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Durchgängige Maschinenautomatisierung im Zeitalter der Digitalisierung: Ausgabe 19/2018, 22.11.2018

Intelligent vernetzt

Ein Servo-Controller, der vier oder noch mehr Achsen koordiniert und zugleich offen eine durchgängige Maschinenautomation realisiert – ein herausfordernder Ansatz, der das Thema Motion Control im Zeitalter der Digitalisierung auf eine neue Ebene hebt.

Bilder: AMK

Die Anforderungen im Maschinenbau – egal ob bei Handhabungssystemen, Roboterapplikationen oder Werkzeugmaschinen – sind stets dieselben: Flexibilität, Individualisierung, Transparenz, Verfügbarkeit und Effizienz. Doch auch der Megatrend Digitalisierung trägt ein Übriges dazu bei, dass Maschinenbauer zunehmend gefordert sind, nach neuen Strategien und Lösungen für kurze Umstellzeiten, Losgrösse 1 und moderne Konzepte der Mensch–Maschine-Interaktion zu suchen. Angesichts immer schnellerer Entwicklungszeiten ist es dabei zunehmend eine Kunst, diese Forderungen und Trends mit dem eigenen Unternehmen in Einklang zu bringen und daraus Handlungsaufforderungen für verbesserte Prozesse und auch zukunftsorientierte Technologien abzuleiten.

Intelligente Vernetzung spielt entscheidende Rolle
Häufig sind es aus Ingenieurssicht die operativen Innovationen auf der Projektebene, die in einer kundenspezifischen Applikation überzeugen und die Entwicklung von Systemen und Anlagen verbessern. Bewährt sich das Vorgehen, so lässt sich projektneutral begutachten, inwiefern sich diese spezifische Lösung für weitere Projekte mit ähnlichen Anforderungen standardisieren lässt. Um Produktionsprozesse effizienter, vernetzter und sicherer zu gestalten, sind beispielsweise verteilte Intelligenzen in Form von Multiprozessor-Architekturen eine Lösung.
Gerade bei einer dezentralen, modularen Maschinenarchitektur kommt der intelligenten Vernetzung eine entscheidende Rolle zu, weil bei der Kommunikation der Geräte deren Identifizierung und Lokalisierung sichergestellt sein muss – von der Feld- bis hin zur Office-Ebene. Dabei verlangt die Massgabe diverse Maschinentypen abzubilden weiterhin Lösungen, die Marktstandards wie EtherCAT oder CODESYS unterstützen, so dass die einfache Einbindung von Komponenten in überlagerte Linienstrukturen durch Standardschnittstellen sichergestellt ist.

Hybride Ansätze bieten Freiräume
Unabhängig davon, ob man eine zentrale oder dezentrale Automatisierungstopologie oder einen intelligenten Mix aus beiden anstrebt: Aus der Sicht des Software-Engineerings lässt eine offene Automatisierungsplattform dem Maschinenbauer die Wahl, ob ein Servoumrichter als einfacher Stellantrieb, als parametrierbare Achse oder aber als frei programmierbare Achse in die Maschinentopologie integriert wird. Mit anderen Worten: Hybride Ansätze, die eine Kombinierbarkeit der verschiedenen Systemarchitekturen gewährleisten, schaffen die erforderlichen Freiräume bei der Konstruktion.

Multitalentierter Bewegungswächter
Sind wie bei einer Maschine gleich mehrere Achsen zu koordinieren, so können sich bei der Inbetriebnahme von mehreren Servoumrichtern die Faktoren Verkabelungsaufwand und Platzbedarf schnell zu Kostenfallen entwickeln. Denn die Koppelung von mehreren Umrichtern verlangt mehr Raum und erhöht zudem den Aufwand beim Anschluss der Komponenten. In solchen Fällen lohnt es sich daher, als Alternative einen Multiachsservo in Betracht zu ziehen. Eine solche Lösung erlaubt im Vergleich zu Einzelservos eine um bis zu 60 % kompaktere Auslegung der Antriebstechnik. Darüber hinaus entfällt der Verdrahtungsaufwand, weil – wie etwa beim «MultiServo» von AMK der Fall – die Querverdrahtung der vier Achsmodule und der Einspeisung (Zwischenkreis, 24 V, Echtzeit-Ethernet) intern im Gerät realisiert ist.

Integrierte Ablaufsteuerung verteilt die Intelligenz
Die dynamische und anspruchsvolle Koordination von bis zu vier Achsen innerhalb eines Maschinensegments zeigt in der Kommunikation weitere Vorzüge: Die Reaktionszeit der Antriebsregelung im MultiServo bezogen auf den Sollwert läuft um ein Vielfaches schneller ab, da Feldbuszyklen entfallen. Weiterhin interagiert das Gerät in Echtzeit mit einer übergeordneten Steuerung. Hierfür ist aktuell das EtherCAT-CoE-Profil (CAN over EtherCAT) implementiert.
Per integrierter Bewegungssteuerung koordinieren die digital arbeitenden Kompaktwechselrichter-Module die Antriebe im 4-Quadrantenbetrieb präzise und mit hoher Dynamik. Die Bewegungstransformation und Bahninterpolation werden also direkt im Wechselrichter berechnet und nicht in einer übergeordneten Steuerung.

Integrierbare Funktionalitäten per App
Integriert man darüber hinaus nicht zeitkritische Ablaufsteuerungen in mobile StandardAPPsgeräte wie Smartphones oder Tablets, so lässt sich eine im Consumer-Umfeld gewohnte Mensch–Maschine-Schnittstelle vor Ort an der Maschine nutzen. In der Praxis kann somit die komplette Bedienung und Programmierung der Anlage einschliesslich der Bewegungssteuerung auf Basis funktional unterteilter Apps anstelle zentraler, umfangreicher und entsprechend komplizierter Engineering-Umgebungen erfolgen.
Die Maschinensteuerung per Smartphone, bei der die Automatisierungskomponenten mit dem Android-Betriebssystem konform laufen, macht schlussendlich den Weg frei, um künftig typische Bewegungsaufgaben mit standardisierten Motion-Apps zu lösen. In Kombination mit den Controllern der A7-Reihe und der «AMK Cloud Solution» hat AMK bereits ein entsprechendes Paket geschnürt, das den Antriebsstrang über diese Motion-APPs direkt zu Inbetriebnahme und Predictive Maintenance mit übergeordneten IT-Strukturen verknüpft. Auf den Punkt gebracht: Cloud-basierte Ansätze für die Steuerungstechnik und Services schaffen für hybridorientierte Steuerungsstrukturen künftig noch mehr Raum für kreative Ideen bei der Realisierung komplexer Antriebslösungen beispielsweise im Umfeld der Robotik.

Infoservice
AMK Antriebs- und Regeltechnik AG
Mühlentalstrasse 372, 8200 Schaffhausen
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