschneidert für den Betrieb von Pumpen, Lüftern und Förderanlagen sowie für einfache Antriebsaufgaben in der Prozess- und Verarbeitungsindustrie.

Autor: Christian Falk, Christian Coy

Einfache Antriebsaufgaben verlangen einfache, kostenoptimierte Lösungen. Wer bisher den Vorteil eines anwendungsgerecht geregelten und dadurch energie- und kosteneffizient arbeitenden Antriebs nicht missen wollte, musste häufig zu mächtigen und entsprechend komplexen Antriebslösungen greifen – eine suboptimale Situation, die durchaus noch Verbesserungspotenzial bietet. Mit diesem Leitgedanken hat der Hersteller sein Sinamics-Portfolio jetzt um effiziente Einachsumrichter für Basisanwendungen erweitert.

Massgeschneidert für einfache Antriebsaufgaben

Die Geräteserie Sinamics V20 basiert auf den vielfältigen Erfahrungen mit Sinamics-Umrichtern in unzähligen Anwendungen und unterschiedlichsten Branchen. Sie umfasst vier Baugrössen für den Leistungsbereich von 0,12 bis 15 kW, für den Betrieb an ein- und dreiphasigen Netzen, in den Regelungsarten U/f, U²/f und FCC (Flux-Current-Control).

Die Umrichter sind für einfache Antriebsaufgaben entworfen. Typische Zielanwendungen sind Pumpen, Lüfter und Kompressoren oder Gurt-, Rollen- und Kettenförderer. Ebenso sind sie als Einzelantriebe in Mühlen, Mixern, Knetern oder Zentrifugen sowie als mechanisch gekoppelte Hauptantriebe, z.B. in Ringspinnanlagen in der Textilindustrie, geeignet.

Die Geräte lassen sich von den Maschinen- bzw. Aggregateherstellern, oft auch von den Anwendern selbst, einbauen – meist ohne Applikationssupport durch Antriebsspezialisten. Entsprechend einfach müssen Installation und Inbetriebnahme sein, ebenso die Anwendung und Handhabung in allen Betriebssitua-tionen. So weit das Anwendungsfeld ist, so rau kann es sein, was der Umrichterfamilie generell eine hohe Robustheit und Zuverlässigkeit abverlangt. Nicht zuletzt soll ihr Einsatz immer auch die Betriebskosten senken helfen.

Die Umrichter sind einfach zu installieren

Einfache Installation ist der Anfang schneller und fehlerfreier Umsetzung jeder Antriebslösung und sorgt somit für hohe Akzeptanz bei den Anwendern. Deshalb sind alle vier Varianten der Umrichterserie kompakt aufgebaut und lassen sich platzsparend ohne Zwischenraum – und ohne Leistungseinbussen – direkt aneinanderreihen.

Dabei hat der Anwender die Wahl zwischen der üblichen Wandmontage und der Durchsteckmontage für besonders einfache und effiziente Schaltschrankentwärmung. Für den Betrieb sind keine weiteren Module oder Zusatzoptionen erforderlich, sodass sich die Umrichter direkt aus der Verpackung heraus einsetzen lassen. Das integrierte Basic-Operator-Panel erlaubt die Inbetriebnahme und Bedienung vor Ort. Zur einfachen Anbindung an die Simatic-S7-Welt hat die Geräteserie eine universelle serielle Schnittstelle an Bord. Darüber hinaus enthält das Terminal auch eine Modbus-Schnittstelle zur Kommunikation mit Steuerungen von andern Anbietern. Vorgefertigte Verbindungs-Makros bringen die spezifischen Einstellungen dafür mit und ersparen händisches Parametrieren. Das vereinfacht die Integration in neue wie bestehende Automatisierungssysteme.

Die beim Bremsen entstehende Energie kann man über einen Bremswiderstand in Form von Wärme abführen. Dabei lässt sich der Lastzyklus von 5 bis 100 Prozent variieren, was sehr dynamisches Bremsen ohne Überhitzen erlaubt. Eine weitere Vereinfachung der Installation bringt der integrierte Brems-Chopper bei Geräten mit mehr als 7,5 kW Leistung, an den sich der Bremswiderstand direkt anschliessen lässt.

Eine einfache Bedienung ist ein Muss

Auch für den täglichen Umgang und Einsatz bringt der Einfachumrichter einige Funktionalitäten mit. So lassen sich für eine Anwendung einmal optimierte Einstellparameter sehr einfach auf weitere Geräte übertragen. Mittels einer SD- oder MMC-Karte lassen sich die Daten entweder über das aufsteckbare Basic-Operator-Panel-Interface oder über den sogenannten Parameter-Loader speichern und wieder laden.

Letzteres ist ein batteriebetriebenes Interface mit Speicherkartenslot, welches das Auslesen und auch Klonen von Einstellungen ohne Spannungsversorgung des Umrichters erlaubt. Damit lassen sich gespeicherte Parametersätze einfach durch Öffnen der Versandverpackung und Aufstecken des Parameter-Loader auf das Gerät aufspielen. Der Endanwender erhält dann ein fertig konfiguriertes Gerät, das er ohne weiteren technischen Support schnell und sicher einsetzen kann.

Massgeschneiderte Verbindungs- und Applikations-Makros, unter anderem für Förderbänder, Pumpen, Lüfter oder Kompressoren, vereinfachen die I/O-Konfiguration und gewährleisten die richtigen Einstellungen für die jeweilige Anwendung. Das erspart langwieriges Einarbeiten, reduziert die Fehlerquellen und beschleunigt die Umsetzung.

Unter dem Begriff «Keep Running»-Modus zusammengefasst sind verschiedene Funktionen zur automatischen, vom Anwender praktisch unbemerkten Anpassung des Umrichters beim Betrieb an instabilen Netzen oder bei unerwarteten applikativen Anforderungen. So lassen sich z.B. Netzschwankungen intern ausgleichen oder der Umrichter läuft bei komplettem Netzausfall automatisch wieder an. Resultierende Fehlermeldungen lassen sich zusätzlich ausmaskieren.

Die Umrichterserie ist äusserst robust

Der Motor läuft einfach weiter, indem er z.B. die vorhandene kinetische Energie im Antriebsstrang nutzt. Des Weiteren kann er sich automatisch nach einem Netzausfall auf die aktuelle Motordrehzahl aufsynchronisieren. Dadurch wird der Betrieb weniger unterbrochen und somit die Verfügbarkeit und die Produktivität erhöht. Der Umrichter arbeitet auch unter schwierigen Einsatzbedingungen zuverlässig und der Anwender kann Reaktionen auf Fehler und Alarme flexibler gestalten.

Für hohe elektrische und mechanische Robustheit im Einsatz stehen unter anderem ein weiter Spannungsbereich von 200 bis 240 V (–10 bis +10 Prozent) bei den einphasigen Geräten bzw. 380 bis 480 V (–15 bis +10 Prozent) bei den dreiphasigen Geräten und eine Temperaturfestigkeit von bis zu 60°C. Darüber hinaus ist mit grundsätzlich beschichteten Leiterplatten auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen wie erhöhter Luftfeuchtigkeit, Kondensation oder Staubbelastung zuverlässiger Dauerbetrieb gewährleistet.

ECO-Betriebsarten sorgen für «Sparsamkeit» der Umrichter

Auch bei vielen Basisanwendungen lässt sich allein durch bedarfsgerechte Regelung der Motordrehzahl sehr viel Energie und folglich Geld sparen, wenn beispielsweise ein Lüfter nur mit der benötigten Drehzahl läuft, anstatt mit voller Drehzahl, wobei sich die Luftmenge nur über Klappen «steuern» lässt. Je nach Anwendung und Maschine kann die Energieeinsparung bis zu 60 Prozent betragen. Die Umrichterserie bietet auch dafür «intelligente» Zusatzfunktionen wie die Applikations-Makros, die ohne weitere Parametrierung einen optimal an die jeweilige Anwendung angepassten Betrieb realisieren. Die integrierten ECO-Betriebsarten für U/f- und U²/f-Regelung passen den magnetischen Fluss im Motor automatisch so den Bedürfnissen an, dass die Applikation noch weniger Energie bei konstanter Drehzahl benötigt. Das gewährleistet gutes Betriebsverhalten und einen guten Wirkungsgrad.

Ruhezustand verlängert die Lebensdauer des Motors

Wer Energie einsparen will, muss zunächst wissen, wie viel Energie verbraucht wird. Die Geräteserie zeigt dies direkt am Operator-Panel an – wahlweise in kWh bzw. umgerechnet in Gramm CO2 oder in lokaler Währung. Bei zwei Umrichtern derselben Leistungsklasse lässt sich über einen gemeinsamen Zwischenkreis beim Bremsen die generatorisch erzeugte Energie eines Motors im anderen Motor nutzen und so die dem Netz entnommene Leistung reduzieren. Damit lassen sich sowohl Energie als auch externe Bremswiderstände einsparen.

Bei aktiviertem Hibernation-Modus geht der Umrichter automatisch in einen Ruhe-zustand, wenn die Frequenz oder ein Sensorsignal einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten. So arbeiten Umrichter und Motor nur dann, wenn es die Produktion erfordert. Das verlängert die Lebensdauer des Motors und reduziert zum Beispiel den Verschleiss von Pumpen. Da diese anwendungsspezifischen Funktionalitäten bereits in der Geräteserie vorhanden sind, reduziert sich auch der Programmieraufwand für die SPS.

Ein voller Service ist inklusive

Die Geräteserie ist kompakt aufgebaut und lässt sich über verschiedene Optionen wie ein externes Basic-Operator-Panel, Anschlusskabel, Filter, Bremswiderstände oder Schirmung individuell den Anforderungen der Anwendung sowie den Ansprüchen des Anwenders anpassen.

Alles andere als Standard sind die Service-leistungen für die Anwender der neuen Umrichterserie. Dieser Service ist eingebunden in das weltweite Modell mit regionalem Hotline-Support, einem flächendeckenden Netzwerk praxiserfahrener Servicetechniker und mehrsprachiger webbasierter Unterstützung, unter anderem in Form von häufig gestellten Fragen – damit auch im Fall der Fälle alles schnell und reibungslos vonstatten geht.

Infoservice


Siemens Schweiz AG
Freilagerstrasse 40, 8047 Zürich
Tel. 0848 822 844, Fax 0848 822 855
industry.ch@siemens.com
www.siemens.ch/industry



Mit Sinamics V20 etabliert Siemens einen vielseitig einsetzbaren Umrichter für Basisanwendungen


Sinamics V20 sind massgeschneidert für einfache Antriebsaufgaben in der Prozess- und der Verarbeitungsindustrie


Auch für Ringspinnanlagen in der Textilindustrie ist die Umrichterserie geeignet


Über verschiedene Optionen lässt sich der Umrichter an unterschiedliche Anforderungen und Ansprüche anpassen

Sinamics von Siemens

Mit den Umrichtern der Sinamics-Reihe zielt Siemens auf die Bedürfnisse der Marktsegmente High-End, Midrange und Basic durch zugeschnittene Performance.

  • Sinamics S: Für höchste Anforderungen in Bezug auf Performance und Funktionalität. Technologie- und Innovationstreiber im High-End-Segment.
  • Sinamics G: Für General-Performance-Anwendungen, hoch modulare und bedienerfreundliche Lösungen.
  • Sinamics V: Für Basisanwendungen, kostengünstig, robust und leicht zu bedienen.

Autoren

Dipl.-Ing. (FH) Christian Falk ist im Product Management Sinamics bei der Siemens AG Industry Sector – Division Drive Technologies in Erlangen.

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christian Coy ist Produkt Marketing Manager Sinamics bei der Siemens AG Industry Sector – Division Drive Technologies in Erlangen.