Frequentieregelaars zijn al zo’n halve eeuw op de markt, maar het aantal toepassingen breidt zich nog steeds uit. Energiebesparing is door de hoge energieprijzen een belangrijke drijfveer om deze regelaars toe te passen. Ook functionaliteit is een argument voor de integratie in machines en installaties. Products4Engineers vertrok naar Eindhoven en vroeg daar Yaskawa Benelux naar de laatste trends.

Yaskawa is het meest bekend als fabrikant van robots. Het bedrijf produceert echter ook frequentie- en servoregelaars, servomotoren en elektromotoren voor grote aandrijvingen. Deze zijn ondergebracht in de business unit Drives Motion Control en zijn goed voor ongeveer 48 procent van de totale wereldomzet. In Europa is het marktaandeel bescheiden, mede door de aanwezigheid van grote Europese spelers. Robbert Heijmans is Key Account Manager in de Benelux. “Wij streven uiteraard naar een groter marktaandeel, maar een echt disruptieve verschuiving zie ik niet. Wel zie ik aan de randen van Europa en in het Midden-Oosten dat Chinese producenten proberen voet aan de grond te krijgen. Wij willen vooral rondom de frequentieregelaar terrein winnen met technische ondersteuning en extra functionaliteit in de regelaar. Verder kunnen wij een totaalpakket bieden met onder meer robotica.”

Algemeen en specifiek

In de loop der jaren is het aanbod sterk toegenomen. Sommige regelaars zijn universeel inzetbaar, andere zijn specifiek toegesneden op bepaalde applicaties. Heijmans noemt als voorbeeld de D1000 serie frequentieregelaars. Deze kan de tussenkringen van de servoversterkers van de robotmotoren maar ook van externe frequentie-gestuurde assen bundelen. De energie die bij de ene motor wordt geregenereerd is te gebruiken voor aandrijving van andere motoren. Je zou de D1000 een intelligente DC-bus kunnen noemen.

Een andere serie regelaars, de U1000, kan regeneratief naar het net terugvoeden zonder aanvullende hardware. Dit is gebaseerd op de matrix-technologie. Heijmans: “Een conventionele regelaar heeft een gelijkrichtbrug, een tussenkring en een eindtrap. Een matrix-inverter heeft achttien digitale poorten naar de vermogenselektronica, die bi-directioneel worden gebruikt. Dat resulteert in een efficiënte energieconversie in de regelaar zelf en in een goede netkwaliteit bij zowel aandrijvend als regeneratief bedrijf. Deze regelaar is interessant voor energiebesparing en voor omgevingen waar hogere harmonischen ongewenst zijn, zoals laboratoria, ziekenhuizen en datacenters.”

‘General purpose’ regelaars

Yaskawa heeft ook ‘general purpose’ frequentieregelaars tot 600 kW in het programma. Het merk levert regelaars die tot 2000 Hz kunnen uitsturen en ‘cold plate’ versies met platte achterkant voor aansluiting van waterkoeling. Noemenswaardig zijn ook speciale regelaars voor kraanaandrijvingen. Voor een klant in deze toepassing is onlangs een regelaar uit de CR700 serie geleverd, waarbij vier kranen in tandembedrijf werken. Hiermee is zonder bovenliggende controller de synchronisatie van vier takelassen met verschillende belastingen te realiseren.

Energie en functionaliteit

Hoe hoger de energieprijs is, des te groter de behoefte vanuit eindgebruikers naar zuiniger machines. Machinebouwers besteden dus meer aandacht aan het energieverbruik van hun machines. Tegelijkertijd is in de loop der jaren de investering in een regelaar door ontwikkelingen in de vermogenselektronica lager geworden. Het kantelpunt om wel of niet een frequentieregelaar toe te passen voor energiebesparing wordt steeds lager.

Een frequentieregelaar wordt ook wel als softstarter gebruikt om piekstromen en mechanische slijtage te beperken. Heijmans ziet dat klanten echter vooral andere functionaliteiten van de regelaar gebruiken om het maximale uit hun motor en dus applicatie te halen. In de loop der jaren is de rol van software in een frequentieregelaar steeds groter geworden. Het begon met eenvoudige I/O-aansturing en datacommunicatie via een veldbus. Al snel werden daar temperatuurmeting en PID-regelkringen aan toegevoegd. En de functionaliteit neemt alleen maar toe, weet Heijmans. Ontwikkelingen zitten volgens hem tegenwoordig vooral in de software. “In de soft-PLC in onze regelaars kunnen geavanceerde regelkringen draaien. Dat vraagt veel van het motorregelalgoritme van de regelaar. De intelligentie die er in zit, stuurt continu de regelkring bij om het optimale uit de aandrijving te halen. De vermogenselektronica wordt ook steeds beter. Het gaat daarbij vooral om de (kunstmatige) intelligentie eromheen. Hier speelt vooral de rekensnelheid om die algoritmes te draaien een rol.”

Slimme regelalgoritmes

Zien we al kunstmatige intelligentie in frequentieregelaars? Heijmans: “Het is afhankelijk van wat je intelligentie noemt. In de frequentie- en servoregelaars van Yaskawa zitten slimme regelalgoritmes; sommigen noemen dat AI. In onze robots optimaliseren de regelaars de parameters en de conditie van de servo-aandrijvingen, zonder tussenkomst van de mens. Je kunt kunstmatige intelligentie ook op applicatieniveau toepassen, bijvoorbeeld voor kraanaandrijvingen. We hebben in dit segment in de loop der jaren de nodige kennis opgebouwd.”

Integratie

In de industriële automatisering neemt de behoefte aan integratie van alle componenten toe. Heijmans: “Een engineer wil zo min mogelijk tijd besteden aan het aan elkaar koppelen van verschillende soorten hardware. Dan kom je bijna automatisch uit bij gestandaardiseerde buscommunicatie. Wij hanteren het multiprotocol-principe: onze frequentieregelaars kunnen met één communicatiekaart via de meest voorkomende bussystemen praten. In de praktijk is er bijna altijd een connectie met een netwerk via internet, telefoon en modem of bussysteem. Je wilt ook afgelegen pompstations op afstand kunnen instellen en bewaken. Bij elke Yaskawa regelaar kan een klant logische functies, die hij normaal in een kleine PLC zou stoppen, direct in de regelaar onderbrengen. Wij noemen dat DriveWorksEasy. Je kunt zo’n regelaar lokaal, met of zonder enige communicatie met andere apparatuur, programmeren en inregelen. Maar de echt losse regelaar komt bijna niet meer voor.”

Yaskawa biedt een kosteloze cloudomgeving aan waar klanten hun regelaar kunnen aanmelden. Ze kunnen hun parameters uploaden en waar ook ter wereld weer downloaden voor analyse, of voor het uitwisselen van een regelaar zonder op een PC opnieuw parameters te moeten invoeren. Om de projectrisico’s te verminderen en de integratietijd te verlagen, willen machinebouwers het zo gemakkelijk mogelijk hebben om regelaars toe te passen en te integreren. Dat scheelt werkuren voor de (steeds schaarser wordende) engineer.

Bij de hoofdafbeelding: Voor zware kranen zijn speciale regelaars leverbaar waarbij vier kranen in tandembedrijf werken.