Motion Controller für die Maschinenautomation Positioniergenauigkeit, Synchronität und Geschwindigkeit von maximal acht Achsen

Autor / Redakteur: Norbert Hoyer, Thomas Hammermeister* / Gerd Kucera

Mit dem kompakten Lexium Motion Controller kann der Maschinenhersteller den Kern seiner Maschine als Standardlösung realisieren und bei Bedarf die vorgeschriebene SPS als übergeordnete Steuerung einsetzten, ohne dabei seine Kernkompetenz auf diesen Steuerungstyp portieren zu müssen.

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Bei Maschinen-Applikationen steht die Antriebstechnik immer an erster Stelle, denn sie steht in der Regel für die Leistungsfähigkeit und Dynamik einer Maschine und entscheidet damit oft über die Realisierbarkeit eines Projekts. Es ist also nahe liegend, auch auf der Steuerungsseite das Thema Motion in den Mittelpunkt zu rücken. Ein kompakter, schneller Motion Controller, ausgerüstet mit den richtigen Kommunikationsschnittstellen, einer Projektierungsplattform für alle Anwendungsfälle und einer komfortablen Bausteinbibliothek stand im Mittelpunkt dieser Neuentwicklung. Kombiniert mit einer breiten Palette von Servoantrieben, Frequenzumrichtern und fertigen Standardarchitekturen für fast alle Anwendungen wird daraus ein Lösungspaket, das auf die Bedürfnisse des Maschinenbauers zugeschnitten ist.

Acht Achsen werden in 4 ms synchronisiert

Platz ist meist knapp bei der Konstruktion moderner Maschinen. Kompakte Abmessungen und die integrierten Schnittstellen für die konsequente Dezentralisierung von Applikationen des Lexium Motion Controllers von Schneider Electric tragen dieser Anforderung Rechnung und erlauben eine problemlose Automatisierung kleiner kompakter Maschinen. Andererseits genügt der gebotene Funktionsumfang vollauf für die Ausrüstung komplexerer modularer und verketteter Maschinen: bis zu acht synchronisierte reale Achsen, Synchronisation in 2 ms bei vier und 4 ms bei acht Achsen. Als Masterachse können virtuelle oder reale Achsen verwendet werden, wie beispielsweise bei der Synchronisation einer Slave-Achse mit einer fahrenden Master-Achse.

Elektronische Getriebe, Drehzahl- und Lageregelung, lineare und zirkulare 2½ -D-Interpolation, Nocken- und Kurvenscheibenfunktion, virtuelle Achsen zur Erzeugung von Führungsgrößen bei Nocken- und Kurvenscheibe, Abstandsmessung und Positionserfassung über 30 µs schnellen Eingang, charakterisieren den Lexium Motion Controller.

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) und nicht zuletzt Maschinen für „fliegende Bearbeitung“ (schneiden, drucken, markieren).

Große Schnittstellenvielfalt für alle Aufgaben

Für einfache kompakte Anwendungen hat der Controller jeweils acht digitale Ein- und Ausgänge integriert. Zudem gibt es jeweils zwei weitere Eingänge für die „fliegende Übernahme“ von Messwerten bzw. für die Ereignisverarbeitung.

Kommunikation ist eine Stärke des Lexium Motion Controllers. Zum Anschluss von Servoantrieben hat der LMC einen so genannten Motion-Bus, einen Echtzeit-Feldbus auf Basis von CANopen (CANsync mit dem Profil DS 405). Über diesen Bus werden alle bewegungsspezifische Daten mit den Antrieben ausgetauscht. Bis zu acht Achsen lassen sich an diesen Bus anschließen. Die Zykluszeit von 2 ms für maximal vier und 4 ms für bis zu acht Achsen sind garantiert. Die Voraussetzung für interpoliert oder synchron ablaufende Achsbewegungen werden damit erfüllt.

Auch Webserver und Steuerung sind integriert

Für Anwendungen, die mehr als die im LMC integrierten Ein-/Ausgänge benötigen ist zusätzlich CANopen als Automatisierungsbus integriert, an den sich dezentrale E/As und selbstverständlich andere Peripheriegeräte anschließen lassen. Durch die Aufteilung von Achsen und E/As auf separate CAN-Feldbusse lässt sich bei niedrigen Kosten eine hervorragende Leistung erzielen.

Für die offene Kommunikation, also beispielsweise zum Anschluss an übergeordnete Systeme, HMI-Anwendungen oder Visualisierung, sind drei weitere Schnittstellen integriert: ein Modbus-Interface, ein Standard-Feldbus (Profibus-DP oder DeviceNet) und Ethernet-TCP/IP. Der standardmäßig vorhandene Webserver schließlich lässt für die Realisierung einer breiten Palette von Maschinenapplikationen kaum noch Wünsche offen.

1 K Anweisungen sind in weniger als 120 µs abgearbeitet

Und im Gehäuse des Lexium Motion Controllers steckt noch mehr. Nämlich eine integrierte schnelle programmierbare Steuerung, die 1 K Anweisungen in weniger als 120 µs verarbeitet. Der Speicher ist mit 1 MByte für Programme und Daten als Flash-RAM und 1 MByte als RAM sowie mit zusätzlichen 60 KByte nichtflüchtigem RAM für Datensicherungszwecke großzügig dimensioniert.

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Beim Projektieren 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. Damit lassen sich einfache Achsen-Steuerung realisieren und die dazu eingesetzten Servoantriebe sehr leicht parametrieren.

MotionPro indes ist eine Entwicklungsumgebung zur freien Programmierung des Controllers nach IEC 61131. Hierfür 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, beispielsweise „fliegende Schere“, rotierendes Messer oder das Spannen von Teilen (Clamping).

Sicherheit vor Knowhow-Klau und Manipulation

Dieser Motion Controller bietet dem Anwender zwei wesentliche Vorteile. Zum einen lässt sich das Anwendungsprogramm im Controller derart Schützen, dass es nach der Realisierung niemand ausgelesen oder modifizieren kann. Das Know-How des Maschinenbauers bleibt vor neugierigen Blicken verborgen, und experimentierfreudige Instandhalter können im Kernbereich der Anwendung nichts verändern. Zum anderen wird der Motion Controller nicht als Steuerung wahrgenommen. So lässt sich der Kern einer Anwendung mit dem Controller als Standardkomponente realisieren, ohne von Endkunden-Vorschriften abhängig zu sein.

Applikationsspezifische Funktionen einfach kombinieren

Mit den PLCopen- Bausteinen und den applikationsspezifischen Funktionen lassen sich schnell und einfach komplexe Anwendungen Aufgaben lösen. Dazu kombiniert man die verschiedenen Grundfunktionen wie Linear- und Kreisinterpolation, elektrisches Getriebe, Synchronisation von mehreren Achsen (fliegende Achsen), Nockenschaltwerk bzw. Kurvenscheibe, Drehmomentregelung und Auf-/Abwickler. So sind fassettenreiche Applikationen aus den unterschiedlichen Bereichen wie Fördertechnik, Materialhandhabung, Wickler oder Schneiden auf Länge realisierbar.

Eine vollständige Palette kombinierbarer Komponenten

Rund um den Motion Controller gibt es ein vollständiges Sortiment an Komponenten, die für die Realisierung einer Applikation und Ausrüstung einer Maschine benötigt werden. Das sind zum Beispiel Servoantriebe für den Low-Cost-Bereich und für anspruchsvolle High-End-Anwendungen mit hohen Drehmomenten, Frequenzumrichter in verschiedenen Preis- und Leistungssegmenten, dezentrale IP20-geschützte E/As in feinmodularer oder kompakter Bauform nebst IP67-Ausführung, vollgrafische Bedienterminals in Tasten- oder Touch-Version sowie Klartextanzeigen.

*Norbert Hoyer ist Produktmanager Motion Control und Thomas Hammermeister Marketing Manager bei Schneider Electric GmbH, Ratingen.

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