Alle Achsen im Griff

Antriebssteuerung - Motion-Control-Geräte und erweiterte Programmiersoftware sind eine Alternative zu herkömmlichen Steuerungsstrukturen. Die vorgestellte Lösung ermöglicht anspruchsvolle Automatisierungsaufgaben mit komplexen Bewegungsabläufen auch ohne zusätzliche SPS.

30. März 2005

Die Steuerung komple­­xer Bewegungsabläufe erfordert angepaßte Automatisierungslösungen, und entsprechend der jeweiligen Anforderung dienen dazu entweder controllerbasierende oder antriebsintegrierende Steuerungs- und Regelungssysteme.

Speziell für den flexiblen Einsatz in Verpackungsmaschinen und ähnlich anspruchsvollen Anwendungen eignen sich beispielsweise die Motion-Control-Geräte der Baureihe ›Primo‹, die der Antriebstechnikspezialist Mayr aus Mauerstetten vorgestellt hat. Mit beiden Systemen lassen sich die Automatisierungsaufgaben entweder komplett selbständig oder in Zusammenarbeit mit einer übergeordneten Steuerung realisieren, etwa mit einer SPS oder einem Industrie-PC. Speziell für Aufgaben mit kleinen bis mittleren Achszahlen bieten die Allgäuer die antriebsbasierte Variante primo-mc Drive. Diese Lösung hat bereits alles integriert, was zu ei­ner Gesamtautomatisierung not­wen­dig ist. Sie arbeitet im Stand-alone-Betrieb wie ein zentraler Controller und steuert dabei eine Achse direkt sowie acht weitere reale Achsen über den Feldbus. Eine integrierte Ethernet-Schnittstelle erleichtert die Programmierung und die Fernwartung. Schnittstellen für CAN, Modbus oder Profibus ermög­lichen den Anschluß an die vorhandene Infrastruktur. In Verbindung mit einer CAN-I/O-Erweiterung und Drehgebern lassen sich bis zu insgesamt zehn reale und virtuelle Achsen betreiben und regeln.

Integrierte SPS ermöglicht komplexe Anwendungen

Die integrierte Soft-SPS erreicht Zykluszeiten von weniger als 50 Mikrosekunden für 1.000 Anweisungen AWL-Code bei gleichzeitig neun laufenden Synchron­achsen und acht elektrischen Nocken. Zur Speicherung der Projektdaten und des Anwendungsprogramms dienen ein batteriegepufferter RAM-Speicher für persistente Daten sowie ein Flash-Speicher mit einer Kapazität von 4 Megabyte. Ein optionaler Steckplatz für Compact Flash-Speicherkarten erweitert die Speicherkapazität auf bis zu 1 Gigabyte. Noch mehr Antriebe steuern kann das controllerbasierende System ›Primo mc16+‹. Es dient im Stand-alone-Betrieb als zentraler Controller für bis zu 16 reale Standard-Servoantriebe mit CANopen-Schnittstelle. Die Leistungsdaten entsprechen denen der antriebsintegrierten Ver­sion, da der interne Aufbau identisch ist. Anwendungsprogramme sind damit auf beiden Systemen ohne Änderungen uneingeschränkt lauffähig. Die Unterschiede liegen in den erweiterten Feldbusmöglichkeiten und in der Vernetzbarkeit: So lassen sich mehrere dieser Einheiten zu dezentralen Mo­tion Control Systemen mit mehr als 700 Achsen verbinden. Getestet und im Einsatz sind bisher Automatisierungslösungen mit bis zu 53 Achsen. Das Gesamt­system besitzt damit in einem Gerät die Flexibilität und Leistungsfähigkeit, die sich nur mit dezentraler Antriebstechnik mit Motion Control im High-End-Bereich und integrierter SPS erreichen läßt. Zudem ermöglicht die neue Generation der Steuerungen die Einbeziehung aller Komponenten und Daten in ein einziges Anwenderprojekt.

Ethernet-Schnittstelle als Zugang fürs gesamte System

Den Zugang auf das gesamte System ermöglicht die zentrale Ethernet-Schnittstelle. Als Programmieroberfläche für die Systeme dient dabei die weitverbreitete Soft-SPS CoDeSys des Kemptener Softwareherstellers 3S. Wertvolle Entwicklungszeit spart die intuitive Bedienung der standardisierten Programmieroberfläche mit speziell integrierten Werkzeugen für die Bereiche Drive-Setup und Kurvenerstellung. Diese spielen gerade bei solchen Applikationen eine wichtige Rolle, bei denen es vornehmlich auf synchrone Achsbeziehungen ankommt. Basis für diese unkomplizierte Handhabung sind vordefinierte, in einer Bibliothek abgelegte Funktionsbausteine, die die Verbindung zu Hilfsprogrammen herstellen und die dort erzeugten Daten und Parameter speichern. Diese Funktionsbausteine sind danach frei im Projekt verwendbar, so daß auf Anforderung ein oder mehrere Servoverstärker neu parametriert werden. Die Rückspeicherung der Daten in das Anwenderprojekt erzeugt einen neuen Baustein, der sich vom Original aus der Bibliothek unterscheidet. Auf diese Weise wird jedem Antrieb beziehungsweise jeder Kurve ein eigener, individueller Datensatz zugeordnet. Für die einfache Erstellung der benötigten Kurve genügt deshalb ein Doppelklick auf den betreffenden Funktionsbaustein, der ein entsprechendes grafisches Hilfsprogramm startet. Dabei läßt sich gegebenenfalls auch definieren, ob und welche Teile der Kurve flexibel gehalten werden sollen, um die Antriebe auf Änderungen im Produktionsablauf einstellen zu können.

Komplettautomatisierung mit einer Programmieroberfläche

Nach dem Schließen des Hilfs­programms wird die Kurve im Funktionsbaustein hinterlegt. Die variablen Teile, wie zum Beispiel Eckpunkte, werden dabei als Eingänge definiert, die sich über den Feldbus oder ein Bediengerät im Programmablauf einstellen und modifizieren lassen. Dieses Verfahren erlaubt es, einer bestimmten Achse genau eine Kurve zuzuordnen, die sich jederzeit durch Doppelklick grafisch visualisieren und verändern läßt. Die Möglichkeit, sämtliche Maschinendaten im Projekt zu speichern, hat neben der einfachen Handhabung und Übersichtlichkeit auch noch weitere positive Nebeneffekte. So erlaubt es der große interne Flash-Speicher, alle Daten jederzeit in die CoDeSys-Oberfläche zurückzuladen. Das aktuelle Projekt befindet sich damit einerseits im Gerät vor Ort sowie gegebenenfalls auch im Compact Flash-Speicher. Für eine effektive Diagnose im Servicefall genügt es deshalb, das eine Projekt in den Service-PC einzuspielen. Im Falle eines eventuellen Gerätetauschs ermöglicht der Einsatz des auswechselbaren Datenspeichers Compact Flash zudem eine automatische Wiederherstellung aller Daten im Gerät. Zum Einsatz der neuen Hardware genügt deshalb ein schlichter Neustart des Geräts mit eingesteckter Speicherkarte.

Die Steuerungsfamilie Primo verwirklicht damit das von vielen Anwendern gewünschte Ziel einer Komplettautomatisierung auf Basis einer einzigen Programmieroberfläche. Die integrierte SPS erlaubt es dabei, auch schwierige Applikationen selbständig zu realisieren.

Das geeignete Werkzeug zur Programmierung bietet dabei die CoDeSys-Oberfläche mit ihren umfangreichen und getesteten Funktionsbausteinen zur Bewegungssteuerung und den zusätzlichen Funktionen ›Kurve‹ und ›Drive-Setup‹.

Harald Dietel, Mayr Systeme

Erschienen in Ausgabe: 02/2005