29.10.2020

Flinkes Multi-Talent

Bei Anwendungen mit Servoachsen werden häufig hohe Anforderungen an die schnelle Reaktion auf Prozessgrößen gestellt. Da die Regler heute meist über Netzwerke mit einer Steuerung verbunden sind, kann dies dazu führen, dass die angestrebten Reaktionszeiten nur schwer oder gar nicht erreichbar sind. Schließlich sind die Übertragungs- und Verarbeitungszeiten nicht zu vernachlässigen. Mit dem dezentralen Ansatz von Promicon lassen sich solche Aufgabenstellungen auf elegante Weise beherrschen.


Die CompactMotion-Regler können praktisch jeden Synchronantrieb passend ansteuern, egal ob AC-Servo-, Linear- oder Torquemotor.
Bild: PROMICON Elektronik GmbH + Co. KG

Die Geräte der Serie CompactMotion sind vielseitig einsetzbare Servoregler, die sich durch ihre Architektur besonders gut für derartige Situationen eignen und zudem viel Funktionalität und Flexibilität bei der Realisierung von Motion-Control-Lösungen bieten. Um diese Zielsetzungen mit einer Gerätereihe zu erreichen, müssen die Servoregler in vielerlei Hinsicht anpassungsfähig sein:

  • • Netzwerk-Anschaltungen zu gängigen Steuerungstopologien
  • • Vielfältige Technologiefunktionen
  • • Frei programmierbar durch integrierten Motion-Controller
  • • Hohe Dynamik und Präzision der Servoachsen
  • • Ansteuerung unterschiedlicher Motortypen von verschiedenen Herstellern
  • • Universelles Interface für verschiedene Feedback-Systeme
  • • Funktionale Sicherheit

Beispiel aus der Praxis

In einem Fügeprozess soll die Kraft über den Motorstrom erfasst werden. Beim Erreichen eines Grenzwertes muss die Bewegung innerhalb einer Millisekunde gestoppt und die Rückwärtsbewegung gestartet werden. Hierbei darf der Grenzwert des Stromes nicht überschritten werden. Zudem muss die Position beim Erreichen des Grenzwertes aufgezeichnet und der übergeordneten Steuerung zur Überwachung der Qualität mitgeteilt werden. Der gesamte Prozess wird vom integrierten Motion-Controller komplett autonom abgewickelt:

  • • Starten der Fügebewegung
  • • Warten bis Grenzwert erreicht
  • • Aufzeichnen der Achsposition
  • • Stoppen der Bewegung
  • • Starten Rückwärtsbewegung

Durch diese dezentrale Vorgehensweise werden Zeitverzögerungen bei der Übertragung und Schwankungen der Verarbeitungszeiten in der Steuerung vollständig eliminiert und das Kriterium von einer Millisekunde eingehalten.

Netzwerke und Feldbusse

Da sich die Servoregler durch sehr kurze Reaktionszeiten auszeichnen, ist die Netzwerk-Anschaltung ebenfalls für kurze Reaktionszeiten und hohen Datendurchsatz ausgelegt. Um eine hohe Performance zu erreichen, wurde die Anschaltung mit einem ARM-basierten netX-Prozessor realisiert. Zudem können die Servoregler auch in nicht-echtzeitfähigen Netzwerken durch das TCP/IP-Protokoll angesteuert werden. Das ist besonders interessant, um die Servoregler direkt mit einem PC oder Rechner zu verbinden. Da die Servoregler über einen integrierten Motion-Controller verfügen, können somit auch zeitkritische Aufgaben realisiert werden, etwa die Positionserfassung beim Schalten eines Eingangs (Strichmarkenerfassung). Die Geräte können direkt an folgenden Netzwerken bzw. Feldbussen betrieben werden: Profinet, Profibus, Ethercat, CANopen und Ethernet TCP/IP.

Einfache Anbindung an Steuerungen

Um die Anbindung an Steuerungen über industrielle Netzwerke möglichst einfach zu gestalten, stehen fertige Funktionsbausteine zur Verfügung. Sie arbeiten beim Einsatz verschiedener Steuerungen stets identisch, so dass keine Abhängigkeit vom SPS-Typ besteht.

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Steuern mit PCs über Ethernet TCP/IP

Eine weitere Möglichkeit den Servoregler anzusteuern besteht über Ethernet und das TCP/IP-Protokoll. Diese Methode ist besonders für Industrie-PCs interessant, da sie standardmäßig über einen Ethernet-Anschluss verfügen und das TCP/IP-Protokoll leicht in Applikations-Software integrierbar ist. Die Kommunikation erfolgt über pNET-Telegramme und erlaubt den Zugriff auf Parameter, Variablen, Objekte, Funktionen sowie I/Os des Servoreglers. Hierdurch entsteht eine breite Vielfalt von Möglichkeiten.

Integrierter Motion-Controller

Der integrierte Motion-Controller verfügt über alle Elemente, die zur flexiblen Gestaltung von Bewegungen und Abläufen erforderlich sind. Hierzu zählen Arithmetik, Verknüpfungen, remanente Variablen oder Zeitgeber. In Verbindung mit Objekten zur Beeinflussung der Achse lassen sich eine Fülle von Technologiefunktionen realisieren.

  • • Erkennen von Hindernissen
  • • Beeinflussung des Motorstroms
  • • Positionserfassung mit Trigger-Eingang
  • • Setzen von Ausgängen abhängig von der Position
  • • Geschwindigkeitsprofile
  • • Nockenschaltwerk
  • • Restweglöschung
  • • Berechnen von Bewegungsparametern abhängig von Ereignissen
  • • Aufzeichnen von Bewegungsdaten
  • • Endlosbetrieb für Transport- und Rundachsen

Erweiterbarer Funktionsumfang

Um für Situationen gerüstet zu sein, bei denen Standardfunktionen nicht ausreichen, kann der Funktionsumfang des Servoreglers jederzeit mittels des integrierten Motion-Controllers erweitert werden. Auf diese Weise wird die Einfachheit von Standardfunktionen mit der Flexibilität der freien Programmierbarkeit kombiniert. In der Folge kann der Anlagenhersteller sehr schnell auf neue Anforderungen reagieren, gleichzeitig behält er sein Prozess-Know-How vollständig in der eigenen Hand. Ein besonderer Aspekt beim Einsatz von Servoantrieben besteht darin, dass durch die rasante technische Entwicklung eine Vielzahl von Motoren mit ganz unterschiedlichen Bauformen angeboten wird. Heute stehen neben klassischen AC-Servomotoren auch Linearmotoren, Torquemotoren, tubulare Motoren und vielerlei Spezialmotoren zur Verfügung. In Verbindung mit dem universellen Feedback-Interface und einigen wenigen Parametern kann praktisch jeder Synchronantrieb passend betrieben werden.

Motoren für 24V und 48V

In vielen Fällen werden Motoren mit direktem Netzanschluss eingesetzt. Zunehmend kommen aber auch Motoren mit kleinen Zwischenkreisspannungen bis 70VDC zum Einsatz. Hierfür stehen entsprechende Servoregler zur Verfügung, die es dem Konstrukteur ermöglichen, sehr klein bauende Motoren einzusetzen, wie es bei der Hantierung von kleinen Bauteilen erforderlich ist. Weiterhin reduziert sich das Bauvolumen der Regler und die elektrische Installation wird vereinfacht. Je nach Typ des Motors kann die Leistungsversorgung direkt aus der 24V-Versorgung der Anlage erfolgen.

Universelles Motor-Feedback

Da Motoren über unterschiedliche Feedback-Systeme zur Erfassung der Lage und Geschwindigkeit verfügen, muss der Servoregler auch in der Lage sein, diese auszuwerten. Hierfür stellt Promicon ein universelles Feedback-Interface zur Verfügung, bei dem keine speziellen Adaptionsmodule erforderlich sind. Stattdessen ist der Servoregler so aufgebaut, dass das eingesetzte Feedback-System einfach über einen Parameter ausgewählt wird. Derzeit werden folgende Feedback-Systeme unterstützt: EnDat 2.1 und 2.2, Hiperface, BiSS, SSI, Sinus-Cosinus, Inkremental und Resolver.

Sicherheit inklusive

Um den Anforderungen der funktionalen Sicherheit gerecht zu werden, ist die Funktion STO standardmäßig integriert. Die zweikanalige Ausführung entspricht den Normen EN13849-1 und EN61508 mit PLe bzw. SIL3 und ist durch den TÜV zertifiziert. Die Funktion ist voll elektronisch und damit verschleißfrei ausgeführt und kann leicht mit anderen Sicherheitskomponenten kombiniert werden. Zur Realisierung von bewegungsbasierenden Sicherheitsfunktionen kann optional ein externes Erweiterungsmodul mit folgenden Funktionen angeschlossen werden: SS0 (Safe Stop Kategorie 0), SS1 (Safe Stop Kategorie 1), SS2 (Safe Stop Kategorie 2), SLS (Safely Limited Speed), SOS (Safe Operation Stop) sowie SDI (Safe Direction). Der Servoregler enthält standardmäßig alle Komponenten, die in der Praxis erforderlich sind:

  • • Sechs digitale Ein- und vier digitale Ausgänge (frei programmierbar)
  • • Parametrierbares Feedback-Interface
  • • Motorüberwachung mit PTC-, PT1000- oder KTY-Sensor
  • • Ansteuerung Haltebremse
  • • Weitbereichseingang für ein- und dreiphasige Netze
  • • Integriertes EMV-Filter
  • • Ballastwiderstand (extern erweiterbar)
  • • Zwischenkreiskopplung
  • • Leistung bis 10kW

Die Parametrierung und Konfigurierung erfolgt über die frontseitige USB-Schnittstelle mit dem Real-Time-Konfigurator pWIN. Bei Profinet ist es auch möglich, den Konfigurator mittels TCP/IP-Protokoll zu betreiben, hierdurch wird ein äußerst flexibler Remote-Betrieb ermöglicht. Mit dem Real-Time-Konfigurator können alle Aktivitäten, Zustände und Informationen des Servoreglers inspiziert und beobachtet werden. Hierzu zählt auch das Diagnose-Logbuch, in dem die letzten 200 Ereignisse aufgezeichnet sind. Mit dem Live-Scope kann die Bewegung des Antriebs ohne Zeitverzögerung beobachtet und ausgewertet werden. Das ist insbesondere beim Abgleichen und Optimieren der Reglereinstellungen von Vorteil. Für die Inbetriebnahme gibt es ein spezielles Werkzeug, mit dem die Achse gezielt bewegt und beobachtet werden kann, ohne dass andere Funktionen aktiviert werden müssen.

Dynamisch und präzise

Um die Dynamik und Präzision moderner Servoantriebe optimal zu entfalten, erfolgt die Regelung mit einem schnellen RISC-Prozessor und leistungsfähigen Algorithmen. Die Bewegung wird exakt entsprechend den Vorgaben für Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck gestaltet. Hierbei sorgt insbesondere die Rucksteuerung für einen harmonischen Bewegungsablauf und eine wirksame Reduzierung von mechanischen Schwingungen. Eine weitere Eigenschaft ist der verzögerungsfreie Start von Bewegungen. Hierdurch werden Reaktionszeiten reduziert, wodurch die Anlagenleistung quasi zum Nulltarif verbessert wird.

Dezentrales Bewegungstalent

Die aufgeführten Eigenschaften machen die Servoregler der Serie CompactMotion zu vielseitig einsetzbaren Geräten, mit denen in einem breiten Anwendungsspektrum passende Ergebnisse in Hinsicht auf Leistung und Flexibilität erreicht werden. Durch die dezentrale Architektur können somit kritische Prozesse auf einfache Weise und zugleich mit wenig Aufwand beherrscht werden.

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