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Richtungsweisendes Automatisierungssystem

Motion-Controller, Sicherheitssteuerung, Mehrachsregler und zentrale Versorgungseinheit
Richtungsweisendes Automatisierungssystem

Das Automatisierungssystem SystemOne CM von LTI Motion integriert einen Motion-Controller, eine Sicherheitssteuerung, eine zentrale Versorgungseinheit und Mehrachsregler optimal in einem Formfaktor und setzt so Maßstäbe hinsichtlich Kompaktheit und Kosteneffizienz, Einfachheit, Flexibilität, Sicherheit, Dynamik und Präzision.

Joachim Albach ist Leiter Produktmanagement LTI Motion GmbH in Lahnau

SystemOne CM kombiniert auf revolutionäre Art und Weise scheinbar konträre Eigenschaften miteinander und vereint sie zu einer einzigartigen Lösung. Möglich wird dies durch eine radikale Steigerung des Integrationsgrades, der sowohl auf Schaltungs-, Baugruppen- als auch Geräteebene vollzogen wurde. Dies erlaubt es zum einen, den notwendigen Materialeinsatz und damit auch die Baugröße zu reduzieren, und zum anderen die Performance hinsichtlich Dynamik und Präzision zu steigern. Ein weiterer Vorteil des hohen Integrationsgrades und der reduzierten Bauteilmenge besteht in einer hohen System- und damit auch Maschinenverfügbarkeit. Gleichzeitig verringert sich durch diesen Ansatz die Komplexität des Systems und vereinfacht das Engineering.
Die Revolution der Kompaktheit
SystemOne CM ist deutlich kompakter als bisher am Markt verfügbare Automatisierungssysteme. Deutlich wird dies, wenn man z.B. eine typische Konfiguration von sechs Achsen, inklusive Motion-Controller, Sicherheitssteuerung und Hilfsspannungsversorgung betrachtet. Hier spart SystemOne CM ca. 40 % Platz im Schaltschrank gegenüber marktüblichen Automatisierungssystemen mit Doppelachsen und noch einmal zusätzlich 60 % gegenüber der Verwendung von Einzelachsen. Integration ist hierbei der Schlüssel zum Erfolg. So besitzen Einachs-, Doppelachs- und der einzigartige Drei-Achsregler jeweils nur ein Gehäuse, eine Steuerelektronik und ein Schaltnetzteil. Das sorgt für Kosteneffizienz und minimalen Platzbedarf. Das Thema Integration zieht sich konsequent durch das komplette Automatisierungssystem. So integrieren sich in einem Modul der Motion Controller und die Safety PLC und in einem anderen die Versorgungeinheit des Achsverbunds und ein 500-W-Schaltnetzteil, wobei die Integration bereits auf der Schaltungsebene beginnt. Daher sitzt in den Antriebsreglern ein neu entwickeltes Regelungs-ASIC, das die notwendige Rechenleistung und die antriebsspezifischen Hardwarefunktionen auf einem einzigen Chip kostengünstig und kompakt integriert.
Die Einfachheit
SystemOne CM vermeidet Überflüssiges und hält die Dinge so einfach wie möglich. So sind die Installationsaufwände gegenüber herkömmlichen Lösungen stark reduziert, zum einen wegen der geringen Anzahl der benötigten Komponenten und zum anderen weil diese zeitsparend über ein einfaches Verbindungssystem miteinander kontaktiert werden können. Einfach ist auch der Anschluss von Motorgebern − neben den klassischen Gebersystemen wird auch die Einkabel-Technologie unterstützt. Damit ist es möglich, auf die Geberleitung komplett zu verzichten und die Installation weiter zu vereinfachen. Die Geberinformation und die Motortemperatur werden über nur zwei Adern der Motorleitung übertragen. Eine weitere Vereinfachung stellt der zentrale Datenpool dar, der sichere und nicht sichere Daten zentral im Motion Controller hält und nach dem Power-On den Antriebsreglern zur Verfügung stellt. Damit wird die Konfiguration deutlich vereinfacht, da z.B. die notwendigen Skalierungen von Drehgebern und Wegeinheiten nur ein einziges Mal zentral durchgeführt werden. Das reduziert mögliche Fehlerquellen und vereinfacht das Engineering.
Die Flexibilität
Besondere Flexibilität steckt im Motion-Controller, der sowohl für einfache Steuerungsanwendungen als auch für dynamische und komplexe Applikationen geeignet ist. Er hat eine skalierbare Prozessorleistung von 1,3 GHz (Intel Atom) bis hin zu 2,2 GHz (Intel Core i3). Das System ist dabei so flexibel, dass der Anwender frei wählen kann, ob er die Applikation selber auf einer Linux-Plattform erstellt, oder eines der nachfolgend beschriebenen Funktionspakete von LTI Motion verwendet. Das Funktionspaket PLC beinhaltet die Motion Control Function Blocks nach PLCopen, die einen internationalen Standard in der Steuerungstechnik darstellen. Es hat neben den Funktionsblöcken für Einachs- und Mehrachsbewegungen auch Logikfunktionen. Dabei werden die in der IEC61131 definierten Programmiersprachen unterstützt. Das Funktionspaket CNC stellt für die Automatisierung von Werkzeugmaschinen umfangreiche Funktionspakete auf Basis des Andronic-CNC-Kerns zur Verfügung, die sowohl für einfache 2,5D als auch für High-End fünf-Achs-CNC-Anwendungen geeignet sind. Die Robotik-Funktionspakete decken einfache Handlingaufgaben ebenso ab wie Robotikanwendungen mit seriellen Kinematiken. Sie beinhalten auch das Funktionspaket PLC. Somit können z.B. auch Kombinationen von Synchron- und Handlingsanwendungen einfach und elegant gelöst werden.
Die Sicherheit
Die funktionale Sicherheit ist ein integraler Bestandteil von SystemOne CM. Das System hat eine vollwertige Sicherheitssteuerung, die mit bis zu 32 sicheren On-Board-E/As ausgestattet werden kann und wirtschaftliche Sicherheitslösungen erlaubt. Das Safety-Programm in der Sicherheitssteuerung managt nicht nur die sicheren E/As, sondern auch eventuell notwendige sichere Bewegungen in den Antriebsreglern. Die Antriebsregler bieten in der Standardausführung STO nach SIL3, PL e, Kat 4 und SBC nach SIL2, PL d, Kat 3 und sind daher auch in sicherheitstechnisch anspruchsvollen Anwendungen wie schwebenden Lasten und Pressen geeignet. Optional können sie selbstverständlich auch ihre Bewegung sicher überwachen. Dazu kommen zwei integrierte Sicherheitscontroller zum Einsatz, die zum einen die Bewegung und zum anderen sich selbst gegenseitig überwachen. Somit werden die Funktionen SS1, SS2, SOS, SLS, SLI, SDI und SLP nach SIL3, PL e, Kat 4 realisiert. Durch diesen hohen Sicherheitslevel ist der Einsatz in allen Anwendungen möglich. Ein sicherheitstechnisches Merkmal ist die sichere Arbeitsraumüberwachung. Die Antriebsregler stellen dabei der Sicherheitssteuerung die sicheren Positionen über EtherCAT FSoE zur Verfügung. Diese ist dann in der Lage, bei bekannter Kinematik einen Arbeitsraum sicher zu überwachen oder den kollaborierenden Betrieb zwischen Mensch und Roboter abzusichern.
Dynamik und Präzision
Eine der wesentlichen Kennzahlen einer Maschine ist ihre Produktivität. Je größer der Ausstoß pro Zeiteinheit, desto höher ist ihre Wirtschaftlichkeit. Dabei werden immer häufiger auch höhere Anforderungen an ihre Präzision gestellt. SystemOne CM hat daher eine ganze Reihe an Funktionen und Eigenschaften, die die Dynamik und Präzision von Maschinen steigern. Jedem Achsmodul steht pro Achsregler ein leistungsfähiges ASIC mit 32-Bit-Microcontroller und Floating-Point-Unit zur Verfügung. Ein Dreiachsregler hat somit drei ASICs und dadurch im Vergleich zu einem Einachsregler keinerlei Einschränkung an Rechenleistung. Falls gefordert, kann er dadurch einen Stromreglertakt von 16 kHz realisieren. Dies führt zusammen mit den eingebauten Rauschunterdrückungsfunktionen zu einer hervorragenden Regelungsperformance. Funktionen zur Kompensation von Geberfehlern, mechanischen Eigenfrequenzen und Fehlern in der mechanischen Übertragungsstrecke stehen ebenso zur Verfügung wie eine Rast- und Reibmomentkompensation. Ergänzt wird dies durch eine prädiktive Vorsteuerstruktur mit Piko-Interpolation. Mit den eingebauten Autotuning-Funktionen ist der Anwender daher nur einen Click von der optimalen Einstellung entfernt. Zur optimalen Regelung von schwingungsfähiger Mechanik identifiziert SystemOne CM die mechanische Strecke mit ihrem Frequenzgang und ihren Eigenfrequenzen. Aufgrund dieser Informationen werden Zustandsregler mit Beobachterstrukturen automatisch parametriert und sorgen für Dynamik und Präzision am Rande des physikalisch Machbaren.

Kontakt

info

LTI Motion GmbH
Gewerbestraße 5-9
35633 Lahnau
Tel. +49 6441 966-0
www.lti-motion.com
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