Steuerungslösungen für die Automatisierung

Multitalent oder Spezialist?

Automatisierungsplattformen mit mehreren integrierten Funktionalitäten liegen im Trend – SPS, Motion Control, CNC und zum Teil auch schon Robotik. Genügen diese Entwicklungen nur Standardanforderungen, oder verdrängen sie die maßgeschneiderte SPS mit Zusatzfunktion schon bald vom Markt?

IndraMotion MTX advanced von Bosch Rexroth ist eine neu entwickelte Leistungsvariante der CNC-Steuerungsfamilie.

Schnelle Produktwechsel, kurze Lieferfristen und der ständig steigende Kostendruck sind für Hersteller eine ungesunde Mischung. Mehr Flexibilität und Wirtschaftlichkeit sowie eine maximale Verfügbarkeit stehen daher ganz oben auf der Wunschliste der Betreiber. Wie aber sieht eine Lösung aus, die alle Anforderungen erfüllt – und das nicht nur heute sondern auch in naher Zukunft? Ein modularer Aufbau, das Programmieren nach IEC 61131-3 und ein breites Busangebot sind schon jetzt ein Standard, ohne den man nicht wettbewerbsfähig ist. Auch die so genannten Automatisierungsplattformen mit ihren unterschiedlichen Varianten sind nicht neu. Eine SPS mit Motion- und/oder CNC-Funktionen, eine integrierte Soft-CNC oder eine reine HighEnd Steuerung in Kombination mit einem Roboter-Modul. Mehr als zwei Prozessoreinheiten in Verbindung mit einer SPS waren bisher aber eher die Ausnahme. Das hat sich geändert. Immer mehr Steuerungsplattformen werden in der Automatisierung als Generalisten mit integrierter SPS-, Motion-, CNC- und zum Teil auch mit Roboterfunktionalität angeboten. Bleibt der Spezialist mit seiner maßgeschneiderten HighEnd-Version schon bald auf der Strecke, oder bewegen sich diese Komplettsysteme eher im Bereich der Standardanforderung?

Anzeige

Die jüngste Entwicklung auf dem Gebiet der Steuerungstechnik in Form einer breit aufgestellten Automatisierungsplattform kommt von Mitsubishi Electric. Das Unternehmen präsentiert auf der Hannover Messe mit seiner iQ Plattform ein neues, integriertes Konzept. Mitsubishi Electric ist es erstmals gelungen, zusätzlich eine CPU für die Steuerung von Robotern auf einer Plattform zu integrieren. Diese kann vier Mikroprozessormodule für verschiedene Steuerungsdisziplinen aufnehmen: SPS, Motion Control, CNC- und Robotersteuerung. Um einen schnellen Datenaustausch zu gewährleisten, erfolgt dieser über einen neu entwickelten Hochgeschwindigkeitsbus. Dabei greifen die CPUs auf einen gemeinsamen Speicher mit einer Kapazität von 14.000 Worten zu. Die Kommunikation über den bewährten Rückwandbus erfolgt synchron zu den Berechnungszyklen der Prozessoren mit einer Zykluszeit von nur 0.88 ms.

„Die Integration von vier CPUs in eine gemeinsame Hard- und Softwareumgebung bietet gegenüber separaten und über Netzwerk verbundenen Steuerungen verschiedener Hersteller erhebliche Vorteile“, so Stefan Knauf, Produktmanager bei Mitsubishi Electric. Eine Argumentation, die man nachvollziehen kann, denn eine einheitliche Technologie verkürzt Planung, Installation und letztendlich auch die Inbetriebnahme. Da der konventionelle Bus der „alten“ Steuerung Melsec Q weiterhin zur Verfügung steht, ist für den Anwender auch ein möglicher Ausbau der neuen iQ Plattform kein Problem. Denn das Portfolio umfasst circa 100 verschiedene E/A-, Sonder- und Netzwerkmodule und bietet damit die gewünschte Flexibilität. Ein weiterer Baustein ist ein Schnittstellenmodul für das schnelle Steuerungsnetzwerk CC-Link IE – der offene Industrial-Ethernet-Standard mit Gigabit-Technologie.

Ein wesentlicher Punkt für Stefan Knauf ist die Integration dieser iQ Plattform in das e-F@ctory-Konzept von Mitsubishi Electric. Hier steht der durchgängige Informationsfluss zwischen den Steuerungssystemen der Automationsebene und den Werkzeugen der Produktions- / Unternehmensplanung im Mittelpunkt. Zur Anbindung der Produktionsebene an ein übergeordnetes Manufacturing Execution System (MES) stehen jeweils ein Interface für die modulare Steuerung und eine Bediengeräteserie zur Verfügung. Beide Lösungen ersetzen klassische Gateway-Rechner und damit auch ihre aufwendige Programmierung.

Offene Schnittstellen

Dass eine einheitliche Technologie kombiniert mit einem schnellen Datenfluss die Voraussetzung für mehr Effizienz in Fertigungssystemen ist, zeigt sich auch bei der Generic Motion Control von B&R. Diese Steuerungslösung vereint Robotik, CNC, gekoppelte Achsbewegungen und die präzise Positionierung von Einzelachsen. „Entscheidend hierbei ist“, so Andreas Enzenbach, Leiter Communications and Marketing bei der B&R Industrie-Elektronik, „dass bei einer integrierten Lösung die einzelnen Teilkomponenten so nahtlos zusammenpassen, dass man sie kombinieren kann, ohne das Gesamtkonzept zu zerstören“.

Zentrale Einheit dieser Lösung ist eine Soft-CNC, die als Basis für präzise Positionieraufgaben dient. Sie ist in das Echtzeitbetriebssystem der SPS eingebettet. Dies ermöglicht CNC-Zykluszeiten von 400 μs und eine Bahngenauigkeit im Submikronbereich. Generierte Sollpositionen werden über Powerlink ohne Jitter an die entsprechenden Antriebe übertragen. Auch bei dieser Lösung können I/Os fast unbegrenzt eingebunden werden. Die Flexibilität dieser Architektur und der breite Funktionsumfang erlauben es darüber hinaus, eine Maschinenlinie sehr individuell anzupassen. Interessant ist, dass kein spezielles Modul für die Robotikfunktion existiert. Die kinematische Beschreibung von mechanischen Strukturen im System erfolgt über die Soft-CNC. Genutzt werden Transformationsfunktionen, die sowohl die Raumlage aus den Gelenkwinkeln des Roboters, als auch den umgekehrten Weg berechnen. Damit ist es möglich, auch 6-Achs-Knickarmroboter und Scara-Systeme anzusteuern. „Natürlich sind schnelle Abtastzeiten und eine Fließkommaverarbeitung die Voraussetzung für eine hohe Genauigkeit der CNC-Bahn“, ergänzt Andreas Enzenbach, „viel entscheidender ist aber doch, was die Algorithmen aus einem vorgegebenen Programm machen“.

Ein wichtiger Punkt ist auch die Notwendigkeit von offenen Schnittstellen, die eine CNC-Steuerung zur Verfügung stellt. Denn gerade sie sollen es ermöglichen, die Maschine optimal auf das Einsatzgebiet zu trimmen. Bei Generic Motion werden die Daten von den Applikationsprogrammen der SPS über eine entsprechende Schnittstelle ausgetauscht, wobei verschiedene Zugriffsfunktionen die Kontrolle des Programmablaufs in Echtzeit ermöglichen. Zum einen können Daten, wie Werkzeugradius oder sogar Endpunkte von Bahnstücken noch während des Programmlaufs geändert werden, zum anderen stehen bestimmte Daten bahnsynchron zur Verfügung.

Die Basis heißt Kompatibilität

Die Struktur der schnellen XFC-Steuerungslösung von Beckhoff ist etwas schlanker aufgebaut. Sie besteht aus einem IPC, schnellen I/O-Klemmen mit erweiterten Echtzeit-Eigenschaften, dem System EtherCAT und der Automatisierungssoftware TwinCAT. Aber auch diese Technologie umfasst alle an der Steuerung beteiligten Hard- und Softwarekomponenten. „Es mag für eine Automatisierungsplattform mit aktuellen Intel-Prozessoren und leistungsfähigem Feldbus ja kein Problem sein 100 Servoachsen oder mehr anzusteuern“, so Andreas Thome, Produktmanager PC-Control bei der Beckhoff Automation, „aber mit einer zusätzlichen komplexen Visualisierung kann man sicherlich nicht alle Achsen mit 1 ms Zykluszeit ablaufen lassen. In vielen Anwendungen kann es durchaus sinnvoller sein, die Gesamtheit der Aufgabe in kleinere Module mit eigenständigen Steuerungen zu unterteilen“.

Beckhoff erreicht mit seiner Lösung I/O-Response-Zeiten ≤ 100 μs. Und das, ohne auf eine zentrale Intelligenz und ihre leistungsfähigen Algorithmen verzichten zu müssen. Natürlich muss in einer praktischen Automatisierungslösung nicht alles extrem schnell und genau sein. So lassen sich viele Teilaufgaben weiter mit Standard-Anforderungen lösen. Die XFC-Technologie ist daher so konzipiert, dass sie kompatibel zu bestehenden Lösungen ist und gleichzeitig auf ein und derselben Hard- und Software genutzt werden kann. „Im Gegensatz zur Standardanforderung sind kurze Abtastzeiten im CNC-Bereich ein Muss“, sagt Andreas Thome. „Hier geht der Trend zu Zykluszeiten, die deutlich unterhalb einer Millisekunde liegen, also beispielsweise 250 μs. Dabei muss dem Anwender bewusst sein, dass die Fortschaltzeiten des SPS-Codes direkt in die Produktivität seiner CNC-Maschine eingehen“.

Interessant ist, dass sich auch messtechnische Aufgaben (präventive Wartung, Standzeit-Überwachung, Qualitätsdokumentation) bei dieser Lösung in die Maschinensteuerung integrieren. Zusätzliche Spezialgeräte sind nicht notwendig. Auf der Hannover Messe wird die neueste Entwicklung aus dem Bereich der EtherCAT-I/O-Klemmen vorgestellt: Die Integration der Messtechnik in die Standard Software-SPS mit einer Hochpräzisions-Analogtechnik.

„Ein wesentlicher Punkt im Bereich CNC“, so Norbert Sasse, Produktmanagement Motion Control bei Bosch Rexroth, „sind die Anforderungen hinsichtlich parallel zu verarbeitender NC-Kanäle und Zusatzfunktionen der NC-Technologien. Hinzu kommen die Bedienung und das Engineering“. Indra Motion MTX von Bosch Rexroth bietet eine skalierbare und leistungsfähige CNC-Systemlösung mit integrierter SPS für Werkzeugmaschinen. Die bisher dem Anwender zur Verfügung stehenden drei Varianten werden auf der Hannover Messe um eine Highend-Version ergänzt. Indra Motion MTX Advanced ist ein neues Mitglied in der Familie der CNC Steuerungen auf PC-Basis. Die neu entwickelte CPU-Einheit mit erhöhter Rechenleistung und mehr Speicher bildet zusammen mit den neuen Industrie-PCs von Rexroth ein leistungsstarkes, wirtschaftliches CNC-Paket. Es ist mit seinen kurzen SPS- und CNC-Zykluszeiten auf anspruchsvolle Anwendungen wie Multi-Achs-Bearbeitungszentren oder Rundtaktmaschinen ausgerichtet.

„Der Anwender kann heute erwarten“, so Norbert Sasse, „dass sich Systemlösungen softwareseitig flexibel an unterschiedliche Applikationen anpassen. Bei uns erfolgt dies beispielsweise über durchgängige Engineering-Tools wie Indra Works“. Auch bei Rexroth fällt die Forderung nach offenen Schnittstellen – hier ist es Sercos III – um die Skalierbarkeit und die einfache Integration in heterogene Architekturen sicherzustellen. Hervorgehoben wird auch die Kosten-Nutzen-Analyse als Dienstleistung, um etwa mit dem Sercos Leitachsverbund eine optimale Lösung zur Synchronisierung größerer Anlagen anbieten zu können.
Der Trend in der Fabrikautomation geht klar in Richtung integrierter Systemlösungen – wie breit sie auch immer aufgestellt sind. Dazu Norbert Sasse: „Aufgrund der steigenden Integration von Funktionen, wie beispielsweise Robotik und Safety, werden spezialisierte Steuerungen zunehmend Marktanteile verlieren“. Ähnlich argumentieren Andreas Enzenbach und Andreas Knaup, auch wenn es bei ihnen mehr in Richtung einer breit aufgestellten Automatisierungsplattform geht. Für sie ist klar, dass es wegen der stets wachsenden Rechenkapazitäten der Prozessoren bei zugleich fallenden Kosten immer einfacher wird, leistungsfähige Generalisten an Stelle einer „Speziallösung“ einzusetzen – und dass davon letztlich wohl keine Sparte verschont bleibt. Und für Andreas Thome bleiben für den Spezialisten nur Anwendungen, die unterhalb der derzeitigen Reaktionszeiten eines PCs mit modernen Feldbussen operieren: „Alles andere ist pure Software auf einem Mehrkern-PC mit EtherCAT als Feldbus“.

Dr. Peter Stipp / stipp@hoppenstedt.de

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige

Industrie 4.0

Einstieg erleichtern

Das Unternehmen Jetter stellte seine Software- und Automatisierungslösungen auf der SPS IPC Drives in Nürnberg vor, insbesondere seine Automatisierungsplattform. Das durchgängige Software-Konzept macht den Einstieg in Industrie 4.0 einfach.

mehr...

Automatisierungsplattform

Vollständige Kontrolle

Mit Sysmac (System for Machine Automation Control) präsentiert Omron auf der SPS/IPC/DRIVES 2011 eine neue Automatisierungsplattform, die die vollständige Steuerung von Maschinen mit nur einem Controller, einer Software und nur einem...

mehr...

Automationslösungen

Gut positioniert

im Industriemarkt sieht sich Siemens. Das Unternehmen setzt auf Innovationen mit nachhaltiger Wertsteigerung, um weltweite Wachstumschancen wahrzunehmen und weiterhin Marktanteile zu gewinnen. „Wir werden unsere Aktivitäten in schnell...

mehr...
Anzeige

Felss setzt auf Predictive Analytics mit X-INTEGRATE

Kunden des Maschinenbauers betreiben ihre Anlagen effizienter mit einer Lösung des IBM Premium-Partners und BI-Spezialisten. Klassische Prüfintervalle werden durch einen Scoring-Prozess mithilfe eines Vorhersagemodells auf Basis IBM SPSS ersetzt.

mehr...

Automatisierungsplattform

Vergebliche Forderung

der Anwender war bisher für ihre Maschinenautomatisierung die Integration von Bewegungs- und Bahnsteuerung, die Einbindung von Antrieben sowie die Bereitstellung von Funktionen wie Visualisierung, I/O Verarbeitung und Kommunikation.

mehr...
Anzeige

Smart Automation

Branchentreff an der Donau

In wenigen Wochen - vom 3. bis 5. Oktober 2007 - öffnet im Design Center in Linz die fünfte internationale Fachmesse Smart Automation Austria 2007. Neue Lösungen und Systeme aus den verschiedenen Bereichen der industriellen Automation stehen im...

mehr...
Anzeige

Highlight der Woche

Messgerät zur Überwachung der Ölfeuchte

Der EE360 von E+E Elektronik bestimmt den Feuchtegehalt von Industrie-Ölen und ermöglicht damit die vorausschauende Instandhaltung von Maschinen und Anlagen.

Zum Highlight der Woche...
Anzeige
Anzeige

Highlight der Woche

„Gravierende“ Vorteile mit Laser  

Der Laser e-SolarMark FL von Bluhm Systeme eignet sich für das Beschriften u.a. von Edelstahl oder Kunststoffe (ABS). Die Miele GmbH markiert mit diesem Laser Motorenteile.

Zum Highlight der Woche...

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem SCOPE Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite