Schaltschrank vor dem Aus?

Automatisierung - Ein Trend kennzeichnet die Automatisierung: Die Intelligenz wandert vom Schaltschrank in die Komponenten auf Feldebene. Wie lässt sich diese Dezentralisierung auch ohne teure Sonderlösungen verwirklichen?

15. November 2005

Den Begriff von der Automationskultur, die ›besonders die kleinen und mittleren Unternehmen Schritt für Schritt allmählich angehen müssen‹, prägte der italienische Automatisierungsexperte Daniele Fabrizi, Vorsitzender des internationalen Robotikverbandes, bereits im Jahr 1987 auf der EMO in Mailand. Ein Merkmal dieser Automationskultur trifft knapp zwei Jahrzehnte immer noch zu: Es gibt im Prinzip kein Patentkonzept für Dezentralisierung. Ein totaler Zentralismus vergangener Zeiten kommt meist nicht in Frage, aber der Anwender kann sich oft aber auch nicht komplett vom Schaltschrank verabschieden. Das Zauberwort heißt Baukasten.

LOGic verfügt dazu über ein modulares, umfassendes Baukastensystem, mit dem sich vom Stand alone-System bis zum komplexen Mehrachs-Handling alles verwirklichen lässt. Für drei typische Applikationen ist das System ausgelegt:

(1) Stand alone-Lösung: Der Motor arbeitet dank integrierter Regelungs­elektronik, Leistungs­endstufe und Stromversorgung völlig autark - ohne jegliche zusätzliche SPS. Einsatzbeispiel: Der Antrieb erhält nur ein Startsignal und meldet dann die ›Ausführung des Auftrags‹. Dabei kann der Antrieb auch verkettete Fahrda­tensätze abarbeiten: Er kann also Profile fahren.

(2) Per Feldbus vernetzte Anwendung: Sie ist beim Einsatz mehrerer Antriebe interessant, die in ihrer Funktionsweise voneinander abhängen.

(3) Spezialanwendung: Antriebe arbeiten zum Beispiel als ›fliegende Säge‹ oder als elektronische Getriebe.

Ein besonderes Merkmal einer intelligenten Dezentralisierung ist die Kommunikation: Der Anwender kann bei einem idealen System mit Hilfe einer Vielzahl von analogen und digitalen Ein- und Ausgängen SPS-Systeme und Antriebe beliebig mit an­deren Komponenten vernetzen. Moderne Systeme verfügen über Schnittstellen zu Computern, zu Standard-Feldbussen und zu drahtlosen Systemen (FID-Funktionalität). Eine wichtige Rolle spielt dabei die Kommunikation auf Feldbus-Ebene: Zum Einsatz kommen bei LOGic Feldbusse, die den Aufwand für Wartung und Herstellung senken. Diese Strukturen steigern gleichzeitig die Funktionalität und den Komfort, nicht nur auf dem Gebiet der Kommunikation, sondern auch mit Blick auf die damit verbundenen Anforderungen an die Sicherheit. Eine ideale Automatisierungs­lösung verfügt über mehrere Feldbuskonzepte, bei denen die Busteilnehmer unter geringem Aufwand miteinander kommunizieren.

Gesichtspunkt Dezentralisierung

Die LOGic-Komponenten unterstützen die Feldbusse CANOpen, Profibus (DP und MM) sowie ein auf Profibus basierendes, selbst entwickeltes Protokoll (IM-Bus). Anschlüsse für Interbus und Ethernet befinden sich in Vorbereitung. Durch die Feldbusausstattung der Antriebe mit CANOpen oder Profibus DP können auch IM-Busse mit üblichen Strukturen kommunizieren.

Es empfiehlt sich, den Feldbus unter dem Blickwinkel Dezentralisierung unter die Lupe zu nehmen: Beim Profibus-DP handelt es sich nicht unbedingt um die ideale Lösung für dezentrale Konzepte, denn es ist ursprünglich ein für zentrale Automatisierung ausgelegtes System. Dabei wird jeder einzelne Busteilnehmer umständlich abgefragt. Zwei Varianten gibt es bei LOGic:

1. LOGic setzt zusätzlich auf die ebenfalls unter Profibus laufende Variante Multimaster (MM), bei dem jeder Busteilnehmer Master sein kann. Ein Teilnehmer kann also individuell Informationen absenden oder abfragen. Es lässt sich also eine Art ›digitale Wohngemeinschaft‹ verwirklichen, in der beispielsweise Motor mit Motor oder Module mit Antrieb kommunizieren - und das wesentlich schneller als beim sonst üblichen zentralen Konzept.

2. Außerdem wird ein auf Profibus basie­rendes, selbst entwickeltes Protokoll (IM-Bus) engesetzt. Dieser IM-Bus entstand speziell für LOGic-Komponenten (Steuerungs-, Mess-, Programmier- und Antriebseinheiten). Das vereinfachte Protokoll­ermöglicht dem Anwender eine leichte Programmierung von Projekten.

SPS so groß wie Streichholzschachtel

Ein oft unterschätzter Punkt, ist die Kompaktheit der Bauelemente. Gefragt sind Bauelemente, die wichtige Funktionen auf wenig Platz integrieren. LOGic hat eine SPS entwickelt, die auf Streichholzschachtel-größe alle wesentlichen Funktionen enthält. Bei angetriebenen Systemen kommt hinzu, dass sie eine ständige Rückmeldung von Ereignissen (zum Beispiel: Anstoßen der Mechanik an Endschaltern) benötigen und dass sie oft durch externe Komponenten (beispielsweise eine Start-Schalter-Maschine) in Gang gesetzt werden. Hierzu bedarf es normalerweise aufwändiger Steuerungseinheiten, die zusätzlichen Platz beanspruchen. Für kleine einfachere Applikationen entstand bei LOGic eine digitale I/O-Box mit einem kompakten und robusten Gehäuse, die beide Funktionen übernimmt und so den Aufwand für Kosten, Platzbedarf und Verkabelung senkt. Die I/O-Box stellt mehrere Ein- und Ausgänge sowie optional einen analogen Eingang zur Drehzahlvorgabe zur Verfügung. Die digitale I/O-Box wird über einen lokalen CANBus an dem LOGic-Antriebselement, dem Intellimot, betrieben. Ein weiteres Plus: Der Anwender benötigt keine zusätzliche komplexe Steuerung wie SPS.

Antriebe mit eigener Elektronik entlasten übergeordnete Steuerungssysteme. Bei einfachen Anwendungen erlaubt die ›Intelligenz vor Ort‹ sogar den Stand alone-Betrieb. Die integrierte Elektronik sollte allerdings über genügend Speicherkapazität für flexible Einsätze verfügen. So besitzen die Servomotoren der IM-Baureihe einen Programmspeicher für bis zu 100 Fahrdatensätze, die sich im Einzelbetrieb oder von

einer übergeordneten SPS abrufen lassen. Ein Antrieb wie der Intellimot lässt sich dank integrierter Elektronik an Feldbusse anschließen. Eine Service-Schnittstelle ermöglicht dabei Software-Updates und Einstellen der Antriebsparameter. Dezentrale Intelligenz steht und fällt mit der Qualität der Bedienungssoftware (siehe Kasten). Der Anwender kann mit der internen Betriebssoftware verschiedene Referenzfahrten ver­walten und steuern sowie unterschiedliche Beschleunigungs- und Bremsrampen (linear oder sinus-quadrat) unter Vorgabe von Drehzahl und Drehmoment einstellen. Der Bediener kann einen Antrieb schnell an die jeweilige Applikation anpassen, indem er Regelparameter individuell einstellt. Dabei helfen ihm die grafischen Aufzeichnungen von früheren Einsätzen. Weiterer Vorteil: Das interne Programm verwaltet auch Komponenten wie Getriebe, Motoreigenschaften und Betriebsstundenzähler.

Antrieb schützt sich selbst

Dezentral heißt auch, dass die Antriebe sich selbst vor Überlastung schützen. Dazu müssen sie aber über entsprechende Ausstattung verfügen. Experten setzen hier auf das so genannte De-Rating: Die Elektronik misst bei LOGic-Antrieben an drei verschiedenen Stellen ständig die Temperatur und fährt die Antriebsleistung dann langsam im Überlastfall zurück.

Bernd Hegemann, L0Gic

FAKTEN

Die Software intelligenter Antriebe ermöglicht dem Bediener:

- Eingeben, Anzeigen und Speichern von Kennwerten, Fahrdatensätzen und Statusmeldungen

- Erstellen von Ablaufprogrammen

- das Monitoring (Anzeige von Strom- und Drehzahlkurven)

- Arbeiten unter allen gängigen 32-Bit-Windows-Systemen.

Erschienen in Ausgabe: 08/2005