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Antriebstechnik von Siemens und RockwellVom Hybridsystem zum doppelten Standard

Karl-Heinz Klumpe

Die KHS-Gruppe bietet die Antriebstechnik ihrer Verpackungsanlagen nun durchgängig in zwei verschiedenen Varianten an.

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SteuerungenAbläufe optimieren

Mit Antriebs- und Steuerungstechnik kann der Anwender die Umsetzung der mechanischen Funktionen seiner Maschinen maßgeblich beeinflussen. Abhängig von den Anforderungen ist zunächst die Antriebstechnik nach Klasse beziehungsweise Typ zu wählen. Dies reicht vom Servo- und Schrittmotor über Asynchron- und Linearmotoren bis hin zum integrierten Antrieb. Entsprechend den Forderungen an synchrone Bewegungen, Performance oder Genauigkeit müssen dann unter Berücksichtigung der Kosten die geeigneten Kommunikationsplattformen wie Feldbus, CANopen oder Sercos bestimmt werden.

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Antriebstechnik (AT): Abläufe optimieren

Angefangen von der einfachen Insellösung mit Einzelachs-Positionierung bis hin zu synchronen Mehrachssystemen in komplexen Produktionsprozessen lassen sich heute viele der unterschiedlichen Bewegungsaufgaben mit Motion Controllern realisieren. Sie ergänzen die rein mechanischen Bewegungselemente mit ausgefeilter Elektronik. Auswahl und Zusammenstellung der entsprechenden Hard- und Softwarekomponenten hängen natürlich vom Einsatzfall ab. Besonders die jeweilige Netzwerktechnologie, also Kommunikations- beziehungsweise Bussysteme, bestimmen die Leistungsfähigkeit – und natürlich auch die Kosten. Auf der anderen Seite heißt dies aber nicht, dass alle Antriebe immer hochsynchron oder mit kürzester Reaktionszeit arbeiten müssen. Der wesentliche Punkt ist, dass sowohl die Standard Motion Controller als auch die kundenspezifischen Lösungen von Berger Lahr in den jeweiligen Anforderungen sehr effizient arbeiten.

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Umsetzen der Bewegungsfunktionalität

Für einfache Bewegungsabläufe, in denen koordinierte beziehungsweise eigenständige Bewegungen verlangt werden, also von Pick & Place über die Montage bis hin zur Formatverstellung, ist der Smart Motion Controller (SMC) mit integrierter Soft-SPS erste Wahl. Als autarkes Prozessmodul (CANopen Master) kann die Steuerung bis zu 32 Antriebe koordinieren oder Slave-Geräte wie E/A-Baugruppen ansteuern. Aufgrund der kompakten Bauform benötigt sie im Schaltschrank nur wenig Platz und stellt gleichzeitig eine besonders kostengünstige Lösung dar. Zur Umsetzung der Bewegungsfunktionalität stehen für alle Berger Lahr Antriebe PLCopen Bausteine zu Verfügung. Der Anwender hat bei der Programmierung immer das gleiche „Look and Feel“, unabhängig davon, welche Steuerung er von Berger Lahr einsetzt. Diese beinhalten Referenzfahrt, Manuell-, Geschwindigkeits- und Punkt-zu-Punkt-Betrieb. Außerdem ist die integrierte SPS- und Bewegungsfunktionalität mit dem Programmiertool Codesys gemäß IEC 6-1131-3 frei programmierbar – ein Tool, das nicht nur bewährt, sondern auch weit verbreitet ist. Die Bus-Konfiguration der CANopen-Teilnehmer erfolgt durch Verwendung von EDS-Dateien.

Darüber hinaus verfügen die Twin Line Cell Controller (TLCC) über einen Ethernet-Anschluss und einen HTML Server. Sie sind für die Steuerung komplexer Maschinen konzipiert und ermöglichen die Anbindung an ein Firmennetzwerk. Die Kommunikation mit übergeordneten Hosts erfolgt dabei über Ethernet TCP/IP beziehungsweise Profibus DP. Der Daten­austausch kann über einen OPC-Server erfolgen. In ihrer PLCopen-Bausteinbibliothek finden Anwender zusätzlich Funktionalitäten vom elektronischen Getriebe bis zur koordinierten Bewegung mehrerer Achsen. Die CANopen-Schnittstellen erlauben eine Kommunikation mit bis zu 126 Antrieben oder Slave-Geräten. Diese Geräte werden weltweit in Produk­tionsprozessen eingesetzt, wo sie koordinierte Bewegungen ermöglichen und die konventionelle SPS ersetzen.

Auf der Basis dieses Controllers wurde eine anwendungsspezifische Lösung entwickelt, die fünf unabhängige ­CANopen-Master beinhaltet. Hiermit lassen sich auch Anlagen mit vielen Aktuatoren und Sensoren effizient realisieren. Dabei sind mehrere voneinander unabhängige Maschinenmodule ebenso denkbar wie große Module mit vielen Slaves. Ein Beispiel sind Flexodruck-Maschinen, in denen 50 und mehr Achsen unabhängig voneinander positioniert werden. Die Berechnung aller Achsen ist hier in weniger als 1,6 Millisekunden abgeschlossen. Da die Reaktionszeiten der Motoren aus der Mechanik und der darauf abgestimmten Controllerleistung resultieren, ist in diesem Fall ein schnellerer Feldbus wie Sercos oder Real-Time-Ethernet nicht erforderlich.

Mehrachs-Motion Controller

Wenn es um die Kommunikationsgeschwindigkeit zwischen Steuerung und Antrieb geht, sind Mehrachs-Motion Controller die richtige Lösung. Sie bieten dem Anwender über die CANopen- und Profibus-Schnittstellen hinaus eine Möglichkeit Antriebe synchron anzusteuern. Um diese Anforderung effektiv umsetzen zu können, verfügt der TLM2 über vier Puls/Richtung-Schnittstellen, mit denen zweimal zwei Achsen hochsynchron zueinander bewegt werden können. In einer Vielzahl von Anwendungen ist für das Bahnfahren die Interpolation von zwei Achsen ausreichend, beispielsweise in Achsportalen oder XY-Tischen. Ein typisches Beispiel einer solchen TLM2-Anwendung ist das Auftragen einer Klebstoffspur in einer programmierten CNC-Bahn mittels Roboter. Zu jeder Bauteilvariante erhält die TLM2-Steuerung des Roboters von einer übergeordneten SPS die jeweiligen Bahndaten. Eine leistungsfähige Variante dieses Controllers ist die TLM3-Version, die über eine Sercos-Schnittstelle und Lichtwellenleiter bis zu acht Sercos-Antriebe zeitsynchron ansteuern kann. Beide Controller verfügen außerdem über die Codesys SoftMotion Funktionalität. Dies ermöglicht auch Bahnfahren mit 21/2-D-Interpolation und beinhaltet Mehrachs-Bewegungsfunktionen für Kurvenscheibe, Nockenschaltwerk oder den winkelsynchronen Lauf. Hinzu kommen Spline-, Parabel-, Kreis- oder Linear-Intepolation.

Hochdynamische Prozesse verlangen oftmals aber auch nach so genannten Komplettlösungen. Ein typisches Beispiel ist die vollautomatische Bürstenstopfmaschine. Während die Peripherie im Verarbeitungszentrum über CANopen angesteuert wird, müssen die Bewegungen im Kernprozess synchronisiert ablaufen. Von der Zufuhr der Bürstenkörper über deren Positionierung zum Bohren und Stopfen bis hin zum Abtransport ist die Interpolation von acht Achsen erforderlich – immerhin müssen in einen Bürstengrundkörper bis zu 800 Löcher in der Minute gleichzeitig gebohrt und gestopft werden.

Alle genannten Controllervarianten wurden so konzipiert, dass sie für jede mechanische Funktion die geforderten Anforderungsprofile erfüllen – nicht mehr und nicht weniger. Diese reichen von der einfachen Punkt-zu-Punkt-Positionierung bis hin zu komplexen synchronisierten Bewegungsabläufen. Ralf Jäger/st

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