Antreiben & steuern

Systeme - Funktional sind Steuerungs- und Antriebstechnik in den Maschinen und Anlagen miteinander verschmolzen. Dieser Tatsache wird allerdings noch längst nicht bei allen Systemen Rechnung getragen. Allzu oft wird mit unterschiedlichen Geräten, Tools und Programmiersprachen hantiert.

15. November 2005

Der Trend in der Automatisierungstechnik geht ganz klar in Richtung einer Verschmelzung von Steuerungs- und Antriebstechnik. Antriebshersteller integrieren SPS-Funk­tionalitäten in ihre Regler, und Steuerungshersteller sind ohne das passende Antriebssystem nicht mehr denkbar. Dies zeigt auch der Umstand, dass sich Steuerungshersteller, die bisher keine Antriebstechnik angeboten haben, diese nun selbst entwickeln oder sich kleinere Anbieter von Antriebstechnik einverleiben. Aus Sicht des Anwenders ist diese Entwicklung längst überfällig, denn es zeichnet sich bereits seit vielen Jahren eine stetig steigende Bedeutung der Antriebstechnik ab. Trotz dieser an sich gesehen positiven Entwicklung sind in der Praxis noch entscheidende Unterschiede festzustellen, insbesondere in der Art und Weise wie Antriebstechnik und Steuerungstechnik miteinander verbunden sind. Dieser Beitrag zeigt wichtige Voraussetzungen für eine wirkliche Verschmelzung der beiden Disziplinen auf.

Erste Voraussetzung: Hardwareintegration

Die Software kann nur das abbilden, was die Hardware an Vor­aussetzungen mit bringt. Für einen Echtzeitzugriff vom Steuerungsprogramm aus muss die Antriebstechnik genauso transparent in die Steuerung ein­gebettet sein, wie dies bei einfachen digitalen Ein- und Ausgängen der Fall ist. Dies kann in Form entsprechender Einsteckkarten in der Steuerung oder aber schneller Netzwerke der Fall sein. Damit eine Steuerung alle Funktionen von einfachen Ein-/Ausgängen über die Regelungstechnik bis zu komplexen elektrischen Antrieben gleichwertig behandeln kann, darf es keine Schnittstellen geben, welche den Echtzeitzugriff behindern. Die Jetter AG hat die Wichtigkeit einer solchen Hadwareintegration sehr früh erkannt und seit den Achtzigerjahren bei seinen Steuerungssystemen realisiert und immer weiter ausgebaut.

Zweite Voraussetzung: Softwareintegration

Anwender realisieren die gewünschte Funktionalität letztlich in Form eines Steue­rungsprogramms. Dabei ist es entscheidend, dass alle Steuerungsfunktionen gleichberechtigt und gleich komfortabel programmiert werden können, auch die Antriebstechnik. Wenn man die Prozesse der Maschinen und Anlagen betrachtet, dann gibt es dort fließende Übergänge zwischen der Steuerungs-, Verfahrens- und Antriebstechnik. Und genau dies muss die Software prozessnah abbilden können. Die komfortable Programmierung solcher Prozesse setzt voraus, dass die Programmiersprache in der Lage ist, diese auch möglichst real zu beschreiben. Diese Voraussetzung ist insbesondere bei ablauforientierten Sprachen der Fall, klassische SPS-Programmiersprachen sind weniger da­zu geeignet, zumal es dort Schnittstellen zwischen den in der IEC 61131-3 definierten Sprachen gibt. Ein Multitasking-Betriebssystem unterstützt die ablauforientierte Programmierung durch die übersichtliche Struktur von parallelen Programmen, welche die parallelen Prozesse der Maschinen softwaretechnisch abbilden.Die Wahl der richtigen Programmiersprache ist ein ganz entscheidender Faktor.

Dritte Voraussetzung:Die Programmiersprache

Eine Programmiersprache muss alle Steuerungsfunktionalitäten in Form leistungsfähiger Befehle abbilden. Dazu gehören neben den klassischen Steuerungsfunktionalitäten längst viele weitere, wie zum Beispiel:

¦ Datenverwaltung

¦ Arithmetik

¦ Kommunikation

¦ Bedienerführung

¦ Punkt-zu-Punkt-Positionieren

¦ Technologiefunktionen

¦ Bahn-/Robotersteuerung

Von den in der IEC 61131-3 de­finierten Sprachen eignet sich der Strukturierte Text am besten, um all diese Funktionalitäten zu beschreiben. Genau aus diesem Grund hat sich die Jetter AG für den Strukturierten Text als Basis bei der Programmiersprache JetSym STX für die Steuerungssysteme der JetWeb-Familie entschieden.

Ablauforientiert arbeiten

Im Unterschied zu klassischen SPS-Systemen arbeitet das Betriebssystem der JetWeb-Steuerungen und -Antriebsregler ablauforientiert, so wie man dies von klassischen Hochsprachen wie C oder Pascal kennt. Die Programmierung ist also grundsätzlich ereignisorientiert, oder man könnte auch sagen prozessorientiert. Das X steht bei JetSym STX für Extendet. Damit kommt zum Ausdruck, dass die Programmiersprache viele sinnvolle Erweiterungen zur Norm hat. Dies kommt insbesondere bei der Antriebstechnik zum Ausdruck. Dort verfügt STX über Befehle für jede gängige Art der Positionierung, sogar bis zur Bahn- und Robotersteuerung. So lassen sich beliebige Achsverbünde definieren und auf vielfältige Weise verfahren. Die integrierte Bahnsteuerung setzt die Kommandos in die entsprechende Kinematik um, so zum Beispiel für das Verfahren eines Scara-Roboters. Der Anwender parametriert lediglich die Bewegung bezogen auf den Tool-Center-Point, alles andere übernimmt die Steuerung. Das In­teressante daran ist insbesondere, dass diese Bahnsteuerungsbefehle genau so einfach zu programmieren sind wie digitale Ein- und Ausgänge.

Vierte Voraussetzung: Das Tool

Sowohl bei der Programmierung als auch bei der Inbetriebnahme ist auch der Komfort des Softwaretools von großer Bedeutung. Dies beginnt bei der Konfiguration und Parametrierung der Steuerungen und Antriebe, geht über die Eingabe der Befehle bis hin zu den Debugg-Features. Ein interessantes Beispiel in JetSym STX ist das Anlegen von Steuerungen und Antrieben. Diese werden komfortabel in einem Auswahlfenster angewählt und bringen alle relevanten Daten automatisch mit. Wählt der Anwender beispielsweise einen passenden Servoantrieb aus, dann ist automatisch der Regler passend zum Antrieb richtig konfiguriert. Mit Hilfe einer übersichtlichen Motion-Setup-Oberfläche erfolgt die Parametrierung und Inbetriebnahme. Bei der Inbetriebnahme stehen alle(!) Parameter der Antriebe dort auch in Echtzeit zur Verfügung. Mit Hilfe des Oszi-Modus können alle Parameter in Form von Verlaufskurven aufgezeichnet und dargestellt werden. Antriebe las­sen sich von dort aus verfahren. Wichtig ist auch das Debugging des Programmcodes. Hier sind Funktionen wie Brakepoints, Einzelschrittbetrieb, Trace und Call-Stack wichtige Hilfsmittel.

Die Verschmelzung ist vollzogen

Antriebs- und Steuerungstechnik lassen sich nicht mehr auseinander dividieren. Am Markt stehen Systeme zur Verfügung, bei denen die Antriebstechnik vollständig in die Steuerung integriert ist. Der entscheidende Faktor dabei ist die Software. Jetter hat diese Verschmelzung so konsequent vollzogen wie kein anderes Unternehmen. In JetSym STX werden alle Automatisierungsfunktionen auf die identische Art und Weise programmiert, sogar die Bahn- und Robotersteuerung. Und das alles mit einer Software und einer Programmiersprache. Vielleicht gibt es ja in der Automatisierungstechnik einmal einen »Tag der steuerungstechnischen Einheit«; Jetter wüsste, auf welches Datum der anzusetzen wäre.

Martin Buchwitz, Jetter AG

Erschienen in Ausgabe: 08/2005