Antriebstechnik

Webbasierte Engineering-Tools für die Antriebsauslegung

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Das Engineering macht einen großen Anteil an den Kosten einer Maschine aus. Mit einem modularen Baukasten webbasierter Engineering-Tools lassen sich die Kosten reduzieren Bild: sdecoret/Fotolia.com
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Beim Engineering in der Antriebstechnik geht es darum, teils komplexe, individuelle Kundenanforderungen zu erfüllen. Daher nutzen die Hersteller zunehmend leistungsfähigere software-gestützte Engineering-Werkzeuge. In unserer Trendbefragung erklären Experten aus der Antriebstechnik wie leistungsfähig diese Tools sind und wo ihre Grenzen liegen.

Interview: Johannes Gillar, stellvertretender Chefredakteur elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: Parametrieren statt Programmieren – das gilt inzwischen auch in der Antriebstechnik für immer ausgefeiltere Bewegungsabläufe. Welche Tools bieten Sie hier an und welche Branchen/Aufgaben adressieren Sie bereits?

Dr. Christian Mundo (Siemens): Für unsere Antriebsfamilie Sinamics gibt es je nach Aufgabenstellung unterschiedliche Tools für die Parametrierung der Antriebe: Mit Sinamics Starter kann der Antrieb optimal per Parametrierung an die Aufgabenstellung angepasst werden. Die identische Benutzerführung für Steuerung, HMI und Antriebstechnik erhöht die Produktivität des Engineerings und reduziert Fehlermöglichkeiten. So können Anwendungen mit Pumpen, Kompressoren und Lüftern äußerst effizient und intuitiv realisiert werden. Mit integrierten Motion-Funktionen kann die Bewegungsführung, etwa von Aufzügen, Kränen, Förder – und Lagersystemen komplett integriert und zeitsparend realisiert werden. Bei komplexeren Aufgabenstellungen verwenden wir Sinamics DCC (Drive Control Chart), eingebettet ins Engineering-System Starter. Über die grafische Verknüpfung von Funktionselementen können antriebsnahe Funktionen selbst in Mehrachsanwendungen realisiert werden können. Es gibt hierfür ca. 140 vordefinierte Funktionsblöcke, so dass Anwendungen wie z.B. Wickler oder Fliegende Schere ohne aufwendige Programmierung z.B. in Converting-Anwendungen per drag & drop realisiert werden können.

Andreas Röttger (Lenze): Wir setzen seit vielen Jahren alles daran, unseren Kunden das Engineering über alle Phasen des Lebenszyklus der Maschine hinweg zu vereinfachen. Einen wesentlichen Beitrag dazu leistet unsere durchgängige Engineering-Toolkette Easy, mit der wir das Parametrieren statt Programmieren in allen Betriebsphasen ermöglichen. Die einzelnen Werkzeuge sind auf die jeweilige Phase im Lebenszyklus der Maschine zugeschnitten. Über eine Schnittstelle stellen wir eine Durchgängigkeit der Oberflächen her, sodass diese immer auf die gleiche Art und Weise in allen Werkzeugen zu finden sind. Sie beinhalten zusätzlich ein Skill-Level, und unterstützen den User entsprechend seiner Fähigkeiten. Das heißt, auch wenig geschulte Anwender können ganz ohne Maschinen-Know-how einfach ihre Aufgaben erledigen. Darauf aufgesetzt bieten wir unsere Applikation Software Toolbox Fast, die häufig benötigte Maschinenfunktionen als standardisierte Technologiemodule zur Verfügung stellt. Das Framework besteht aus Template und intelligenten, standardisierten Softwarebausteinen. In ihnen haben wir sozusagen unser Maschinenwissen gekapselt. Unsere Kunden können damit auch komplexe Maschinenfunktionen einfach und betriebssicher in ihre Maschinen integrieren – eben durch Parametrieren. Wir gehen davon aus, dass bis zu 80% des Motion-Software-Engineerings auf Basis dieser vorgedachten Lösungen erstellt und wiederverwendet werden können. Dies resultiert in einem wesentlich schlankeren Engineeringprozess und reduzierten Entwicklungszeiten, eröffnet aber auch neue Möglichkeiten der Nutzung von Daten sowie der Generierung von Informationen für die Prozessoptimierung. Wir bieten vorgefertigte Applikationen für die typischen Anwendungen in den Branchen Verpackungstechnik, Automotive, Intralogistik, Printing & Converting sowie Textil. Im nächsten Schritt bauen wir unsere dritte Säule weiter aus: unsere Smart Mobile Apps, mit denen wir auch wieder alle Phasen unterstützen werden.

Dr. Omar Sadi (Nord Drivesystems): Unsere Positionierfunktionalität für absolute, relative oder additive Positionieraufgaben ist bereits seit Anbeginn parameterorientiert aufgebaut, wird also nicht im klassischen Sinne programmiert, sondern die Art der Bewegungsabläufe ist über Parameter sowie steuernde Sollwerte bestimmt. Für einfache Bewegungsabläufe ist dies schnell und effektiv mittels unserem Programmiertool „NordCon“ für den Anwender möglich. Nichtsdestotrotz bieten wir im Zusammenhang mit unserer on-Bord-PLC-Funktionalität im Umrichter auch die Möglichkeit, entsprechende Bewegungsabläufe mit Motion-Bausteinen zu programmieren. Diese Variante kommt vor allem dann zum Tragen, wenn die Bewegungsabläufe komplexer oder spezieller werden, so dass der zur Beschreibung der Funktion notwendige Parameterumfang zu groß werden würde.

Stephan Scholze (Stöber): Wir sehen einen nennenswerten Trend zu vorgefertigten dezentralen Bewegungsabläufen in den Antriebsreglern der 6. Generation, die per Parameter an die Anwendung angepasst werden. Darunter fallen auch einfache Schrittketten, die quasi mit Parametern eingestellt werden. Die so entstehenden Bewegungsabläufe werden über beliebige PLC‘ angesteuert. Die Software DriveControlSuite (DS6) unterstützt den Anwender bei dieser Inbetriebnahme in einer Art und Weise, die state of the art ist. Eine einfache und anschauliche Führung durch eine Reihe einfacher Assistenten erleichtert dies erheblich. Damit lassen sich praktisch alle Bewegungsaufgaben lösen, beispielsweise in Verpackungsmaschinen, Automation/Robotik oder auch Werkzeugmaschinen.

elektro AUTOMATION: Wie leistungsfähig sind solche Tools? Eignen sie sich auch dann, wenn komplexe Kundenanforderungen in anwenderspezifischen Lösungen punktgenau erfüllt werden müssen?

Dr. Mundo (Siemens): Sinamics DCC verfügt über einen derart mächtigen Funktionsumfang, dass selbst komplexeste kunden- bzw. applikationsspezifische Anwendungen schnell realisiert werden können. Dies macht besonders Sinn, insofern es sich hier im Sinne einer Objektorientierung um antriebsnahe Funktionen und Automatisierungsaufgaben handelt (Stichwort; Modulare Maschine). Außerdem können für kundenspezifische Detaillösungen eigene Funktionsbausteine zur Integration des eigenen Know-hows eingebunden werden. DCC bietet zudem die Möglichkeit, zusätzlich mit Advanced Technology Functions eigene Bibliotheken anzulegen. Geht es um die übergeordnete Koordination einer Gesamtanlage mit mehreren Anlageneinheiten, so werden traditionell nach wie vor Speicher programmierbare Steuerungen eingesetzt.

Röttger (Lenze): Wenn wir uns das Maschinenumfeld anschauen, dann kann man sicher bis zu 80% als parametriebare Lösung vorhalten. Der Rest ist dann Spezialwissen des Kunden, das können und wollen wir nicht in die Tools reindesignen. Auf der einen Seite wäre das Tool nicht mehr für alle nutzbar, auf der anderen Seite – und das ist noch viel wichtiger – sind die fehlenden 20% das, was die Maschine besonders macht und dem Kunden seinen Wettbewerbsvorteil sichert. Hier beginnt also die Programmierung. Indem wir auf genormte Standards setzen, machen wir es dem Programmierer auch hier möglichst einfach: wir setzen auf IEC61131 und stellen mit unserem PLC Designer ein Werkzeug zur Verfügung, das auf dem Marktführer Codesys 3.0 aufsetzt. Also zusammengefasst: Die Basisfunktionen kann der Maschinenbauer mit Standards umsetzen, und sich so auf die Programmierung seiner Maschinenspezialität konzentrieren. Wir bieten unseren Kunden übrigens auch die Möglichkeit, aus einer Programmierung im Nachgang eine wiederverwendbare parametrierbare Software zu machen.

Dr. Sadi (Nord Drivesystems): Die Leistungsfähigkeit unserer Parametrier- und Programmiertools steigt stetig an, da sie mit dem Funktionalitätszuwachs der Geräte schritthalten müssen. Je komplexer die Funktionalitäten werden, desto mehr braucht der Kunde/Bediener eine zielgerichtete Unterstützung bei der Verwendung dieser Tools. Dies schließt Assistenten genauso ein wie Wizards, welche zukünftig den Kunden besser assistieren werden. Dabei bleibt aber letztendlich die Problematik, dass nicht wirklich hundert Prozent aller Anwendungsfälle und Varianten einzelner Funktionalitäten abgedeckt werden können. Der Anspruch wird aber sein, hier möglichst viele Fälle abdecken zu können.

elektro AUTOMATION: Gibt es Grenzen des Einsatzes – wo stößt etwa die Aufteilung in Teilfunktionen an ihre Grenzen, weil eher das Gesamtsystem zu betrachten ist (vergleichbar der Diskussion beim Thema Energieeffizienz)?

Dr. Sadi (Nord Drivesystems): Natürlich wird es immer Grenzen geben. Die Aufteilung in Teilfunktionen bietet die Chance einen möglichst großen Anwenderkreis zu erreichen, macht aber das Gesamtsystem und seine Bedienung letztendlich komplexer und schwieriger. Spezialisierte Ansätze für Gesamtsysteme bieten hier natürlich den optimierten Ansatz, kranken dann aber an der Vielzahl der unterschiedlichen Gesamtsysteme und der dafür notwendigen Tools oder Assistenten.

Scholze (Stöber): Für besondere Anforderungen, zum Beispiel hinsichtlich der Dynamik oder etwa einer Reaktion auf Maschinenereignisse können diese vorgefertigten Bewegungsabläufe an ihre Grenzen stoßen. Die Besonderheit der Antriebsregler der Firma Stöber besteht darin, dass sie grafisch programmierbar sind und solcher Art erstellte Funktionen sich in Maschinensprache direkt in den Antriebsreglerzyklus einklinken. Damit sind der Bewegung praktisch keine Grenzen mehr gesetzt. Wir bieten diese Programmierung unter dem Namen „Taylor Made Application“ als Service an. Anwender mit dem Anspruch auf eigenes „Motion know how“ führen dies bevorzugt selbst durch. Mit der unserer Meinung nach besten antriebsreglerintegrierten Oszilloskopfunktion auf dem Markt bleibt keine Chance unentdeckt, die Maschine noch leistungsfähiger zu machen. Wenn interpolierende bzw. Bahnerzeugende Bewegungen erforderlich sind, gibt es den alternativen Trend zur zentralen Generierung der Bewegungsabläufe in einer Motion-Control-Steuerung wie etwa MC6 auf Basis Codesys.

elektro AUTOMATION: Welche Rolle spielt in diesem Zusammenhang der „digitale Zwilling“? Existiert dieser bereits vor der Programmierung/Parametrierung als „Master“ oder entsteht er eher als Folge davon? Welchen Nutzen kann der Anwender aus dem digitalen Zwilling ziehen?

Dr. Mundo (Siemens): Der „Digitale Zwilling“ entsteht bereits heute bei der Entwicklung des mechatronischen Systems. Siemens bietet mit der Digital Enterprise Software Suite Entwicklungstools für eine durchgängige Prozesskette an – von der Entwicklung des mechatronischen Systems bis zum Produktdatenmanagement wird der Produktlebenszyklus vollständig unterstützt. Siemens bietet natürlich auch die erforderlichen Simulationstools an – von der mechanischen Simulation bis zur Simulation des Steuerungs- und Regelungsverhaltens wird das mechatronische Systemverhalten des Antriebssystems verifiziert, noch bevor ein erster Prototyp entsteht. Für den Kunden reduzieren sich damit die Entwicklungszeiten sowie die Kosten und Risiken, die mit Korrekturen an realen Prototypen verbunden sind.

Röttger (Lenze): Heute ist es sicher meistens noch so, dass der Digitale Zwilling (DZ) als Abbild des realen Systems im Nachgang erstellt wird. Zukünftig wird er aber ganz sicher als „Master“ entstehen: Also erst digital, dann die reale Maschine. Durch die Erstellung des DZ mit modernen Simulationstools kann das Verhalten abgeleitet und später real umgesetzt werden. Unser Ziel ist es, die Kunden dabei zu unterstützen, die Maschine erst digital aufzubauen und mit Informationen anzureichern. Die Inbetriebnahme der Maschine passiert dann sozusagen am Schreibtisch. Durch das Laden des Programms in den Controller, kann die Bewegung der Maschine geprüft werden und ganz am Schluss – wenn der Maschinenbauer sicher ist, dass das Setup stimmt und alles gut läuft – beschäftigt er sich mit der realen Hardware. Wir nennen das Virtuelles Iteratives Engineering. Der Vorteil: die Inbetriebnahmezeiten reduzieren sich und mit der Hardware muss sich der Kunde erst ganz am Schluss befassen. Der eigentliche Clou ist jedoch, dass der Maschinenbauer relativ schnell seinen eigenen Kunden ein verlässliches Performanceversprechen machen kann. Wir sehen zwei Anwendungsgebiete für Digitale Zwillinge. Da wäre einmal der Einsatz für Logistik und Sales und zweitens für Inbetriebnahme, Diagnose und Service.

Dr. Sadi (Nord Drivesystems): Bisher arbeiten wir an dem Thema „digitaler Zwilling“ im Zusammenhang mit unseren Frequenzumrichtern noch nicht. Zukünftig ist aber zu erwarten, dass dieser für den Maschinenbauer und Endanwender eine zunehmende Bedeutung erlangen wird. Das digitale Abbild der realen Maschine, das gleichzeitig mit dieser erstellt und erweitert wird, ermöglicht eine flexiblere und modularere Gestaltung von Produktionsanlagen und wird damit zu einem wichtigen Thema innerhalb der Digitalisierung.

Scholze (Stöber): Ob in den Generation 6 Antriebsreglern oder auf der Steuerung MC6: Der digitale Zwilling ist bei Stöber bereits Realität. Alle Funktionen lassen sich vor der Inbetriebnahme in der Realität parametrieren und die resultierenden Bewegungsabläufe vorab analysieren. Dies reduziert den verbleibenden Aufwand an der realen Maschine auf ein Minimum. Somit ist die größtmögliche Parallelisierung von Entwicklungsaufwänden von Maschinen und Anlagen und damit die größtmögliche Wirtschaftlichkeit gegeben.

elektro AUTOMATION: Wie weit lassen sich solche Tools auch ohne detailliertes Produkt-/Technikwissen nutzen?

Dr. Mundo (Siemens): Die Stärke unserer Tools ist ganz klar die einfache Handhabung und die objektorientierte Konfiguration und Parametrierung des Prozesses. Dies wird unterstützt durch Funktionen und GUIs, die aus dem Office-Bereich bekannt sind. Ganz bewusst verfolgen wir die Strategie, dass sich der Anwender auf seine Applikation konzentrieren kann und keine tiefgehende Toolschulung benötigt. Die Stärke unserer Tools ist auch die Durchgängigkeit: so einfach wie sich die objektorientierte Konfiguration und Parametrierung durchführen lassen, so einfach erfolgt auch die Inbetriebnahme.

Röttger (Lenze): Um unsere Tools zu nutzen braucht der Maschinenbauer gar kein Produktwissen mehr. Er kann sich ganz auf seine Maschine konzentrieren, muss lediglich den Prozess beschreiben. Unsere Tools unterstützen ihn dann so weit, dass er zum Schluss quasi per Knopfdruck weiß, ob er ein System mit einer zentralen oder dezentralen Steuerung und welche Software er benötigt. Auch hier hat der Kunde natürlich die Möglichkeit, sein Spezialwissen hineinzubringen, er muss dann eben nur wieder tiefer eintauchen.

Dr. Sadi (Nord Drivesystems): Unsere Tools zur Bedienung und Programmierung lassen sich grundsätzlich auch ohne spezielles Produkt-/Technikwissen nutzen. Es gilt hier aber sicherlich, wie für alle Technikzusammenhänge der Grundsatz, dass je spezieller die Anforderungen und je genauer und dynamischer die spätere Funktion sein soll, desto höher wird auch die Anforderung an das Technikwissen sein. Auch entsprechende vorherige Simulationen, Identifikationen, Assistenten oder digitale Zwillinge können dies vielleicht mindern, aber sicherlich nie vollständig kompensieren.

Scholze (Stöber): Die Kenntnis um die Maschine und die Anforderung an die Bewegungsabläufe ist für eine Parametrierung und Inbetriebnahme unabdingbar. Aufgrund der intuitiven Führung durch die Tools sind praktisch beim Ermitteln der Parameter keine detaillierten Produktkenntnisse mehr erforderlich. Eine besondere Stärke der Firma Stöber sehen wir in der umfassenden Unterstützung, wenn weitergehende Kenntnisse erforderlich werden.

elektro AUTOMATION: Sehen Sie mittel- bis langfristig die Notwendigkeit, sich mit Ihren Tools in übergeordnete Engineering-Systeme integrieren zu müssen – Stichwort durchgängiges Engineering? Wie unterstützen Sie aus der Automatisierung heraus den Austausch mit anderen Disziplinen wie der Mechanik- und/oder IT-Entwicklung?

Dr. Mundo (Siemens): Wir unterstützen heute schon die durchgängige Planung vom Produktdesign bis zum Anlagenengineering mit unserer Digital Enterprise Software Suite, z.B. mit Teamcenter, NX, Comos sowie Sinamics Starter. Hierzu einige Beispiele: für das Anlagendesign können wir 3D-CAD-Geometriedaten als JT oder STEP zur Verfügung stellen, die Designparameter können über Interfaces eingelesen werden. Das Antriebssystem wird mit der angetriebenen Maschine, z.B. einem Kompressor, simuliert und die Auslegung verifiziert. Für das Anlagendesign stellen wir Funktionsblöcke, DCS Configuration, Single lines und Schaltbilder in nativen Formaten der marktführenden ECAD-Systeme zur Verfügung und integrieren uns damit in den Anlagendesign-Prozess. Für den kundenspezifischen Antrieb stellen wir schließlich unserem Kunden den „Digital Twin“, den digitalen Zwilling zur Verfügung, sodass alle Designparameter, Programme, Parameter, Dokumentationen, Zertifikate und Modelle des realen Antriebs einfach zugänglich gemacht werden.

Röttger (Lenze): Ganz klar Ja! Tools müssen in ein übergeordnetes Engineering integrierbar sein. Nur so kann die Maschine mit einem angemessenen Aufwand realisiert und effizient betrieben werden. Lenze setzt schon heute in seinen Produkten leistungsfähige, marktübliche Standard-Schnittstellen ein. Aus dem Umfeld von Industrie 4.0, zum Beispiel durch die Nutzung von Digitalen Zwillingen oder die Anbindung an verschiedene Clouds, ergeben sich neue Anforderungen. Auch hier sind wir schon gut dabei und unterstützen Standards, wie Automation ML, Open AAS, MQTT oder OPC UA.

Dr. Sadi (Nord Drivesystems): Der Trend den Komponentengedanke zunehmend durch einen Systemgedanken zu ersetzen ist kein neuer. Die damit einhergehende Digitalisierung und der Trend zu intelligenten mechatronischen Einheiten bedingen daher bereits heute, dass die einzelnen Abteilungen gar nicht mehr unabhängig voneinander arbeiten können. Dezentrale Frequenzumrichter-Getriebemotoreneinheiten stellen somit zwangläufig auch eine Symbiose aus unterschiedlichen Bereichen dar. Die Einbindung der IT, welche sich heute im Wesentlichen auf die Tools und Dienstleistungen im Umfeld der Produkte beschränkt, wird in den nächsten Jahren eine zunehmende Bedeutung erlangen. Der intelligente Sensor bringt in diesen Zusammenhang aber teilweise auch die Probleme aus der IT-Welt – Stichwort „Datensicherheit“ – stärker in das industrielle Umfeld. Mechanik-Hersteller, welche sich vorher mit solchen Fragen nicht im Zusammenhang mit ihren Produkten beschäftigen mussten, sind heute mit diesen konfrontiert.

Scholze (Stöber): Die Frage suggeriert es ja bereits: Eine Integration in übergeordnete Engineering-Systeme wird mittelfristig für den Erfolg maßgeblich sein. Den Grundstein hierfür haben wir durch die Verwendung der Codesys-Plattform bereits gelegt. Aber auch in der Kommunikation/Vernetzung mit Leitsystemen arbeiten wir an der Integration modernster Methoden, wie der Companion Specification für elektrische Antriebe (OPC UA). Das Antriebsauslegungs-Tool ServoSoft spricht die Sprache des Mechanikers. Dadurch kann er spielend seine mechanischen Anforderungen an die Bewegung in Ampère und Millisekunden übersetzen. Insgesamt gibt es drei nahtlos ineinandergreifende Tools, die dem Anwender die an sich komplexe Technik auf einfachste weise nahe bringen: die AutomationControlSuite (AS6), die DriveControlSuite (DS6) und ServoSoft.

Mehr zum Thema webbasierte Engineering-Tools:http://hier.pro/VMyWF


„Für unsere Antriebsfamilie Sinamics gibt es je nach Aufgabenstellung unterschiedliche Tools für die Parametrierung der Antriebe.“

Christian Mundo, Leiter Digital Office, Siemens Process Industries & Drives, Large Drives
Bild: Siemens

„Wir bieten unseren Kunden die Möglichkeit, aus einer Programmierung im Nachgang eine wiederverwendbare parametrierbare Software zu machen.“

Andreas Röttger, Leiter Profit Center Engineering Tools, Lenze
Bild: Lenze

„Unsere Tools zur Bedienung und Programmierung lassen sich grundsätzlich auch ohne spezielles Produkt-/Technikwissen nutzen.“

Dr. Omar Sadi, Geschäftsführer Nord Drivesystems
Bild: erik krüger photography

„Tools müssen in ein übergeordnetes Engineering integrierbar sein. Nur so lässt sich die Maschine mit einem angemessenen Aufwand realisieren und effizient betreiben. “

Stephan Scholze, Mitglied der Geschäftsleitung, Stöber Antriebstechnik
Bild: Stöber Antriebstechnik

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