DC S-DIAS Achsmodul

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1 DC S-DIAS Achsmodul Erstellungsdatum: Versionsdatum: Artikelnummer: D

2 Herausgeber: SIGMATEK GmbH & Co KG A-5112 Lamprechtshausen Tel.: +43/6274/4321 Fax: +43/6274/ Copyright 2016 SIGMATEK GmbH & Co KG Originalsprache Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form (Druck, Fotokopie, Mikrofilm oder in einem anderen Verfahren) ohne ausdrückliche Genehmigung reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Inhaltliche Änderungen behalten wir uns ohne Ankündigung vor. Die SIGMATEK GmbH & Co KG haftet nicht für technische oder drucktechnische Fehler in diesem Handbuch und übernimmt keine Haftung für Schäden, die auf die Nutzung dieses Handbuches zurückzuführen sind.

3 S-DIAS ACHSMODUL DC S-DIAS Achsmodul DC mit 1 Motorendstufe 1 Resolvereingang 1 Haltebremse Das S-DIAS Achsmodul DC dient zur Ansteuerung eines Synchron Servomotors mit 48 Volt Versorgungsspannung und einem Phasenstrom bis zu 6 A. Zur Positionsrückmeldung ist ein Resolvereingang vorhanden. Ein 24 Volt Ausgang für den Anschluss einer Haltebremse ist vorgesehen. Ein externer Bremswiderstand kann angeschlossen werden Seite 1

4 DC S-DIAS ACHSMODUL Inhaltsverzeichnis 1 Technische Daten Spezifikation Motortreiber Spezifikation Resolver Spezifikation Enable Eingänge Spezifikation Haltebremse Spezifikation Bremswiderstand Elektrische Anforderungen Sonstiges Umgebungsbedingungen Mechanische Abmessungen Anschlussbelegung Baumüller Anschlussbelegung Kollmorgen Status LEDs Zu verwendende Steckverbinder Beschriftungsfeld Verdrahtung Anschlussbeispiel Verdrahtung AKM-Motoren Motorüberlastschutz...17 Seite

5 S-DIAS ACHSMODUL DC Safety Normen zur Funktionalen Sicherheit Sicherheitsrelevante Kenngrößen Zusätzliche Sicherheitshinweise STO Funktionsweise Funktionsprüfung Anschlussbeispiele Performance Level e, Kategorie 4 bzw. SIL 3 Safety SPS Performance Level e, Kategorie 3 & SIL 3 Safety SPS Performance Level e, Kategorie 4 bzw. SIL 3 Konventionell Performance Level d, Kategorie 2 bzw. SIL 2 Konventionell Montage Seite 3

6 DC S-DIAS ACHSMODUL 1 Technische Daten 1.1 Spezifikation Motortreiber Typ Betriebsspannung Maximaler Dauerstrom Maximaler Spitzenstrom (10 sec) Reglerfrequenz Überlastschutz Brushless DC, 4 Quadrantenregler mit Positionsvorgabe V 6 A 15 A 16 khz Kurzschlussabschaltung Temperaturüberwachung I2T Überwachung Über-und Unterspannungsüberwachung 1.2 Spezifikation Resolver Typ Auflösung Ausgangsspannung (EXC) Maximaler Ausgangsstrom (EXC) Ausgangsfrequenz Eingangsspannung Resolver 12 Bit typisch 7 Vrms 200 ma 4 khz typisch 3,5 Vrms Übertragungsverhältnis Resolver 0,5 1.3 Spezifikation Enable Eingänge Anzahl 2 Eingangsspannung Eingangsspannungsbereich 24 V V Signalpegel low: < 5 V high: > 15 V Schaltschwelle Eingangsstrom Eingangsverzögerung typisch 11 V 3 ma bei 24 V typisch 0,5 ms Seite

7 S-DIAS ACHSMODUL DC Spezifikation Haltebremse Ausgangsspannung Maximaler Dauerstrom Kurzschlussfestigkeit 24 V 500 ma ja 1.5 Spezifikation Bremswiderstand Typ Ausgang externer Leistungswiderstand GND-schaltend Maximaler Strom 10 A (1) Kleinster möglicher Widerstand 6 Ω (2) Kurzschlussfestigkeit Schaltschwelle Bremswiderstand ein/aus ja 60 V/55 V (1) Der Bremswiderstand ist unter Bedachtnahme auf die Anwendung zu dimensionieren. In den meisten Anwendungen ist ein 10 Ω/50 W Widerstand ausreichend. Werden mehrere DC an einer Zwischenkreisversorgung betrieben, so ist es möglich nur ein Modul mit einem Bremswiderstand auszurüsten. Empfohlener Bremswiderstand ist bei SIGMATEK unter der Artikelnummer Z1 erhältlich. (2) Der Widerstand muss hinsichtlich seiner maximalen Verlustleistung entsprechend der in der Anwendung auftretenden Bremsleistung dimensioniert werden. Die zulässige kurzzeitig auftretende Leistung muss jedoch mindestens P=U 2 /R, d.h /R, betragen. 1.6 Elektrische Anforderungen Versorgungsspannung +24 V V, Class 2 Stromaufnahme Versorgungsspannung +24 V Versorgungsspannung Motor lastabhängig (Haltebremse) V (2) Schaltschwellen für Motorspannungsüberwachung minimal 18 V maximal 65 V Stromaufnahme Versorgungsspannung Motor Versorgung vom S-DIAS-Bus lastabhängig (Motor) +24 V Stromaufnahme am S-DIAS-Bus (+24 V-Versorgung) typisch 70 ma maximal 80 ma Seite 5

8 DC S-DIAS ACHSMODUL (2) Die Motorversorgung ist mit einer der Anwendung entsprechenden Zwischenkreiskapazität zu beschalten (mindestens 2000 µf/100 V). Für USA und Kanada: Die Versorgung muss limitiert sein auf: a) max. 5 A bei Spannungen von 0-20 V DC, oder b) 100 W bei Spannungen von V DC Das limitierende Bauteil (z.b. Trafo, Netzteil oder Sicherung) muss von einem NRTL (National Recognized Testing Laboratory, z.b. UL) zertifiziert sein. Bremsen eines Servomotors Beim Abbremsen eines Servomotors kann es zu einem generatorischen Betrieb kommen bei dem die kinetische Energie des Motors in elektrische umgewandelt wird. Die Energie des Motors wird dabei in die Versorgung der Servomotorendstufe zurückgespeist, wodurch es zum Anstieg der Versorgungsspannung kommt. Es ist darauf zu achten, dass eine Rückspeisespannung am Motorversorgungsanschluss von 65 V nicht überschritten wird. Dafür ist eventuell eine externe Kapazität an der Motorversorgung notwendig. Falls die Kondensatoren des Netzteils nicht ausreichend sind, ist die Verwendung eines Ballastwiderstandes erforderlich der an die Servomotorendstufe angeschlossen werden kann, welcher die überschüssige Energie in Wärme umwandelt. Bei der Auswahl des Netzteils ist darauf zu achten, dass dieses entsprechend rückspeisefest bis zur maximal auftretenden Rückspeisespannung ist. Nur 75 C Leitungen verwenden! Es ist keine Motorthermostatauswertung im Drive vorhanden. Beim fehlerhaften Einstellen von Parametern oder bei falscher Verdrahtung kann es zu einer Zerstörung des Motors kommen. Besonders muss auf die Motorströme und die I 2 T-Einstellungen (A-I2TT, A-I2TERR) geachtet werden. Es dürfen nur Motoren in Stern-Schaltung verwendet werden. Seite

9 S-DIAS ACHSMODUL DC Seite 7

10 DC S-DIAS ACHSMODUL 1.7 Sonstiges Artikelnummer Hardwareversion 1.x Normung Approbationen UL 508C (E336350) UL, cul, CE 1.8 Umgebungsbedingungen Lagertemperatur C Umgebungstemperatur C Luftfeuchtigkeit 0-95 %, nicht kondensierend Betriebsbedingungen Verschmutzungsgrad 2 nur im Innenbereich Höhe bis zu 2000 m EMV-Störfestigkeit EMV-Störaussendung nach EN (Industriebereich) nach EN (Industriebereich) Schwingungsfestigkeit EN ,5 mm von 5-8,4 Hz 1 g von 8,4-150 Hz 5 g von Hz Schockfestigkeit EN g Schutzart EN IP20 Seite

11 S-DIAS ACHSMODUL DC Mechanische Abmessungen Seite 9

12 DC S-DIAS ACHSMODUL 3 Anschlussbelegung 3.1 Baumüller *Die beiden Haltebremsenausgänge (BR) sind intern parallel geschaltet. Die Haltebremse kann somit wahlweise an X3 (Pin 7-Pin 8) oder an X4 (Pin 3-GND) verdrahtet werden. Bei der Belegung ergibt sich ein M-ROFF von 270. Seite

13 S-DIAS ACHSMODUL DC Anschlussbelegung Kollmorgen * Die beiden Haltebremsenausgänge (BR) sind intern parallel geschaltet. Die Haltebremse kann somit wahlweise an X3 (Pin 7-Pin 8) oder an X4 (Pin 3-GND) verdrahtet werden Seite 11

14 DC S-DIAS ACHSMODUL 3.3 Status LEDs Modul Status grün EIN Modul aktiv AUS BLINKT (5 Hz) Keine Versorgung vorhanden Keine Kommunikation User gelb EIN Von Applikation einstellbar AUS BLINKT (2 Hz) BLINKT (4 Hz) (z.b. kann die LED des Moduls über die Visualisierung blinkend eingestellt werden um die Modulfindung im Schaltschrank zu erleichtern) Motor Error rot BLINKT Fehler Motorendstufe AUS Normaler Betrieb Motor DC OK grün AUS Keine Motorversorgungsspannung BLINKT EIN Motor versorgt, aber nicht aktiv Motor versorgt und aktiv Enable 1 grün EIN Enable 1 high AUS Enable 1 low Enable 2 grün EIN Enable 2 high AUS Enable 2 low Haltebremse gelb EIN Ausgang aktiv (Bremse gelöst) AUS Ausgang nicht aktiv DC Ok grün EIN 24 V-Versorgung OK AUS BLINKT 24 V-Versorgung fehlt oder Spannung zu niedrig 24 V-Versorgungsspannung zu hoch Seite

15 S-DIAS ACHSMODUL DC Zu verwendende Steckverbinder X1, X2: Weidmüller Buchsenstecker mit Federzugklemme (im Lieferumfang enthalten) X3, X4: Phoenix Steckverbinder mit Federzugklemme (im Lieferumfang enthalten) Die Federzugklemmen sind für den Anschluss von ultraschallverdichteten (ultraschallverschweißten) Litzen geeignet. Anschlussvermögen Weidmüller Steckverbinder: Abisolierlänge/Hülsenlänge: Steckrichtung: 9 mm Leiterquerschnitt starr: H05(07) V-U 0,14-1,5 mm 2 Leiterquerschnitt flexibel: H05(07) V-K 0,14-1,5 mm 2 Leiterquerschnitt Litzen ultraschallverdichtet: 0,14-1,5 mm 2 Leiterquerschnitt AWG/kcmil: Leiterquerschnitt flexibel m. Aderendhülse ohne Kunststoffhülse (DIN ): Leiterquerschnitt flexibel m. Aderendhülse mit Kunststoffhülse (DIN ): parallel zur Leiterachse bzw. zur Leiterplatte 0,25-1,5 mm 2 0,25-1 mm 2 (Reduzierungsgrund d2 der Aderendhülse) Anschlussvermögen Phoenix Steckverbinder: Abisolierlänge/Hülsenlänge: Steckrichtung: 10 mm Leiterquerschnitt starr: 0,2-1,5 mm 2 Leiterquerschnitt flexibel: 0,2-1,5 mm 2 Leiterquerschnitt Litzen ultraschallverdichtet: 0,2-1,5 mm 2 Leiterquerschnitt AWG/kcmil: Leiterquerschnitt flexibel m. Aderendhülse ohne Kunststoffhülse: 0,25-1,5 mm 2 Leiterquerschnitt flexibel m. Aderendhülse mit Kunststoffhülse: parallel zur Leiterachse bzw. zur Leiterplatte 0,25-0,75 mm 2 (Reduzierungsgrund d2 der Aderendhülse) WICHTIG: Das S-DIAS Modul darf NICHT unter Spannung an- oder abgesteckt werden! Seite 13

16 DC S-DIAS ACHSMODUL 3.5 Beschriftungsfeld Hersteller Typ Weidmüller MF 10/5 CABUR MC NE WS Artikelnummer Weidmüller Kompatibler Drucker Typ Weidmüller Printjet Advanced 230V Artikelnummer Weidmüller Seite

17 S-DIAS ACHSMODUL DC Verdrahtung 4.1 Anschlussbeispiel Seite 15

18 DC S-DIAS ACHSMODUL 4.2 Verdrahtung AKM-Motoren mit SIGMATEK Resolver- und Motorkabel AKM Seite

19 S-DIAS ACHSMODUL DC Motorüberlastschutz Das Gerät hat keinen integrierten Motorüberlastschutz. Externer Überlastschutz muss gemäß National Electrical Code (NEC) und allen zusätzlichen entsprechenden lokalen Vorschriften ausgeführt werden. 6 Safety 6.1 Normen zur Funktionalen Sicherheit - EN SIL 3 or SILCL3 - EN ISO PL e/cat Sicherheitsrelevante Kenngrößen Parameter PFHd MTTFd Sicherheitsfunktion STO 1.50E-11 (1/Std) 8949 Jahre DC % Seite 17

20 DC S-DIAS ACHSMODUL 7 Zusätzliche Sicherheitshinweise Die Sicherheitsfunktion STO ist ein integraler Bestandteil des DC Es erfüllt alle notwendigen Bedingungen für einen sicheren Betrieb nach SIL 3 gemäß EN und nach PL e, Kat.4 gemäß EN ISO Sicherheitsmodule dürfen nur von Netzteilen betrieben werden, die den Anforderungen von PELV nach EN60204 entsprechen. Installation, Montage, Programmierung, Inbetriebnahme, Betrieb, Wartung und Außerbetriebstellung von Sicherheitsmodulen darf nur von geschultem Fachpersonal durchgeführt werden. Geschultes Fachpersonal in diesem Sinne sind Personen, die durch eine Ausbildung zur Fachkraft oder durch Unterweisung durch eine Fachkraft die Berechtigung erworben haben sicherheitsgerichtete Geräte, Systeme und Anlagen unter Beachtung der einschlägigen Richtlinien und Normen der Sicherheitstechnik zu bedienen und zu betreuen. Verwenden Sie das Sicherheitsmodul zu Ihrer und zur Sicherheit anderer Menschen nur bestimmungsgemäß. Zur bestimmungsgemäßen Verwendung gehört auch die EMV-gerechte Installation. Als nicht bestimmungsgemäß in diesem Sinne gilt jegliche an Sicherheitsmodulen vorgenommene Veränderung jedweder Art oder der Einsatz beschädigter Sicherheitsmodule der Einsatz der Sicherheitsmodule außerhalb des in dieser Bedienungsanleitung beschriebenen technischen Rahmens der Einsatz der Sicherheitsmodule außerhalb der in dieser Bedienungsanleitung beschriebenen technischen Daten (siehe Abschnitt Technische Daten in der jeweiligen Produktdokumentation). Beachten Sie ferner unbedingt die Warnhinweise in den anderen Abschnitten dieser Anleitung. Diese Hinweise sind optisch durch Symbole besonders hervorgehoben. Nur qualifiziertes Personal darf die Sichere Wiederanlaufsperre STO (Safe Torque off) installieren und parametrieren. Alle Steuerungseinrichtungen (Schalter, Relais, PLC, etc.) und der Schaltschrank müssen den Anforderungen von EN ISO entsprechen. Dies beinhaltet: Türschalter, etc. mit mindestens Schutzklasse IP54 Schaltschrank mit mindestens Schutzklasse IP54 Seite

21 S-DIAS ACHSMODUL DC Geeignete Kabel und Endhülsen sind zu benutzen. Alle Kabel, die die Sicherheit betreffen (z.b. Steuerkabel für die Eingänge ENABLE 1 und ENABLE 2) müssen außerhalb des Schaltschranks in einem Kabelkanal verlegt sein. Kurz- oder Querschlüsse in den Signalleitungen müssen vermieden werden! Siehe EN ISO Bei Verwendung der Sicherheitsfunktion SS1 (Safe Stop 1) ist die typische Abschaltverzögerung 0,5 Sekunden. Nachfolgende Aktionen, die die Sicherheitsfunktion STO (Safe Torque off) benötigen (z.b. händischer Zugriff in die Maschine), dürfen aber erst frühestens nach 1 Sekunde freigegeben werden. Sollten externe Kräfte auf die mit der Sicherheitsfunktion STO verwendeten Achsen einwirken (z.b. hängende Last), so müssen weitere Maßnahmen ergriffen werden (z.b. eine elektromagnetische Zweiflächen- Federdruckbremse, anstatt einer Permanentmagnetbremse). Nichtbeachtung dieser Vorsichtsmaßnahmen kann zu schweren Verletzungen führen. Die Hauptspannungsversorgung des Servoverstärkers muss in folgenden Fällen über den Hauptschalter abgeschaltet werden: Reinigungs-, Wartungs- oder Reparaturmaßnahmen Längerer Außerbetriebssetzung Nichtbeachtung dieser Vorsichtsmaßnahmen kann zu schweren Verletzungen führen. 7.1 STO Das DC unterstützt die Sicherheitsfunktionen STO (Safe Torque Off) und erfüllt die Anforderungen der Kategorie 4, Performance Level e nach EN ISO und SIL3 nach EN Zu diesem Zweck verfügt der Servoverstärker über zwei sichere Eingänge ENABLE 1 und ENABLE 2. Die Haltebremsansteuerung ist nicht Bestandteil der Sicherheitsfunktion. Ist eine sichere Abschaltung der Haltebremsen erforderlich, muss die Haltebremsversorgung +24 V-BR zusätzlich extern abgeschaltet werden. Als 24 V-Spannungsversorgung dürfen nur PELV/SELV-Netzteile verwendet werden Seite 19

22 DC S-DIAS ACHSMODUL 7.2 Funktionsweise Die Sicherheitsfunktionen am DC werden durch zwei sichere digitale Eingänge gesteuert. Die folgende Tabelle zeigt die Zustände, die die sicheren Eingänge ENABLE 1 und ENABLE 2 annehmen müssen um Normalbetrieb zu ermöglichen bzw. die Sicherheitsfunktion auszulösen. Zustand der Eingänge Beschreibung ENABLE 1 ENABLE 2 Offen Offen Sicherer Zustand des Offen Low Antriebssystems Low Low Low High Offen Low High Low High High Antriebssystem bereit Werden die Eingänge ENABLE 1 und ENABLE 2 von einem beliebigen Zustand in den Zustand Antrieb betriebsbereit gebracht, so ist der Servoverstärker nicht sofort freigeschaltet. Um das System in den Zustand Antriebssystem bereit zu bringen, muss ein Wechsel vom Low Low in den High High Zustand erfolgen. Grund dafür ist jener, dass bspw. verklebte Kontakte von Schaltmitteln erkannt werden. 7.3 Funktionsprüfung Die Funktionsprüfung der Sicherheitsfunktion ist notwendig um den korrekten Betrieb zu gewährleisten. Die gesamte Sicherheitsschaltung ist auf volle Funktionalität zu prüfen. Die Prüfung ist zu den folgenden Zeitpunkten durchzuführen: Nach der Installation In regelmäßigen Abständen, mindestens jedoch einmal jährlich Führt die Funktionsprüfung zu einem unzulässigen Zustand der Maschine, muss der Fehler gesucht und behoben werden, bevor die Sicherheitsfunktion erneut getestet wird. Im Falle des erneuten Fehlers während der Funktionsprüfung, darf die Maschine nicht mehr in Betrieb genommen werden. Seite

23 S-DIAS ACHSMODUL DC Die Nichtbeachtung dieser Vorsichtsmaßnahmen kann zu schweren Verletzungen und Sachschäden führen. 8 Anschlussbeispiele Es handelt sich in den folgenden Unterpunkten um Verdrahtungsbeispiele. Es muss darauf geachtet werden, dass alle konstruktiven Maßnahmen etc. eingehalten und angewandt werden, um die Anforderungen der angewendeten Kategorie zu erfüllen. 8.1 Performance Level e, Kategorie 4 bzw. SIL 3 Safety SPS Zur Einhaltung der Kategorie 4, Performance Level e nach EN ISO und SIL 3 nach EN müssen zwei fehlersichere Ausgänge einer Sicherheits-SPS benutzt werden. Hierbei ist eine Querschlusserkennung zwischen den beiden Leitungen durch die Ausgangstests des STO 081 möglich Seite 21

24 DC S-DIAS ACHSMODUL Seite

25 8.2 Performance Level e, Kategorie 3 & SIL 3 Safety SPS S-DIAS ACHSMODUL DC Zur Einhaltung der Kategorie 3, Performance Level e nach EN ISO und SIL 3 nach EN muss ein fehlersicherer Ausgang einer Sicherheits-SPS benutzt werden. Grund für die Kategorie 3 ist hier, dass keine Querschlusserkennung der beiden Leitungen möglich ist Seite 23

27 S-DIAS ACHSMODUL DC Performance Level e, Kategorie 4 bzw. SIL 3 Konventionell Zur Einhaltung der Kategorie 4, Performance Level e nach EN ISO und SIL 3 nach EN muss die Verlegung der Leitung lt. EN ISO , Tabelle D.4 eingehalten werden (getrennte Verlegung, Fehlerausschlüssen von Kurzschlüssen zwischen Leitern), da hier keine Querschlusserkennung möglich ist Seite 25

29 S-DIAS ACHSMODUL DC Performance Level d, Kategorie 2 bzw. SIL 2 Konventionell Hierbei handelt es sich um eine 1-kanalige Verdrahtung, wobei die Enable Eingänge eigens getestet werden. Hier ist keine Querschlusserkennung möglich Seite 27

31 S-DIAS ACHSMODUL DC Montage Die S-DIAS Module sind für den Einbau im Schaltschrank vorgesehen. Zur Befestigung der Module ist eine Hutschiene erforderlich. Diese Hutschiene muss eine leitfähige Verbindung zur Schaltschrankrückwand herstellen. Die einzelnen S-DIAS Module werden aneinandergereiht in die Hutschiene eingehängt und durch Schließen der Rasthaken fixiert. Es ist nur die waagrechte Einbaulage (Modulbezeichnung oben) mit ausreichend Abstand der Lüftungsschlitze des S-DIAS Modulblocks zu umgebenden Komponenten bzw. der Schaltschrankwand zulässig. Das ist erforderlich, um die optimale Kühlung und Luftzirkulation zu erreichen, sodass die Funktionalität bis zur maximalen Betriebstemperatur gewährleistet ist Seite 29

32 DC S-DIAS ACHSMODUL Empfohlene Minimalabstände der S-DIAS Module zu umgebenden Komponenten bzw. der Schaltschrankwand: a, b, c Abstände in mm (inch) Seite

33 S-DIAS ACHSMODUL DC Änderungen der Dokumentation Änderungsdatum Betroffene Seite(n) Kapitel Vermerk Elektrische Warnhinweis ergänzt Anforderungen Anschlussbeispiel Zeichnung getauscht Umgebungsbedingungen 3.4 Zu verwendende Steckverbindung 3.5 Beschriftungsfeld 9 Montage Verschmutzungsgrad Hülsenlänge hinzugefügt Informationen bzgl. ultraschallverschweißter Litzen ergänzt Kapitel ergänzt Grafik ersetzt Verdrahtung AKM- Motoren Elektrische Anforderungen Zu verwendende Steckverbinder Spezifikation Bremswiderstand Elektrische Anforderungen Kapitel hinzugefügt Hinweis Bremsen eines Servomotors hinzugefügt Anschlussvermögen Weidmüller hinzugefügt Kleinster möglicher Widerstandswert eingefügt Hinweise aktualisiert Seite 31