29.01.2015

Bewegungssteuerung verbindet Mechanik und Elektronik

Die Servotechnik läuft und läuft...

Die Automatisierung treibt eine rasante Entwicklung voran, nicht zuletzt im Bereich der elektronischen Bewegungssteuerung. Das folgende Beispiel verdeutlicht: 1990 zählte der MR-J-Servoverstärker von Mitsubishi Electric 19 Parameter. Heute, rund 25 Jahre später, verfügt das aktuelle Modell MR-J4 über mehr als 150 Parameter. Damit der Anlagenbediener trotzdem schnell zum Ziel kommt, muss entsprechende Funktionalität her. Dann kann die Servotechnik voll automatisiert und mit einem Knopfdruck parametrisiert und in Betrieb genommen werden.

Autor: Amir Dehnavi, Mitsubishi Electric Europe B.V..


Bild: Mitsubishi Electric Europe B.V.

Auch übergeordnet betrachtet, werden die Vorteile moderner Servotechnik schnell deutlich: Produktionsanlagen verfügen in der Regel über räumlich unterschiedlich positionierte Wellen mit gleichen oder in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehenden Drehzahlen. Bis vor etwa 15 Jahren übernahmen diese Aufgaben mechanische Systeme, in denen die Wellen z.B. über Zahnriemen bewegt wurden und Nocken und Kurvenscheiben die Verstellung von Anschlägen oder lineare Bewegungen steuerten. Der Konstruktionsaufwand war dabei sehr hoch und alle Parameter mussten zeit- und kostenintensiv manuell bei stillstehender Maschine konfiguriert werden. Ein solches System war nicht nur unflexibel, sondern auch verschleißbehaftet. Motion-Control-Systeme zeichnen sich hingegen als wartungsfreie, flexible, kompakte Lösungen aus, die effizient, präzise und sicher arbeiten.

Entwicklung bis 2014

Der Aufbau von älteren und aktuellen Motion-Control-Systemen ist nahezu identisch, trotzdem sind deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Komponenten auszumachen. Heutige Servoverstärker zeichnen sich durch ihre hohe Anwenderfreundlichkeit aus. Wo noch vor Jahren viele Parameter und Funktionen händisch parametrisiert werden mussten, stimmen sich jetzt die Antriebe selbstständig ab. Mithilfe One-Touch-Tuning-Funktion lassen sich die Regelparameter des MR-J4-Servoverstärkers mit nur einem Tastendruck automatisch einstellen und zeitintensive Systemabstimmungen zwischen Mechanik und Elektronik minimieren. Resonanzfrequenzen von Maschine und Mechanik werden erkannt und gefiltert. Der individuelle Abgleich einzelner Anwendungen entfällt. Das Ergebnis ist ein vibrationsfreier, hochpräziser und schneller Positionierungsprozess. Fachkenntnisse eines Regelungsexperten oder zusätzliche Messgeräte sind nicht nötig. Außerdem gewinnt integrierte Sicherheit in der Bewegungssteuerung zunehmend an Bedeutung. Der Maschinenbauer selbst muss sich nicht mehr um die Erfüllung jeder einzelnen Sicherheitsvorgabe sorgen, wenn er von Anfang an auf Komponenten mit integrierten Sicherheitsfunktionen setzt. Ebenso wird das Thema Energieeffizienz immer wichtiger, auch im Motion-Control-Bereich. Durch einen flexiblen Systemaufbau, in dem z.B., Mehrfachverstärker eingesetzt werden, lässt sich Energie sparen. Moderne Motion-Control-Systeme sind zudem kompakter und wesentlich dynamischer und leistungsstärker als noch vor Jahren. Hochkompatibel und einfach skalierbar, lassen sie sich also problemlos um zusätzliche Maschinen oder Prozesse ergänzen. Mitsubishi Electric erweitert Motion-Control-Lösungen außerdem durch das leicht integrierbare C Controller-Modul. In der Produktion ersetzt es die störanfälligen PCs und steigert die Unternehmenssicherheit, Verfügbarkeit und Effizienz. Das zuverlässige Echtzeitbetriebssystem sorgt für eine direkte Kommunikation zwischen Produktions- und Betriebsleitebene (MES). Mithilfe dieser offenen Steuerungsplattform lassen sich neben der Bewegungssteuerung, kundenspezifisch weitere Prozesse realisieren, z.B. die Anbindung an Robotikanwendungen.

Schnell und einfach konfigurieren

Mit zunehmender Komplexität der Automatisierung entstehen auch immer mehr Software-Lösungen, die Installation und Betrieb von Anlagen stark vereinfachen. MELPackAL richtet sich speziell an die Verpackungsindustrie. Statt der aufwendigen Programmierung einer Anlage, ermöglicht die Software die einfache, schnelle Konfiguration mithilfe zahlreicher bereitgestellter Funktionsbausteine und vordefinierter Programme für die unterschiedlichen Servo-Motion-Aufgaben der Verpackungsmaschine. Dabei erfüllt sie die internationalen Standards OMAC PackML und PLCopen. Darüber hinaus bietet MELPackAL die automatische Programmgenerierung und Erstellung des Statusdiagramms an. Der Betreiber muss also lediglich die Vorgaben für eine bestimmte Aufgabe parametrieren und die entsprechenden Funktionsbausteine auswählen. Den Rest erledigt der Funktionsbaustein voll automatisiert.

Blick Richtung Zukunft

Bereits heute ist die Entwicklung neuer Motoren weit fortgeschritten. Die nötigen seltenen Erden sind knapp und werden derzeit fast ausschließlich in China abgebaut. Diese Monopolstellung führt zu großen Abhängigkeiten, weshalb Unternehmen an elektromagnetischen alternativen Bauteilen forschen. Ein weiterer Trend ist die Verbindung von Servotechnik und Robotik, indem Roboteranwendungen mit zusätzlichen Roboterachsen durch Servoverstärker realisiert werden. Über eine Steuerungsplattform wie die iQ Platform und das darauf basierende C Controller-Modul von Mitsubishi Electric lassen sich die beiden Bereiche verknüpfen. Neben dem Motion-Bus SSCNETIII/H zur Anbindung an Automatisierungssysteme von Mitsubishi Electric gibt es am Markt eine Reihe weiterer offener Netzwerke, z.B. Ethercat oder Profinet. Mit dem neuen Servoregler MR-J4-TM öffnet der Hersteller deshalb erstmals seine Servotechnik für Steuerungen von Drittanbietern. Für die nötige Netzwerkkompatibilität sorgen Anybus-Steckkarten des e-F@ctory-Alliance-Partners HMS Industrial Networks. Angesichts der rasanten Automatisierung und Optimierung von Antriebslösungen durch Servotechnik innerhalb des vergangenen Jahrzehnts und der bereits laufenden Forschungen, z.B. zu Motoren oder neuen Kombinationen von Technik, wird dieses Entwicklungsfeld sicherlich auch in den kommenden Jahren spannend bleiben.

Empfehlungen der Redaktion

Vergangenheit beachten

Bei der fortschreitenden Entwicklung und den rasch aufeinander folgenden Modellen und Serien, kann der Ersatz von Komponenten zeitintensiv und teuer werden, wenn aufgrund mangelnder Kompatibilität zusätzliches Programmieren und Umbauen notwendig wird. Eine durchgängige Rückwärtskompatibilität ist daher von besonderem Interesse für Maschinenbauer und -betreiber und wird bei Mitsubishi Electric entsprechend groß geschrieben. Die Servoverstärkerreihe MR-J4 ist rückwärtskompatibel und verfügt über entsprechende Parameter- und Netzwerkkonverter. Mit speziellen Optionen für Schaltschrankbauer lässt sich die neue Reglergeneration problemlos in einen bestehenden Schaltschrank integrieren. Um eine hohe Effizienz in der Automatisierung zu erzielen, ist bei aller Zukunftsorientierung die Vergangenheit nicht außer Acht zu lassen. n

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