Mitsubishi Electric Steuerung ermöglicht schnellste Kommunikation mit den Servos dank des Plattformkonzeptes

Autor / Redakteur: Reiner Süselbeck / Reinhard Kluger

Ein standardisiertes Steuerungskonzept ermöglicht schnellste Zykluszeiten mit den Servos und den einzelnen CPUs. Dabei ist der Takt des Motion-Netzwerkes mit dem gesamten Systemtakt synchronisiert.

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Die neue iQ Plattform von Mitsubishi Electric verbindet erstmals SPS, Motion Control, CNC und Robotik in einem sehr flexiblen Modulsystem
Die neue iQ Plattform von Mitsubishi Electric verbindet erstmals SPS, Motion Control, CNC und Robotik in einem sehr flexiblen Modulsystem
( Archiv: Vogel Business Media )

Hersteller aus den Bereichen Halbleiter, Flachdisplay und Automobilherstellung, um nur einige zu nennen, sehen sich mit immer mehr Modellen in verschiedensten Variationen, unterschiedlichen Stückzahlen, immer kürzeren Produktlebenszyklen und Forderungen nach einer Verbesserung der Produktivität konfrontiert. Neben der Verbesserung von organisatorischen Prozessen spielt bei der Bewältigung dieser Aufgaben die eigentliche Produktion eine wesentliche Rolle. So müssen neue Produktionslinien nicht nur einen höheren Ausstoß bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität bieten, sondern auch die Entwicklungskosten zum Erstellen oder Umbau der Anlage, die Inbetriebnahmekosten und des Betriebs sowie die Wartungskosten minimieren. Um die nun verbesserte Qualität auch dokumentieren sowie schnelle Produktwechsel durchführen zu können, besteht der Wunsch nach einer einfachen und sicheren Kommunikation zu übergeordneten Planungssystemen.

Verbesserte Performance

Um alle diese Anforderungen zu erfüllen, bedarf es einer Technologie, die über die bisher vorhandenen Steuerungskonzepte hinausgeht. Mitsubishi Electric hat sich schon früh Gedanken über solche Konzepte gemacht und das vorhandene Produktportfolio sinnvoll miteinander verbunden. So wurde bereits 1990 eine Kombination aus SPS-Steuerung und Motion Controller auf den Markt gebracht. Fortgeführt wurde diese dann mit der Entwicklung der Melsec System Q Steuerung, die bereits SPS, Motion Control, PC Welt und IT Anbindung auf einer Plattform miteinander verbunden hat. Zur vertikalen Verlinkung zwischen Host Controller und Produktions-Ebene wurde im Anschluss das MES-Interface entwickelt und das e-F@ctory Konzept geboren.

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Ein weiterer Meilenstein ist die iQ Plattform mit einer erneut verbesserten Performance und die nun auch CNC- und Roboter-Steuerungen auf einer gemeinsamen Plattform verbindet. Zu den bestehenden kompatiblen Komponenten der MELSEC System Q Steuerung von Mitsubishi Electric beinhaltet die iQ Plattform folgende neue, ebenfalls auf Mulitprozessortechnik basierenden Bausteine:

  • Multi-CPU High-Speed Plattform,
  • High-Speed SPS,
  • High-Speed Motion Controller,
  • CNC-Steuerung,
  • Roboter-Steuerung inklusive Roboter und
  • Offenes Netzwerk CC-Link-IE.

Multi CPU High-Speed Plattform

Im Laufe der Zeit stellte sich heraus, dass sich konventionelle Rückwandbus-Konzepte bei der Kommunikation zwischen den immer höher performanten CPUs mehr und mehr als Flaschenhals erwiesen. Um diesen Flaschenhals zu vermeiden, wurde eine neue Bus-Struktur entwickelt, die über einen Multi-CPU High-Speed Bus mit 14 K Word Datenbreite verfügt. Damit ist der neue Bus bis zu acht mal schneller als das konventionelle System. Trotzdem ist eine 100-%ige Kompatibilität zu den bestehenden Komponenten gegeben. Somit kann auf bis zu 100 verschiedene bestehende Baugruppen der Melsec System Q (E/A, Intelligente Module, Netzwerk Karten) zugegriffen werden.

Optimale Kommunikation

Außerdem synchronisiert sich der Multi-CPU High-Speed-Bus mit der angeschlossenen CPU mit der höchsten Priorität und diese sich wiederum mit weiteren angeschlossenen Komponenten. Zum Beispiel kommuniziert die Motion Controller CPU mit den angeschlossenen Servoantrieben der Baureihe MR-J3 über das Motion Netzwerk SSCNET III mit einer Zykluszeit von 0,44 ms, die auch der Zykluszeit des Motion Controllers entspricht. Die Kommunikation des Multi-CPU High-Speed-Busses erfolgt dann synchron zum Zyklus der Motion Controller CPU mit 0,88 ms. Die neue Technologie ermöglicht eine optimale Kommunikation zwischen den einzelnen CPUs und verbessert die Performance des gesamten Systems.

High-Speed SPS

Die neu entwickelten QnU SPS CPUs weisen eine sechs mal bessere Performance gegenüber den bisherigen Modellen auf. Erreicht wird dies durch eine schnellere Verarbeitung der Grundbefehle, Fließkomma-Berechnung und Speicherzugriff. Außerdem wurden die File Register um das sechs-fache und der Programmspeicher auf das Doppelte erweitert.

High-Speed Motion Controller

Durch die neue Hardware Architektur der Q17nD CPU konnte die Motion Controller Performance verdoppelt werden. Insbesondere die schnellere und synchronisierte Kommunikation zu weiteren CPUs trägt hierzu bei. Zudem konnte die interne Abarbeitung der SFS-Programme auf das vierfache gesteigert werden.

Kompaktere CNC-Steuerung

Um die iQ Plattform mit einer CNC-Steuerung zu erweitern, musste eine komplett neue Architektur für die Q173NC CPU entworfen werden. Das Ergebnis war eine um 45 Prozent kompaktere CNC, die eine Verdopplung der Performance bietet. Ein weiterer wesentlicher Vorteil neben der Interoperatibilität und dem schnellen Datenaustausch mit verschiedenen CPUs untereinander besteht in der Möglichkeit, auf bis zu 100 Baugruppen zuzugreifen.

Roboter-Steuerung inklusive Roboter

Auch für die Roboter musste eine neue Architektur entwickelt werden, welche äquivalent zur CNC die Performance und Möglichkeiten verbessert. Ein Novum hierbei ist, dass nicht nur die Steuerung in das iQ Konzept eingebunden ist. Da die Roboter ebenfalls Mitsubishi-eigene Systeme sind, ist eine Durchgängigkeit bis in den Robotorarm gegeben.

Offenes Netzwerk CC-Link IE

Die Anbindung an weitere Steuerungen wurde durch die Integration des asiatischen, offenen Netzwerkstandards CC-Link IE realisiert. Daneben lassen sich weitere offene Netzwerke wie Profibus ebenfalls anbinden. CC-Link IE ist ein Ethernet basierendes Netzwerk, welches ein auf der IEE802.3Z basierendes optisches Kabel benutzt. Das redundante Netzwerk kommuniziert mit 1Gbps. Die Netzwerkzykluszeit hat sich mit 5m/sek. vervierzehnfacht.

Servos im Gesamtkonzept einbezogen

Das iQ-Konzept umfasst nicht nur die Steuerungsebene, sondern ist als komplette Automatisierungslösung entwickelt worden. Somit sind auch die angebundenen, ausführenden Bauteile wie Servoantriebe in das Gesamtkonzept einbezogen. Die Servobaureihe MR-J3 fügt sich damit nahtlos in das iQ Konzept ein.

Durch die Anbindung über das Motion Netzwerk SSCNETIII kommuniziert der Servoverstärker mit einer bidirektionalen Übertragungsgeschwindigkeit von 50 Mbps mit dem Motion Controller. Der Takt des Motion-Netzwerkes ist mit dem gesamten Systemtakt synchronisiert. Da es sich beim SSCNET III um ein echtes Plug-and-Play-Netzwerk handelt, kommen die Servoantriebe der Forderung nach reduziertem Installations- und Inbetriebnahmeaufwand nach. Neben der Anforderung nach der Reduzierung des Inbetriebnahmeaufwands, welche z.B. noch durch Funktionen wie Online-Autotuning und Maschinenanalyse unterstützt wird, stand auch bei den Servoantrieben, analog zum Gesamtsystem iQ, die Verbesserung der Performance an erster Stelle.

Nur einige Beispiele: Mit einer Durchtrittsfrequenz von 900 Hz lassen sich äußerst dynamische Produktionsprozesse realisieren, was wesentlich zur Erhöhung des Ausstoßes einer Produktionslinie beiträgt. Ein 18-Bit-Absolut-Encoder sorgt für höhere Positioniergenauigkeit und verbesserten Gleichlauf. Beides sind wesentliche Faktoren zur Erhöhung der Produktqualität.

Anwendungsbeispiele für die iQ Plattform

Als Anwendungsbeispiele für die iQ Plattform sind insbesondere zu nennen: LCD-Fertigung, Steuerung von einzelnen Prozessschritten, Handling und Übertragung von großen Datenmengen mit einem Steuerungskonzept, Automobilfertigung, Zusammenspiel von Maschinensteuerung, Motion Controller, CNC und Roboter.

Fazit: Mit dem iQ Konzept hat Mitsubishi Electric eine neue Automatisierungsplattform entwickelt, die es ermöglicht, den gesamten Produktionsprozess mit einem einzigen Steuerungskonzept zu realisieren. Durch die Standardisierung des Steuerungskonzeptes ergeben sich für den Anwender viele Vorteile: komplette Durchgängigkeit über alle Ebenen, Reduzierung der Verdrahtung, keine aufwändige Programmierung des Datenaustausches zwischen den CPUs wie auch zur Leitebene reduzierte Engineeringkosten durch standardisierte Programmierung, verringerte Ersatzteilhaltung sowie rine wesentlich bessere Performance des Gesamtsystems durch hochperforme CPUs und: kein Flaschenhals-Effekt bei den Schnittstellen.

Reiner Süselbeck, Key Account Manager Motion Systeme bei Mitsubishi Electric Europe, Ratingen

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