Publikation: März 2008

Maschinen automatisieren ohne SPS

Die Automatisierung von Maschinen ist ein anspruchsvolles Geschäft. Maschinen sollen leistungsfähiger und gleichzeitig möglichst immer kompakter werden. Außerdem muss der Preis attraktiv und wettbewerbsfähig sein, damit sich die Investition rechnet. Diese Anforderungen wirken sich auch auf die Automatisierung aus. Benötigt wird ein Konzept, dass Leistung auf kleinstem Raum bei möglichst geringen Kosten liefert. Einen interessanten Ansatz liefert der Einsatz des Lexium Motion Controllers von Schneider Electric, der diese Palette von Anforderungen erfüllt. Bei Maschinen-Applikationen bildet das Thema Motion und Antriebstechnik den Kern einer Anwendung - schließlich steht sie in den meisten Fällen für Leistung und Dynamik der Maschine und entscheidet damit oft über die Realisierbarkeit eines Projekts. Es ist also nahe liegend, auch auf der Steuerungsseite das Thema Motion in den Mittelpunkt zu rücken. Ein kompakter, schneller Motion Controller, ausgerüstet mit den richtigen Kommunikationsschnittstellen, einer Projektierungsplattform für alle Anwendungsfälle und einer komfortablen Bausteinbibliothek, lässt kaum Wünsche offen. Kombiniert mit einer breiten Palette von Servoantrieben, Frequenzumrichtern und fertigen Standard-Architekturen für fast alle Anwendungen wird daraus ein Lösungspaket, das auf die Bedürfnisse des Maschinenbauers zugeschnitten ist.

Ein kompakter Controller, der im Schaltschrank wenig Platz benötigt, und die notwendigen integrierten Schnittstellen für die konsequente Dezentralisierung von Applikationen mit-bringt, bietet sich für die problemlose Automatisierungklei-ner, kompakter Maschinen an. Andererseits genügt der ge-botene Funktionsumfang vollauf für die Ausrüstung komple-xerer modularer und verketteter Maschinen:
- Bis zu acht synchronisierte reale Achsen
- Synchronisation: 2 ms bei vier, 4 ms bei acht Achsen: Als Masterachse können virtuelle oder reale Achsen verwendet werden, wie beispielsweise bei der Synchronisation einer Slave-Achse mit einer fahrenden Master-Achse.
- Elektronische Getriebe, Drehzahl- und Lageregelung
Lineare und zirkulare 2 ½ -D-Interpolation
- Nocken- und Kurvenscheiben-Funktion
- Virtuelle Achsen zur Erzeugung von Führungsgrößen bei Nocken- und Kurvenscheibe
- Abstandsmessung und Positionserfassung über schnellen Eingang (30 µs)

Damit lassen sich alle gängigen Aufgaben im Maschinenbau komfortabel lösen, wie zum Beispiel die Realisierung von
- Förderanlagen (Förderer, Palettierer oder Regalförderanlagen)
- Montagemaschinen
- Maschinen für die Qualitätsprüfung und -überwachung (Belastungsprüfung)
- Maschinen für Fliegende Bearbeitung (Schneiden, Dru-cken, Markieren)

Schnittstellen-Vielfalt
Für einfache kompakte Anwendungen sind jeweils acht digitale Ein- und Ausgänge auf dem Controller integriert. Daneben gibt es jeweils zwei weitere Eingänge für die fliegende Übernahme von Messwerten bzw. für die Ereignisverarbeitung. Kommunikation ist eine Stärke des Lexium Motion Controllers. Für den Anschluss von Servoantrieben verfügt er über den so genannten Motion-Bus, einen Echtzeit-Feldbus auf Basis von CANopen (CANsync mit dem Profil DS 405). Über diesen Bus werden alle motion-spezifischen Daten mit den Antrieben ausgetauscht. Bis zu acht Achsen lassen sich an diesen Bus anschließen, der Zykluszeit von 2 ms für bis zu vier und 4 ms für bis zu acht Achsen garantiert. Die Voraussetzung für interpoliert oder synchron ablaufende Achsbewegungen werden damit erfüllt. Für Anwendungen, die mehr als die Integrierten Ein-/ Aus-gänge benötigen, ist zusätzlich als so genannter Auto-mation-Bus CANopen integriert, an den sich dezentrale E/A und selbstverständlich andere Peripheriegeräte anschließen lassen. Durch die Aufteilung von Achsen und E/A auf separate CAN-Feldbusse lässt sich bei niedrigen Kosten eine gute Performance erzielen.

Für die offene Kommunikation, also beispielsweise An-schluss an übergeordnete Systeme, HMI- Anwendungen oder Visualisierung stehen drei weitere integrierte Schnitt-stellen zur Verfügung:
- eine Modbus-Schnittstelle
- ein Standard-Feldbus (Profibus DP oder DeviceNet)
- Ethernet TCP/IP. Ein Webserver ist ebenfalls standard-mäßig integriert.

Programmierbare Steuerung
Die integrierte Steuerung verarbeitet 1K Anweisungen in weniger als 120 µs. Der Speicher ist mit 1 MB Flash-RAM für Programm und Daten, 1 MB RAM sowie zusätzlichen 60 KB nichtflüchtigem RAM für Datensicherungszwecke groß-zügig dimensioniert.
Für die Projektierung des Motion Controllers hat der Anwender die Wahl zwischen zwei verschiedenen Projektierungsoberflächen:
- Bei EasyMotion handelt es sich um eine menügeführte Oberfläche zur einfachen Konfiguration und Para-metrierung des Controllers. Der Anwender kann damit einfache Achsen-Steuerung realisieren, die eingesetzten Servoantriebe lassen sich sehr leicht parametrieren.
- MotionPro ist eine Entwicklungsumgebung zur freien Pro-grammierung des Controllers nach IEC 61131. Dem Anwender steht hier die gesamte Motion Funktionsbaustein-Bibliothek nach PLCopen zur Verfügung. Zusätzlich werden standardmäßig weitere fertige applikationsspezifische Bausteine mitgeliefert, die eine einfache Implementierung anspruchsvoller Motion-Applikationen erlauben, wie beispielsweise Fliegende Schere, Rotierendes Messer oder das Spannen von Teilen (Clamping).

Der Einsatz des Motion Controllers bietet dem Anwender zwei wesentliche Vorteile: Zum einen lässt sich das Anwendungsprogramm im Controller schützen und kann so vom Endkunden weder ausgelesen noch modifiziert werden. Das Know-How des Maschinenbauers bleibt vor neugierigen Blicken verborgen, und experimentierfreudige Instandhalter können im Kernbereich der Anwendung nichts verändern. Zum anderen wird der Motion Controller nicht als Steuerung wahrgenommen. So lässt sich der Kern einer Anwendung mit dem Controller als Standardkomponente realisieren, ohne von Endkunden-Vorschriften abhängig zu sein.

Ziel-Applikationen
Mit den PLCopen-Bausteinen und den applikationsspezi-fischen Funktionen lassen sich sehr schnell und einfach komplexe Anwendungen realisieren. Der Anwender kombiniert dabei die verschiedenen Grundfunktionen wie Linear- und Kreis-Interpolation, elektrisches Getriebe, Synchronisation von mehreren Achsen (Fliegende Achsen), Nockenschaltwerk bzw. Kurven-Scheibe, Drehmoment- Regelung und Auf- /Abwickler. Damit lässt sich eine breite Palette von Anwendungen aus den unterschiedlichsten Be-reichen realisieren wie Fördertechnik, Material Handling, Wickler, Schneiden auf Länge.

Komplette Palette von Komponenten
Rund um den Motion Controller steht eine vollständiges Angebot von Komponenten zur Verfügung, die für die Reali-sierung einer Applikation und Ausrüstung einer Maschine benötigt werden, wie zum Beispiel:
- Servoantriebe für den Low-Cost-Bereich und für anspruchsvolle High-End-Anwendungen mit hohen Dreh-momenten
- Frequenzumrichter in verschiedenen Preis- und Leistungs-segmenten
- dezentrale E/A in IP 20, in feinmodularer oder kompakter Bauform, sowie in IP 67-Ausführung
- Vollgrafische Bedienterminals in Tasten- oder Touch-Ausführung sowie Klartextanzeigen

Fazit
Mit dem Lexium Motion Controller erhält der Anwender eine interessante Alternative für die Realisierung seiner Auf-gabenstellung. Die Kompakte Bauform in Kombination mit dem konsequenten Einsatz von dezentralen Komponenten er-möglich ein kompaktes Design der Automatisierungslösung. Das Know-How des Maschinenherstellers lässt sich gut schützen, darüber hinaus macht der Controller ihn unabhängig von Endkunden-Vorschriften. Er kann also das Herz s einer Maschine mit dem Controller als Standard-Lösung realisieren und bei Bedarf die vorgeschriebene SPS als übergeordnete Steuerung einsetzten, ohne dabei seine Kernkompetenz auf diesen Steuerungstyp portieren zu müssen.