Kommissionieren Motion Controller Maschinen ohne SPS automatisiert

Ein kompakter, schneller Motion Controller, ausgerüstet mit den richtigen Kommunikationsschnittstellen, einer Projektierungsplattform für alle Anwendungsfälle und einer komfortablen Bausteinbibliothek lässt kaum Wünsche offen. Kombiniert mit einer breiten Palette von Servoantrieben, Frequenzumrichtern und fertigen Standard-Architekturen für fast alle Anwendungen wird daraus ein Lösungspaket, das ideal auf die Bedürfnisse des Maschinenbauers zugeschnitten ist. Und: Weil der Motion-Controller nicht als Steuerung wahrgenommen wird, lässt sich das Know-how des Maschinenbauers schützen.Dipl.-Ing Norbert Hoyer, Produktmanager Motion, Dipl.-Ing. Thomas Hammermeister, Marketing Manager Externe Kommunikation, Schneider Electric GmbH, Ratingen

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FAULHABER Antriebssysteme

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Ob man nun Medikamente oder Kleinteile lagern will, wer sich für Rollschrankanlagen von Gollmann Kommissioniersysteme in Halle entscheidet, der möchte vor allem eins: Platz sparend lagern und komfortabel auf die einzelnen Teile zugreifen können. Die Folge: In einer solchen Anlage sind diverse Achsen zu steuern. Die Rollschränke selbst werden mit Frequenzumrichtern angetrieben. Ein Motion Controller fährt die einzelnen Rollschränke auf Position und sorgt dafür, dass diese nicht miteinander kollidieren können. Das Handling der Lagerbehälter übernimmt ein vierachsiges Portal. Drei Achsen verfahren das Portal, mit der vierten Achse wird der Greifer geschwenkt, damit auf beide Seiten eines Schrankes zugegriffen werden kann. Hierfür sind Servoachsen im Einsatz, die vom Motion Controller angesteuert werden. Die komplette Automatisierungslösung ist mit dem Controller realisiert: Abläufe und Verriegelungen übernimmt die integrierte SPS.

Mit seinen kompakten Abmessungen und seinen integrierten Schnittstellen ermöglicht der Lexium Motion Controller von Schneider eine moderne Automatisierungslösung für Rollschrankanlage oder ähnliche Kommissioniervorrichtungen. Zum Bedienen der Anlage und zum Verwalten des Lagers wird ein Panel-PC eingesetzt. Der Motion Controller bekommt von diesem PC seine Fahraufträge. Es können Behälter ein-, aus- und umgelagert werden. Die Kommunikation zwischen PC und Controller ist mit Modbus TCP/IP auf Basis von Ethernet realisiert. Erarbeitet wurde das Automatisierungskonzept in enger Zusammenarbeit der Spezialisten von Gollmann und Schneider Electric und innerhalb weniger Wochen umgesetzt.

Der kompakte Controller benötigt im Schaltschrank nur wenig Platz und bringt die notwendigen integrierten Schnittstellen für die konsequente Dezentralisierung von Applikationen mit. Ein Konzept, das sich für das problemlose Automatisieren kleiner, kompakter Maschinen anbietet. Andererseits genügt der gebotene Funktionsumfang vollauf auch für die Ausrüstung komplexerer modularer und verketteter Maschinen. Und das ist machbar:

• bis zu acht synchronisierte reale Achsen,
• Synchronisationswerte: 2 ms bei vier Achsen, 4 ms bei acht Achsen.

Als Masterachse lassen sich virtuelle oder reale Achsen verwenden, wie beispielsweise bei der Synchronisation einer Slave-Achse mit einer fahrenden Master-Achse.

Weitere Merkmale:

• elektronische Getriebe, Drehzahl- und Lageregelung,
• lineare und zirkulare 2 ½ -D-Interpolation,
• Nocken- und Kurvenscheiben-Funktion,
• virtuelle Achsen zur Erzeugung von Führungsgrößen bei Nocken- und Kurvenscheibe sowie
• Abstandsmessung und Positionserfassung über schnellen Eingang (30 μs).

Damit lassen sich alle gängigen Aufgaben im Maschinenbau komfortabel lösen, wie zum Beispiel die Realisierung von

• Förderanlagen (Förderer, Palettierer oder Regalförderanlagen),
• Montagemaschinen,
• Maschinen für die Qualitätsprüfung und –überwachung (Belastungsprüfung) sowie
• Maschinen für „Fliegende Bearbeitung“ (Schneiden, Drucken, Markieren)

Ein weiteres Merkmal, das Automatisierer zu schätzen wissen, ist die Schnittstellen-Vielfalt. So gibt es für einfache kompakte Anwendungen jeweils acht digitale Ein- und Ausgänge auf dem Controller, die dort integriert sind. Daneben gibt es jeweils zwei weitere Eingänge für die fliegende Übernahme von Messwerten bzw. für die Ereignisverarbeitung. Kommunikation ist eine weitere Stärke des Lexium Motion Controllers. Für den Anschluss von Servoantrieben verfügt er über den so genannten Motion-Bus, einen Echtzeit-Feldbus auf Basis von CANopen (CANsync mit dem Profil DS 405). Über diesen Bus werden alle motion-spezifischen Daten mit den Antrieben ausgetauscht. Bis zu acht Achsen lassen sich an diesen Bus anschließen, der Zykluszeiten von 2 ms für bis zu vier und 4 ms für bis zu acht Achsen garantiert. Die Voraussetzung für interpoliert oder synchron ablaufende Achsbewegungen werden damit erfüllt. Für Anwendungen, die mehr als die Integrierten Ein-/ Ausgänge benötigen, ist zusätzlich als so genannter Automation-Bus CANopen integriert, an den sich dezentrale E/A und selbstverständlich andere Peripheriegeräte anschließen lassen. Durch die Aufteilung von Achsen und E/A auf separate CAN-Feldbusse lässt sich bei niedrigen Kosten eine hervorragende Performance erzielen.

Für die offene Kommunikation, also beispielsweise Anschluss an übergeordnete Systeme, HMI-Anwendungen oder Visualisierung stehen drei weitere integrierte Schnittstellen zur Verfügung:

• eine Modbus-Schnittstelle,
• ein Standard-Feldbus (Profibus DP oder DeviceNet) und
• Ethernet TCP/IP.

Ein Webserver ist ebenfalls standardmäßig integriert. Damit dürften kaum Wünsche für die Realisierung einer breiten Palette von Maschinen-Applikationen offen bleiben. Die integrierte Steuerung verarbeitet 1K Anweisungen in weniger als 120 µs. Der Speicher ist mit 1 MB Flash-RAM für Programm und Daten, 1 MB RAM sowie zusätzlichen 60 KB nichtflüchtigem RAM für Datensicherungszwecke großzügig dimensioniert.

Für die Projektierung des Motion Controllers hat der Anwender die Wahl zwischen zwei verschiedenen Projektierungsoberflächen:

• bei EasyMotion handelt es sich um eine menügeführte Oberfläche zur einfachen Konfiguration und Parametrierung des Controllers. Der Anwender kann damit einfache Achsen-Steuerung realisieren, die eingesetzten Servoantriebe lassen sich sehr leicht parametrieren.
• MotionPro ist eine Entwicklungsumgebung zur freien Programmierung des Controllers nach IEC 61131. Dem Anwender steht hier die gesamte Motion Funktionsbaustein-Bibliothek nach PLCopen zur Verfügung. Zusätzlich werden standardmäßig weitere fertige applikationsspezifische Bausteine mitgeliefert, die eine einfache Implementierung anspruchsvoller Motion-Applikationen erlauben, wie beispielsweise Fliegende Schere, Rotierendes Messer oder das Spannen von Teilen (“Clamping”).

Mit den PLCopen-Bausteinen und den applikationsspezifischen Funktionen lassen sich sehr schnell und einfach komplexe Anwendungen realisieren. Der Anwender kombiniert dabei die verschiedenen Grundfunktionen wie Linear- und Kreis-Interpolation, elektrisches Getriebe, Synchronisation von mehreren Achsen (Fliegende Achsen), Nockenschaltwerk bzw. Kurven-Scheibe, Drehmoment- Regelung und Auf- /Abwickler. Damit lässt sich eine breite Palette von Anwendungen aus den unterschiedlichsten Bereichen realisieren wie Fördertechnik, Material Handling, Wickler, Schneiden auf Länge.

Rund um den Motion Controller steht ein vollständiges Angebot von Komponenten zur Verfügung, die für die Realisierung einer Applikation und Ausrüstung einer Maschine benötigt werden, wie zum Beispiel:

• Servoantriebe für den Low-Cost-Bereich und für anspruchsvolle High-End-Anwendungen mit hohen Drehmomenten,
• Frequenzumrichter in verschiedenen Preis- und Leistungssegmenten,
• dezentrale E/A in IP 20, in feinmodularer oder kompakter Bauform, sowie in IP 67-Ausführung sowie
• vollgrafische Bedienterminals in Tasten- oder Touch-Ausführung sowie Klartextanzeigen.

Das Fazit: Mit dem Lexium Motion Controller erhält der Anwender eine interessante Alternative für die Realisierung seiner Aufgabenstellung. Die Kompakte Bauform in Kombination mit dem konsequenten Einsatz von dezentralen Komponenten ermöglich ein kompaktes Design der Automatisierungslösung. Das Know-How des Maschinenherstellers lässt sich hervorragend schützen, darüber hinaus macht der Controller ihn unabhängig von Endkunden-Vorschriften. Er kann also das Herz seiner Maschine mit dem Controller als Standard-Lösung realisieren und bei Bedarf die vorgeschriebene SPS als übergeordnete Steuerung einsetzten, ohne dabei seine Kernkompetenz auf diesen Steuerungstyp portieren zu müssen.

Unbefugter Zugriff: Zwei Tipps, die schützen!

Der Einsatz eines Motion Controllers bietet dem Anwender zwei wesentliche Vorteile: So lässt sich zum einen das Anwendungsprogramm im Controller schützen. Der Endkunde kann es nicht auslesen und schon gar nicht modifizieren. Der Nutzen dabei: Der Maschinenbauer kann somit sein wertvolles Know-how vor neugierigen Blicken schützen und verbergen. Experimentierfreudige Instandhalter können im Kernbereich der Anwendung nichts verändern. Zum anderen wird der Motion Controller nicht als Steuerung wahrgenommen. Damit lässt sich der Kern einer Anwendung mit dem Controller als Standard-Komponente realisieren, ohne von Endkunden-Vorschriften abhängig zu sein.

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