\’Kinetic Rain\‘ – Perfekte Symbiose von Technik und Kunst

Flugreisende und Flughafenbesucher, die das Terminal eins des Changi Airports in Singapur betreten, werden bei ihrem Gang durch die modernisierte Abfertigungshalle von einer kinetischen Skulptur \’Kinetic Rain\‘ in Bann gezogen. \“Das harmonische Zusammenspiel von mehr als tausend Tropfen symbolisiert auch die vielen Menschen, die im Flughafen Tag für Tag dafür sorgen, dass Reisende und Besucher des Changi Airport positiv überrascht sind und ihn in angenehmer Erinnerung behalten\“, erläutert Yeo Kia Thye, Vizedirektor für den Flughafenbetrieb der Changi Airport Group. Insgesamt überspannt die Installation, die aus zwei zusammenhängenden Feldern von je 608 Tropfen besteht, eine Fläche von mehr als 75m² und bespielt eine Raumhöhe von über 7,3m. Das künstlerische Konzept dieser ungewöhnlichen Rauminstallation stammt von der Berliner Agentur Art+Com. Die technische Umsetzung des Gesamtprojektes und die Programmierung übernahm die MKT AG in Olching, bei München, Deutschland. Bei der Programmierung und Umsetzung der Steuerung erhielt das Unternehmen, das auf kinetische Installationen spezialisiert ist, Unterstützung von Beckhoff. \“Mit \’Kinetic Rain\‘ haben wir das bisher anspruchsvollste Projekt dieser Art realisiert\“, erläutert Axel Haschkamp, Vorstand der MKT AG: \“Mehr als 2.000 Ingenieursstunden sind in dieses Projekt geflossen. Eine besondere Herausforderung war nicht zuletzt der Transport der 30t schweren, komplett fertig gestellten Installation nach Singapur.\“Die Anforderungen an die Steuerung von \’Kinetic Rain\‘ sind mit dem präzisen Verfahren von 1.216 Achsen außerordentlich hoch. Daneben waren hohe Verfügbarkeit, kompakte Bauform der Komponenten, sowie der Austausch von Komponenten ohne Adressierung gefordert. \“Zu den vorrangigsten Auflagen unseres Kunden, Changi Airport, gehörte, dass die Anlage 24 Stunden am Tag läuft. Selbst wenn eine einzelne Achse ausfallen sollte, muss die Show weitergehen\“, ergänzt Peter Haschkamp, ebenfalls Vorstand von MKT. Wie steuert man 1.216 Achsen synchron? Das synchrone Verfahren von 1.216 Achsen gehört zu den absoluten Highlights dieses Projektes\“, betont Raphik Shahmirian, Vertrieb Beckhoff-Niederlassung München, der die technische Umsetzung von \’Kinetic Rain\‘ in enger Zusammenarbeit mit MKT betreut hat. Darüber hinaus waren hohe Anforderungen an die Dynamik, Präzision und Geschwindigkeit der Bewegungsabläufe zu erfüllen. Die Tropfen bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 1,5m/s und einer Beschleunigung von 1,4m/s². Die Bewegung muss dynamisch sein, zugleich aber fließend und absolut ruckfrei erfolgen. Die Lösung für diese Aufgabe fand MKT in der PC-und Ethercat-basierten Beckhoff-Steuerungsplattform mit kompakter Servoantriebstechnik. Die Steuerung übernimmt ein zentraler Industrie-PC des Typs C6525. Dieser kommuniziert per Twincat ADS mit dem speziellen GUI-Rechner von MKT. Gleichzeitig steuert der PC per Twincat NC PTP zentral die 1.216 Achsen und agiert als Master. Über die Twincat-Kurvenscheiben-Funktion koordiniert der Master-PC die Verteilung der Positionsdaten an die sechs Slave-PCs, denen jeweils 192 bzw. 208 Achsen zugeordnet sind, und sorgt unter Vorgabe einer Masterachse als Referenz für die Synchronität aller Achsen. Die Kommunikation erfolgt in Echtzeit über Ethercat bis in die Antriebe. Der GUI-Rechner von MKT dient zur Visualisierung, beinhaltet aber auch die Show in Form einer Tabelle, welche pro Tropfen in Zeitabständen von 200ms, Positionsdaten hinterlegt hat. Dies entspricht fünf Bildern pro Sekunde. Eine vom menschlichen Auge wahrnehmbare fließende, ruckfreie Bewegung entsteht erst durch die Interpolation in Twincat NC PTP. Hier werden jeweils 100 Zwischenpositionen pro Tropfen unter Verwendung eines Spline-Algorithmus in einem 2ms-NC-Task berechnet. Diese Berechnungen erfolgen auf jedem Slave-PC für die ihm zugeordneten lokalen Achsen. Die künstlerische Intention, die synchron bewegten Tropfen wie eine Art 3D-Film ablaufen zu lassen, ist nur durch die Nutzung von Ethercat und Twincat NC PTP möglich. Während der Master alle Achsen synchron zueinander hält, berechnen die Slave-PCs alle 2ms die Positionen der ihnen zugeordneten Achsen und kommunizieren sie über Ethercat in Echtzeit an die Servoantriebe.

Kompakter Servodrive in 12-mm-Klemme

Die Verfahrgenauigkeit der einzelnen Achsen ist äußerst präzise und liegt bei einer Gesamtlänge von 7,6m bei 1mm. Der maximale Versatz zwischen zwei Tropfen beträgt 0,25mm. Jeder Tropfen wird über eine Ethercat-Servomotorklemme EL7201 und einen Servomotor des Typs AM3121 angesteuert. \“Mit den Servoklemmen, die sich nahtlos in den Ethercat-Klemmenstrang einreihen, haben wir eine äußerst kompakte Lösung gefunden, die den baulichen Voraussetzungen, mit begrenztem Einbauraum in der Decke des Gebäudes, perfekt entspricht\“, betont Peter Haschkamp. Die Servoantriebstechnik bietet außerdem Dynamikvorteile und erlaubt fließende Übergänge.

Modularität der Steuerung vereinfacht die Inbetriebnahme

\“Wichtig war für uns auch die Modularität der Steuerungslösung und die Tatsache, dass eine einzelne Achse ohne Adressierung getauscht werden kann. Das ermöglichte zum Beispiel eine Teilinbetriebnahme, d.h. wir konnten parallel an Software, Hardware und Mechanik arbeiten, wodurch wir den engen Zeitrahmen, den wir für dieses Projekt hatten, einhalten konnten\“, hebt Peter Haschkamp hervor. Mit Twincat NC PTP ist es außerdem möglich, die ganze Show zu \’joggen\‘, man kann also, wie bei einem Film, vor und zurückspulen. Das hat die Inbetriebnahme für MKT ebenfalls sehr vereinfacht. Wenn eine einzelne Passage des Ablaufs noch nicht zu 100 Prozent zufriedenstellend war, konnten die Ingenieure von MKT diese immer wiederholen. Ein großer Vorteil, wie Peter Haschkamp betont: \“Bei anderen Lösungen ist dies nicht möglich, sondern man ist gezwungen, die Show immer wieder von Beginn an bis an die gewünschte Position laufen lassen, was sehr zeitintensiv ist.\“ Im Unterschied zu vergleichbaren kinetischen Skulpturen, die MKT in der Vergangenheit über dezentrale Hardwaresteuerungen realisiert hat, wird \’Kinetic Rain\‘ über einen zentralen PC und Software gesteuert und durch Ethercat übertragen. Die Kurvenscheiben-Funktion, die bei früheren Steuerungslösungen von MKT lokal im Antriebsverstärker untergebracht war, wird jetzt von der Software ausgeführt. So können die Positionsdaten zentral verwaltet und über Ethercat in Echtzeit an die Achsen verteilt werden. Wichtig bei der Entscheidung für Beckhoff als Partner war für MKT auch die globale Aufstellung des Unternehmens. So konnte Beckhoff das Projekt nicht nur durch Experten aus der Unternehmenszentrale in Verl/Deutschland begleiten und unterstützen. Auch beim Endkunden vor Ort ist Support und Service durch die Beckhoff-Niederlassung Singapur gewährleistet.

www.beckhoff.de

www.changiairportgroup.com

www.mkt-ag.de

www.artcom.de