Modulares, einheitliches Steuerungssystem vom Antrieb bis zur Leitebene

Automation mit System

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Der Trend im Maschinenbau war in den letzten Jahren geprägt von der Ablösung aufwendiger mechanischer Bewegungskoordinierungen, wie Königswellen, Nockenschaltwerke oder mechanischen Kurvenscheiben, hin zu dezentralen Lösungen. Diese Entwicklung ging einher mit der Modularisierung der Maschinen mit dezentraler Antriebs- und Steuerungstechnik, die nun ein durchgängiges System bis hin zur Leitebene ermöglicht.

Dipl.-Ing. Ulrich Gude, Bereich Marketing der Lenze GmbH & Co KG in Hameln, Standort Groß Berkel

Mehrere Faktoren sind für diese Entwicklung ausschlaggebend: Modular aufgebaute Maschinen erlauben größere Flexibilität, kürzere Inbetriebnahmezeiten und sind an die räumlichen Gegebenheiten des Maschinenbetreibers besser anpassbar. Der Verzicht auf eine starre mechanische Kopplung der Maschinenteile bedeutet, dass bisherige Zentralantriebe durch flexible Einzel-antriebe abgelöst werden. Die Aufgaben der mechanischen Koordination von Bewegungen werden durch Antriebe mit einer übergeordneten Steuerung ersetzt. Dieser Ersatz der Mechanik spart Kos-ten, reduziert den Energieverbrauch und erleichtert die angestrebte Modularisierung.
Dies ist allerdings nur der halbe Weg zu der wirklich modularen Maschine. Mechanisch können die Maschinen zwar aus Modulen zusammengesetzt werden, aber die Steuerung der Maschine erfolgt noch in der zentralen SPS. Das bedeutet, sämtliche Informationen aus den einzelnen Maschinenmodulen werden zentral verarbeitet, um dann wiederum Aktionen in den einzelnen Modulen zu bewirken. Diese Verknüpfung von Ein- und Ausgangssignalen kann in den meisten Fällen auch dezentral in den Maschinenmodulen erfolgen. Die zentrale SPS wird dadurch stark entlastet oder entfällt sogar ganz.
Klein-SPS oder Umrichter?
Welches Gerät soll aber jetzt die Steuerungsaufgabe in jedem einzelnen Modul übernehmen? Das könnte eine Klein-SPS sein, aber das würde bedeuten, man verteilt die Kosten der zentralen Steuerung auf die dezentralen Klein-SPSen. Den wesentlich größeren Vorteil würde es also bringen, wenn man ein in jedem Modul sowieso vorhandenes Gerät so ändern oder erweitern könnte, dass dieses das Maschinenmodul steuert. Was liegt folglich näher, als den Umrichter für diese Aufgabe zu nutzen?
Die leistungsfähigen Prozessoren der Servo-Umrichter können, mit einem entsprechenden Betriebssystem ausgestattet, die Funktionen der Klein-SPS mit übernehmen. Sollte die Prozessorleistung nicht ausreichen, wie beim Frequenzumrichter, wird dieser Antrieb einfach um ein Modul mit entsprechender Rechenleistung erweitert. Aus diesem Grunde hat Lenze schon vor einem Jahr eine solche Antriebs-SPS in ihren Servo-Umrichter 9300 integriert und stellt jetzt die entsprechende Lösung für den Frequenzumrichter 8200 vector vor: die Drive PLC. Der Maschinenbauer hat somit für jeden Einsatzfall die passende Lösung. Für hochdynamische Anwendungen empfiehlt sich die 9300 Servo PLC. Geht es eher um die kostengünstige Lösung mit einem frequenzgeregelten Antrieb, wird der 8200 vector mit der Drive PLC eingesetzt.
Diese Antriebs-SPSen stehen den konventionellen Steuerungen in nichts nach. So findet sich der Programmierer schnell in der ihm gewohnten Umgebung zurecht. Die Drive PLC und Servo PLC sind frei programmierbar, verfügen über ein Multitasking-Betriebssys-tem und werden in den Sprachen der IEC 1131-3 programmiert. Dabei werden alle fünf durch die Norm festgelegten Sprachen unterstützt: Anweisungsliste, Kontaktplan, Funktionsbausteinsprache, Strukturierter Text, Ablaufsprache. Das heißt aber nicht, dass der Programmierer jetzt jegliche Antriebsfunktion selber programmieren muss. Er kann vielmehr aus einer zur Programmiersoftware mitgelieferten Bibliothek fertige SPS-Programme aussuchen und auf der Antriebs-SPS speichern – und gegebenenfalls an seinen Prozess anpassen.
Kommunikationswege
Die Kommunikation der Maschinenmodule bzw. der Antriebe untereinander erfolgt über den integrierten schnellen Systembus (CANopen). Hier werden alle für den Betrieb der Maschine relevanten Daten ausgetauscht. Die bereits erwähnte Welle zur Bewegungskoordination der Module wird mit dem Systembus auf „elektronischem Wege“ durch die gesamte Maschine geführt. Sollen die Daten aus den einzelnen Modulen an ein zentrales Leitsystem übermittelt werden, so kann dies über den Systembus aber auch mit verschiedenen anderen Feldbussystemen, Profibus, Interbus, Devicenet usw., geschehen.
Das Leitsystem selbst wird heute üblicherweise mit einem Industrie-PC realisiert. Auch bei der Inbetriebnahme dieses Leitrechners kann der Hersteller der Antriebs- und Automatisierungstechnik für erhebliche Zeit- und damit auch Kostenersparnis sorgen, denn wer kennt schon die Schnittstellen zu den Geräten besser als er. Daher hat Lenze den Drive Server für solche Leitsysteme geschaffen.
Der Drive Server basiert auf der OPC-Technologie und funktioniert prinzipiell wie ein Druckertreiber unter Windows, nur eben nicht für den Drucker, sondern für die Lenze-Geräte in der Maschine. Jeder Hersteller eines Druckers bildet über seinen Druckertreiber die Funktionalität des Geräts für alle Anwendungsprogramme einheitlich ab. So können nach der Installation des Drive Server von Lenze sämtliche Engineeringtools des Leitrechners, z.B. Visualisierungs- oder Prozessdatenerfassungssysteme, einfach über diesen herstellerspezifischen „Antriebs-Treiber“ auf die intelligenten Feldgeräte zugreifen. Die eigentliche Anpassung der PC-Tools auf die Anwendung erfolgt dabei mit nur wenigen Maus-klicks.
Lokale Bedienterminals
Um aber auch dem lokalen Maschinenbediener jederzeit einen Zugriff auf die aktuellen Maschinendaten und -parameter zu gewähren, kommen Bedienterminals zum Einsatz. Hier gilt es ebenfalls, den Systemgedanken vom einheitlichen und durchgängigen System fortzusetzen. Lenze bietet dem Maschinenbauer jetzt nicht nur die Getriebemotoren mit den Umrichtern und der Antriebs-SPS, sondern auch eine Auswahl an Bedienterminals. Vom einfachen Textdisplay bis hin zum VGA-Touchscreen, bei allen ist der Systembus standardmäßig integriert. Die Konfiguration geschieht per komfortablem PC-Programm – per Mausklick stehen sämtliche Antriebsparameter zur Verfügung.
Dieses Steuerungssystem basierend auf den intelligenten Antrieben bietet dem Maschinenentwickler auf dem hart umkämpften Maschinenmarkt neue Chancen durch kostengünstige Maschinenkonzepte, die eine flexible und qualitativ hochwertige Fertigung ermöglichen.
Weitere Informationen eA 512
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