Der Anstoß für alles

Plattform - Generic Motion Control verbindet die Welten von Robotik, CNC, gekoppelten Achsbewegungen und Einzelachspositionierung in einem homogenen System. Die Erkenntnisse der komplexen Bahnplanung für Roboter werden darin auch für Werkzeug- und Produktionsmaschinen übernommen.

21. Februar 2008

Maschinenbauer wollen heute nicht nur die geniale Steuerung. »Die komplette Plattform zur Automatisierung der Maschinen ist erwünscht«, sagt Dr. Gernot Bachler. Der Leiter des Entwicklungsteams CNC-Robotik bei B & R in Eggelsberg ist einer der Väter von »Generic Motion Control«.

Alle Komponenten in einem System

Generic Motion Control verbindet Antriebe, Bewegungs- und Bahnsteuerung. Sie visualisiert und verarbeitet die I/Os. »Sie ist das, was es bisher nicht gab. Eine Gesamtplattform, die sämtliche Komponenten in einem System vereint. Die Soft-CNC ist in das Echtzeitbetriebssystem der SPS eingebettet «, sagt Gernot Bachler nicht ohne den Stolz des Entwicklers.

Bisher waren die Welten getrennt. Dabei gelten jeweils eigene Gesetze, wenn Roboter schweißen, positionieren, komplexe Werkstücke mit CNC bearbeitet werden, wenn Achsbewegungen vielfach gekoppelt sind oder wenn Einzelachspositionierung in Echtzeit positioniert wird.

Die Gesamtplattform mit sämtlichen Komponenten in einem System hat B & R jetzt vorgestellt. Im Speziellen fungiert eine Bahnsteuerung mit CNC-Funktionen als integraler Bestandteil des kompletten Automatisierungssystems. Projektiert wird mit nur einem einzigen Softwarewerkzeug. »Damit sind die Voraussetzungen für komplexeste Aufgaben erfüllt«, freut sich Gernot Bachler.

Eine durchgängige Plattform

Zum einen wird im Echtzeitbetriebssystem der notwendige Rahmen für hochpräzise Positionieraufgaben geschaffen. CNC-Zykluszeiten von 400 ?s ermöglichen eine Bahngenauigkeit im Submikronbereich. Generierte Sollpositionen werden über Power link jitterfrei an die Antriebe übertragen. Darüber hinaus lassen sich die benötigten I/Os höchst flexibel in das System einbinden.

Maschinenfunktionen abbilden

Auch lassen sich über vordefinierte Visualisierungskomponenten komplexe Maschinenfunktionen abbilden. Diese umfassen neben klassischen Komponenten wie ParametereinstelIung und Bedienung von Bewegungsprogrammen auch Werkzeuge für Simulation, Aufzeichnung und Diagnose von Abläufen. Dadurch wird die Basis für beliebige kundenspezifische Visualisierungslösungen geschaffen.

Diese Flexibilität der Systemarchitektur sowie der breite Funktionsumfang ermöglichen es, eine Maschinenlinie individuell auf Kundenwünsche anpassen zu können. Nicht zu vernachlässigen ist auch der Aspekt, dass das eigentliche Know-how einer Automatisierungslösung in der Applikationsschicht gekapselt werden kann und nicht direkt in den CNC-Kern eingebaut werden muss, so wie es bei anderen Konzepten der Fall ist. Die Soft-CNC verfügt über eine umfangreiche Funktionsliste. Teileprogramme bzw. Bewegungsabläufe werden nach DIN 66025 programmiert. Eine Aufteilung in Haupt- und Unterprogramme ermöglicht die übersichtliche Verwaltung von NC-Programmen. In der Norm definierte Grundfunktionen wurden um nützliche Zusatzfunktionen erweitert. Darüber hinaus lässt die erweiterte Programmiertechnik die Verwendung von Elementen einer Hochsprache, wie zum Beispiel Schleifen, Bedingungen und Verzweigungen, zu. Daten von Applikationsprogrammen der SPS werden über eine leistungsfähige Schnittstelle ausgetauscht. Verschiedene Zugriffsfunktionen ermöglichen die Kontrolle des Programmablaufs in Echtzeit. Zum einen können Daten, wie Werkzeugradius oder sogar Endpunkte von Bahnstücken, noch während des Programmlaufs geändert werden, zum anderen stehen bestimmte Daten dann auch bahnsynchron zur Verfügung.

Brain-Trust bei B & R

Die Idee zu Generic Motion Control entstand aus der praktischen Erfahrung mit CNC und Robotik. Die Basis sind verschiedene CNC-Module. »Kunden haben immer wieder Funktionalitäten aus der klassischen Robotik nachgefragt, die als Funktionalitäten bereits in unserem CNC-Kern vorhanden waren. Daraus ist die Idee entstanden, diese Welten zu verbinden. Wir haben die Gedanken in einem Brainstorming zusammengetragen und haben auf dieser Basis eine umfangreiche Spezifikation entwickelt«, erinnert sich Gernot Bachler. Der Brain-Trust hat sich gelohnt, denn ausgehend von der BU-Motion als Kern der CNC-Robotiksteuerung hat das Projekt immer größere Kreise gezogen. »Wir haben immer höhere Ansprüche an die Funktionalität gestellt und auch die Software-Entwicklung aus unserem Bereich Automation Runtime an der Entwicklung der Plattform beteiligt«, sagt Gernot Bachler.

Automation Runtime als Basis

Das Betriebssystem Automation Runtime bildet dabei den notwendigen Rahmen. »Entscheidend ist der Determinismus, um die Sollwertgenerierung mit einer I/O-Anbindung zu synchronisieren. Damit stehen in einem Bearbeitungsschritt alle erforderlichen Daten zur Verfügung. Die Sollposition passt beispielsweise zum Schalten von I/O-Knoten. Determinismus und Synchronität bilden also die Basis:« erklärt Bachler. Wie bei jedem System gibt es auch die Frage nach den Schnittstellen. Die Bahnsteuerung erzeugt die Signale, die in der SPS ausgewertet werden. Bachler: »Man trifft sich letztendlich wieder im synchronen Rahmen – ein Zusammenspiel, das die Sache so mächtig macht.

Auch bei der Visualisierung haben sich die Entwickler nicht mit Standards begnügt. Mit Visual Components als Instrument für die Echtzeit-Visualisierung gibt es verschiedene Funktionalitäten, wie ein Projekt zu erzeugen ist. Jeder Maschinenbauer kann seine eigene Vorstellung seiner Visualisierung verwirklichen.

Klein, flexibel, gut

Komplexe CNC Anwendungen setzen zunehmend auf Schrittmotortechnologie. Des Weiteren werden immer mehr pneumatische Systeme durch elektrische Antriebe ersetzt. Acoposmicro – ein sehr kompakter Verstärker zum Betrieb von Stepper- und Servomotoren für den unteren Leistungsbereich – bietet hier auf eindrucksvolle Weise eine innovative Lösung. Der Acoposmicro ergänzt die erfolgreiche Produktfamilie Acopos und Acoposmulti.

Kleinste Abmessungen von lediglich 63 mm Breite schaff en Platz im Schaltschrank. Zur Erreichung hoher Drehmomente bei hohen Drehzahlen stehen Spannungsniveaus von 80 VDC und 110/230 VAC zur Verfügung. Der Leistungsbereich liegt zwischen 50 W und 1 kW. Als Feldbusschnittstelle sind Power link und die dezentrale Backplane X2X on Board.

Ein ausgeklügeltes Kühlkonzept wie bereits beim Acoposmulti trägt dem Umweltgedanken Rechnung. Die Montage kann wahlweise seitlich bzw. als Rückwandmontage erfolgen. Neben Wand- und Durchsteckmontage stehen eine Cold-Plate-Variante zur Öl- bzw. Wasserkühlung zur Verfügung.

Dieses Kühlkonzept wirkt kostensparend, da kein Mehraufwand zur Klimatisierung und ein damit verbundener höherer Wartungsaufwand entsteht.

Über standardisierte PLCopen-Motion-Control-Funktionsblöcke sowie CNC-Robotik-Bibliotheken können sämtliche vom Acoposmicro unterstützten Motortypen problemlos über das B & R Automation Studio angesteuert werden.

Peter Schäfer

Fakten

Wachstum ungebrochen

Der oberösterreichische Automatisierungsspezialist Bernecker + Rainer Industrie-Elektronik Ges.m.b.H, Eggelsberg (B & R), hat 2007 einen Umsatz von 280 Mio. Euro nach 235 Mio. Euro im Vergleichszeitraum erzielt. Das entspricht einer Umsatzsteigerung von rund 20 Prozent. Im gleichen Zeitraum stieg die Zahl der Beschäftigten auf weltweit 1.700 Mitarbeiter. Am Hauptsitz in Eggelsberg – wo Produktion, Entwicklung und Verwaltung angesiedelt sind – werden über 1.100 Mitarbeiter beschäftigt. »Wir sind mit diesem Erfolg unserem strategischen Ziel, den Umsatz bis 2011 auf 500 Mio. Euro auszuweiten einen bedeutenden Schritt näher gekommen«, so Hans Wimmer, Geschäftsführer B & R.

Zurückzuführen ist dieser anhaltende Erfolg auf die hohe Innovationskraft des Unternehmens sowie die Philosophie der integrierten Automatisierung, die dem Maschinen- und Anlagenbau einerseits Gesamtkostenreduktionen andererseits Produktivitätssteigerungen und damit Wettbewerbsvorteile verschafft. B & R investiert jährlich rund 18 Prozent des Umsatzes in eigene Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten.

Erschienen in Ausgabe: 01/2008