Wenn ein älterer oder abgekündigter Servoregler ersetzt werden muss, bedeutet das nicht zwangsläufig, dass auch die komplette Maschinensteuerung modernisiert werden muss. Gerade bei Bestandsmaschinen kann es sinnvoll sein, vorhandene Schnittstellen wie die analoge ±10-V-Sollwertvorgabe und die Geberrückführung zunächst weiterzuverwenden.
Genau diesen Weg haben wir bei einer Bestandsmaschine mit B&R-Steuerung umgesetzt. Ein ESR Pollmeier TrioDrive D/AS wurde durch einen BL4104-C ersetzt – zunächst ohne Änderungen an der bestehenden SPS-Programmierung. Die Lösung wurde erfolgreich umgesetzt und befindet sich inzwischen im regulären Serieneinsatz.
In einer Bestandsmaschine verrichtete ein ESR Pollmeier TrioDrive D/AS seit Jahren zuverlässig seinen Dienst: analoger Sollwert über ±10 V, Positionsrückführung per Geberemulation, angesteuert von einer älteren B&R-Plattform. Ersatzteile für diesen Regler sind kaum noch beschaffbar, und die Anlage stand ohnehin zur Modernisierung an. Im Retrofit wurde der TrioDrive durch einen BL4104-C ersetzt, ohne dass die B&R-Programmierung angefasst werden musste. POWERLINK kam in einem zweiten Schritt dazu, zunächst als Parametrier- und Wartungsebene, später auch als Steuerungsweg.
Abgekündigten Servoregler ersetzen, ohne die Steuerung umzubauen
Im Einsatz war ein TrioDrive D/AS vom Typ BN 6758-B1-R1-A1-G1-K1-S0, angebunden an eine B&R-Steuerung aus dem ACP10-Umfeld. Die Achse wurde analog vorgegeben (typisch ±10 V), die Position kam über Geberemulation zurück: Inkrementalsignale A/B/N am Geber-Eingang der SPS. Funktional war das Konzept tragfähig. Bei Diagnose, Parametersatz-Verwaltung und Wartung stieß die Lösung im Alltag aber an die Grenzen, die für Bestandsanlagen dieser Generation typisch sind.
Im Zuge der Modernisierung sollte POWERLINK ergänzt werden. Anlass war zunächst die einfachere Verwaltung von Parametersätzen für unterschiedliche Trägheiten sowie ein praktikabler Wartungszugang über das bestehende Netzwerk. In einer späteren Ausbaustufe übernahm POWERLINK zusätzlich die Sollwert-Vorgabe.
Bestehende Analogsteuerung und Geberrückführung weiterverwenden
Die Vorgabe für den Umbau war klar formuliert: Der Regler wird getauscht, die Schnittstellen zur Steuerung bleiben unverändert. Der neue Regler musste den Analog-Sollwert weiterhin verarbeiten und dabei einen sauberen Nullpunkt sicherstellen. Die Geberemulation sollte in gleicher Form weiterhin bereitstehen, damit die Lageerfassung in der B&R nicht angepasst werden muss. POWERLINK war als zusätzliche Ebene vorgesehen, ohne dass Eingriffe in das bestehende Programm in Automation Studio nötig werden.
Analoge ±10-V-Sollwertvorgabe mit einem modernen Servoregler weiterverwenden
Der analoge Eingang des BL4000-C lässt sich gezielt auf Moment, Drehzahl oder Lage skalieren, über Umrechnungsfaktor und Filterzeitkonstante. In der Theorie unkompliziert, im Retrofit-Alltag aber regelmäßig die kritische Stelle: 0 V auf der Vorgabeseite entspricht in der Realität selten exakt 0 V am Reglereingang. Offsets aus der vorgelagerten Elektronik und ein leichtes Rauschen auf der Leitung führen dazu, dass die Achse bei vermeintlicher Nullvorgabe kriecht.
Der BL4104-C bietet dafür zwei aufeinander abgestimmte Funktionen. Der automatische Offsetabgleich kompensiert den konstanten Anteil des Eingangssignals. Die Funktion „Sichere Null“ definiert eine symmetrische Spannungsschwelle, unterhalb derer der Eingang als Null behandelt wird. In Kombination sparen beide Funktionen erfahrungsgemäß deutlich Zeit in der Inbetriebnahme und sorgen für einen stabilen Stillstand bei nominaler Nullvorgabe.
Bestehende Geberemulation für die B&R-Steuerung beibehalten
Auf Klemme [X1] stellt der BL4104-C einen Leitfrequenz-Ausgang bereit. Nach Konfiguration der Klemme liefert der Regler A/B/N-Signale nach RS422. Die Strichzahl ist programmierbar von 1 bis 2¹⁶ Impulsen pro Umdrehung, die N-Spur lässt sich bei Bedarf deaktivieren. Die Signale werden direkt aus dem Drehwinkel des Motorgebers erzeugt und entsprechen damit in der Auflösung der internen Lageinformation des Reglers.
Eine technische Eigenheit ist zu beachten: Die Spursignale können als Puls-Pakete auftreten, also nicht als gleichmäßig verteilte Einzelimpulse. Der Geber-Eingang auf der SPS-Seite muss daher als echter Inkrementalgeber-Eingang ausgelegt sein. Auswerteverfahren auf Basis von Torzeitmessungen, die zwischen einzelnen Flanken interpolieren, sind hier nicht geeignet. Die B&R-Steuerung ist in diesem Punkt unkritisch, der vorhandene Encoder-Eingang verarbeitet die Puls-Pakete korrekt.
POWERLINK nachrüsten – Parametrierung, Diagnose und Steuerung über das bestehende Netzwerk
Die POWERLINK-Anbindung der BL4000-Familie an eine B&R-Steuerung ist in einer Application Note von Metronix dokumentiert. Der Aufbau folgt dem üblichen Muster: B&R X20 als Managing Node, die BL-Regler als Controlled Nodes. DS402 wird unterstützt, zyklische Betriebsarten bis 1 ms sind je nach Systemkonfiguration möglich.
Für die Inbetriebnahme sind zwei Punkte relevant. Bei aktivem POWERLINK ist der reguläre Ethernet-Port ETH [X18] deaktiviert. Die Parametrierung erfolgt in diesem Fall entweder über den NRT-Kanal mit der PLC als Gateway (Laptop, Schnittstelle IF2 der PLC, POWERLINK-Netz) oder im Basic Ethernet Mode mit direkter TCP/IP-Verbindung. Letzterer ist allerdings nur verfügbar, solange keine EPL-Telegramme aktiv sind, erkennbar an der Status-LED im Zustand „flicker“. Außerdem wird eine geänderte Node-ID erst nach Deaktivieren und erneutem Aktivieren des Busses übernommen. Dieser Punkt führt erfahrungsgemäß zu Suchaufwand, wenn er nicht von Anfang an berücksichtigt wird.
Welche Möglichkeiten sich bei der Erweiterung eines BL-Reglers ergeben, zeigen wir ausführlicher in unserem separaten Ratgeber.
TrioDrive D/AS und BL4104-C im direkten Vergleich
| Funktion | TrioDrive D/AS | BL4104-C |
| Sollwert | Analog ±10 V | Analog ±10 V, skalierbar, Offsetabgleich, „Sichere Null“ |
| Positionsrückführung | Geberemulation A/B/N | Leitfrequenz-Ausgang [X1], A/B/N (RS422), 1…2¹⁶ Striche/U |
| Feldbus | Nicht vorhanden | POWERLINK, EtherCAT, PROFINET, CANopen, Modbus TCP |
| Wartungszugriff | Lokal am Gerät | ServoCommander über NRT-Gateway oder Basic Ethernet |
| Verfügbarkeit | Abgekündigt | Aktuelle Serie, langfristig verfügbar |
Wer den BL4000-C zusätzlich mit der ARS-2000-FS-Serie vergleichen möchte, findet in unserem Vergleich ARS 2000 FS vs. BL4000-C die wichtigsten Unterschiede im Überblick.
Projektablauf in vier Schritten
Der Umbau folgte vier aufeinander aufbauenden Schritten: Bestandsaufnahme, Verdrahtung, Parametrierung und Test.
In der Bestandsaufnahme wurden die wesentlichen Eckdaten erfasst: Skalierung und Filterbedarf des Analogsignals, gewünschte Strichzahl der Geberemulation einschließlich Auswertung der N-Spur sowie Topologie, Node-Vergabe und Wartungsweg des POWERLINK-Netzes.
Die Verdrahtung war geradlinig. Das Analogsignal wird auf den ±10-V-Eingang des BL4104-C aufgelegt, der Leitfrequenz-Ausgang [X1] mit A/B/N auf den Encoder-Eingang der B&R-Steuerung geführt, und die POWERLINK-Linie über die Ports RTE0 und RTE1 in das bestehende Netz integriert.
Für die Parametrierung hat sich folgende Reihenfolge bewährt: zuerst der Analog-Pfad mit Umrechnungsfaktor, Filter, automatischem Offsetabgleich und einer möglichst klein gewählten, aber wirksamen „Sicheren Null“. Anschließend die Geberemulation mit Strichzahl und N-Spur. Im letzten Schritt POWERLINK mit Aktivierung, Node-ID und Integration in Automation Studio über XDD und DS402.
Der abschließende Testplan deckte die kritischen Punkte ab: stabiler Stillstand bei 0 V, korrekte Skalierung und Drehrichtung des Analog-Sollwerts, plausibles Zählverhalten der Geberemulation einschließlich N-Impuls sowie die Erreichbarkeit des Reglers im Wartungsmodus über beide POWERLINK-Pfade.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Retrofit-Konzepts ist die schrittweise Migration. Der neue Servoregler kann zunächst über die vorhandene analoge Sollwertvorgabe betrieben werden. Diagnose, Parametrierung und Parametersatzverwaltung lassen sich anschließend über POWERLINK ergänzen. In einer weiteren Ausbaustufe kann schließlich auch die Sollwertvorgabe auf POWERLINK umgestellt werden. Dadurch muss die bestehende Maschinensteuerung nicht gleichzeitig mit dem Servoregler vollständig modernisiert werden.
Ergebnis: Servoregler-Retrofit erfolgreich umgesetzt und heute im Serieneinsatz
Die Steuerungslogik blieb beim ursprünglichen Retrofit vollständig erhalten. Die B&R-Programmierung konnte zunächst weiterhin mit Analog-Sollwert und Geber-Rückführung arbeiten, Anpassungen in Automation Studio waren für den Reglertausch nicht erforderlich. Die Lösung wurde erfolgreich in die Maschine integriert und befindet sich inzwischen im regulären Serieneinsatz. Die Kombination aus Offsetabgleich und „Sicherer Null“ stabilisierte den Nullbereich, der mit dem ursprünglichen Regler nicht in jedem Betriebszustand zuverlässig war. POWERLINK übernimmt heute drei Aufgaben über ein einziges Netzwerk: zyklische Sollwertvorgabe, Verwaltung der Parametersätze sowie Wartungs- und Diagnosezugriff. Mit dem BL4104-C steht zudem ein aktuelles Serienprodukt im Schaltschrank, das mittelfristig die Ersatzteilfrage für die Achse löst.
Häufige Fragen
Können Analog-Sollwert und POWERLINK gleichzeitig genutzt werden?
Ja. Beide Schnittstellen lassen sich parallel betreiben, etwa Analog für die Sollwertvorgabe und POWERLINK für Diagnose, Parametrierung und Wartung. Zu beachten ist, dass bei aktivem POWERLINK der reguläre Ethernet-Port ETH [X18] deaktiviert ist. Der Wartungszugang erfolgt in diesem Fall über den NRT-Kanal mit der PLC als Gateway oder im Basic Ethernet Mode.
Warum ist die Funktion „Sichere Null“ bei Analog-Sollwerten relevant?
Eine reale Analogleitung führt selten exakt 0 V, auch wenn die Steuerung 0 V vorgibt. Offsets aus der vorgelagerten Elektronik und Rauschen auf der Leitung erzeugen einen kleinen Restsollwert, der ein Kriechen der Achse verursachen kann. Die „Sichere Null“ definiert eine symmetrische Spannungsschwelle, unterhalb derer der Eingang als Null gewertet wird. Damit steht die Achse bei nominaler Nullvorgabe zuverlässig still.
Worauf ist bei der Geberemulation zu achten?
Klemme [X1] muss als Leitfrequenz-Ausgang konfiguriert und die Strichzahl auf die Auswertelogik der Steuerung abgestimmt sein. Wichtig ist, dass die SPS-seitige Auswertung einen echten Inkrementalgeber-Eingang verwendet, da die Spursignale als Puls-Pakete auftreten können. Verfahren auf Basis von Torzeitmessungen sind dafür nicht geeignet.
Ist der ESR Pollmeier TrioDrive D/AS noch verfügbar?
Die ursprüngliche TrioDrive-D-Baureihe wird laut ESR Pollmeier nicht mehr für Neuprojekte vermarktet, sondern als Ersatz für Bestandsanlagen weitergeführt; als aktueller Nachfolger ist die TrioDrive D/xS-Reihe gelistet. Bei einer ohnehin anstehenden Modernisierung ist ein Retrofit auf einen Regler aktueller Generation wie den BL4104-C eine sinnvolle Alternative – insbesondere wenn parallel die Diagnose-, Parametrier- und Bus-Funktionen erweitert werden sollen.
Muss beim Austausch eines alten Servoreglers immer die SPS angepasst werden?
Nein. Wenn der neue Regler die vorhandenen Schnittstellen wie ±10-V-Sollwertvorgabe und Geberemulation unterstützt, kann ein Austausch je nach Maschine auch ohne Änderungen an der bestehenden SPS-Programmierung erfolgen.
Kann ein Servoregler-Retrofit schrittweise durchgeführt werden?
Ja. In diesem Projekt blieb zunächst die analoge Sollwertvorgabe bestehen. POWERLINK wurde ergänzend für Parametrierung und Wartung genutzt und später auch für die Sollwertvorgabe eingesetzt. Dadurch lässt sich eine Bestandsmaschine schrittweise modernisieren.
Müssen Sie einen älteren oder abgekündigten Servoregler ersetzen?
Gerade bei Bestandsmaschinen muss ein Reglertausch nicht zwangsläufig eine komplette Modernisierung der Steuerung bedeuten. Wir prüfen, welche vorhandenen Schnittstellen weiterverwendet werden können und wie sich ein aktueller Servoregler mit möglichst geringem Änderungsaufwand in Ihre Maschine integrieren lässt – von Analog-Sollwert und Geberemulation bis zur späteren Feldbusintegration.
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