Offen, intelligent, durchgängig

Steuerungen ? »Mein Geschmack ist einfach ? von jeder Zutat nur das Beste.« Diesen Anspruch von Oscar Wilde können zunehmend auch Maschinenhersteller mit der optimalen Kombination aller intelligenten Antriebstechnologien umsetzen.

02. August 2007
Motion Control Rexroth MAC-8: optimale Steuerungsleistung für komplexe Fälle.
Bild 1: Offen, intelligent, durchgängig (Motion Control Rexroth MAC-8: optimale Steuerungsleistung für komplexe Fälle.)

Die Funktionsintegration von Steuerungsaufgaben in die Regelelektronik von elektrischen, hydraulischen und pneumatischen Antrieben vereinfacht einerseits die Automatisierung von modular aufgebauten Maschinen. Andererseits können dagegen bei eher monolithischen Maschinenkonzepten zentrale Steuerungskonzepte Vorteile bieten. Wie in allen modernen Technologien setzt sich auch in der Automatisierung die Funktionsintegration auf sämtlichen Ebenen durch. Das gilt aktuell besonders für die Antriebstechnik: Nach den elektrischen Antrieben verfügen immer mehr hydraulische und pneumatische Aktoren über eigene Intelligenz.

Speziell in der Elektrohydraulik stoßen geregelte Achsen mit eigener Motion Control dabei in neue Dimensionen vor: Beschleunigungen bis 80 G, Eilgänge bis zu zehn Meter pro Sekunde oder Regelzyklen im Millisekundenbereich sind mittlerweile auch hier industrielle Praxis. Bei Nibbelmaschinen bringen elektrohydraulische Achsen bis zu 30 Tonnen Kraft auf mit bis zu 1.500 Doppelhüben pro Minute, im Graviermodus sogar mit bis zu 4.000 Doppelhüben pro Minute. Als wichtige Voraussetzung für die einfache Integration in moderne, modulare Automationskonzepte kapseln Hersteller wie Rexroth dabei die Besonderheiten der Fluidtechnik bereits in der Software der Automatisierungsgeräte. Diese gleicht Nichtlinearitäten aus und entkoppelt so die Antriebsphysik von der Automationsebene. Für den Programmierer wie für den Bediener ist damit unerheblich, welche Antriebstechnologie eine Bewegung ausführt. Das eröffnet neue Freiheitsgrade bei der wirtschaftlichen Automatisierung, denn damit lösen sich Konstrukteure vom Produktportfolio einzelner Automatisierungslieferanten und können bei jeder Bewegungsaufgabe die jeweils technisch und wirtschaftlich am besten geeignete Antriebstechnologie mit dem gleichen Komfort einsetzen. Auch bei den elektrischen Antrieben bleibt die Entwicklung nicht stehen.

Intelligente Antriebe der neuesten Generation bündeln eine Vielzahl an Technologiefunktionen und übernehmen immer mehr Steuerungsaufgaben. Dabei stoßen antriebsintegrierte Mehrachssteuerungen in Anwendungen vor, die früher ausschließlich über externe Steuerungen realisierbar waren. Die antriebsbasierte Motion Logic beispielsweise regelt bis zu acht Achsen in Echtzeit und übernimmt dabei auch komplexe Aufgaben. Dezentral intelligente Aktoren im Einklang mit leistungsfähiger Steuerungs- und Kommunikationstechnologie können bei modularen Konzepten Bewegungsabläufe besser als bisher synchronisieren und durch neue Funktionalitäten die Maschinenverfügbarkeit erhöhen. Damit können innovative Ansätze wie beispielsweise präventive Diagnosestrategien schnell in Maschinenkonzepte umgesetzt werden.

Bei monolithischen Maschinen, wie beispielsweise Pressen und Kunststoffmaschinen, zeigen sich dagegen wirtschaftliche Vorteile beim Einsatz zentraler Lösungen. Dabei schließt eine sehr schnelle Steuerung zentral die Regelkreise aller Achsen. Moderne Vertreter dieses Ansatzes verbinden eine sehr hohe Rechenkapazität mit dem kompakten Controller-Format. Dabei steuern Rexroth-Lösungen bis zu 32 elektrische und hydraulische Achsen in hoher Qualität. Auch hier hat der Hersteller die physikalischen Besonderheiten der Fluidtechnik bereits in der Software hinterlegt.

Offene Schnittstellen wirtschaftlicher

Nur über standardisierte Kommunikationsmechanismen und Programmiersprachen können Anwender diese Fortschritte zukunftsfähig in innovative Lösungen umsetzen. Vor allem verschaffen offene Schnittstellen wie Sercos III und SPS-Programmiersprachen nach IEC 61131-3 eine hohe Transparenz: Im Gegensatz zu herstellerabhängigen, proprietären Systemen sind bei offenen Systemen alle Antriebe und Steuerungen austauschbar. Jede Komponente muss im Wettbewerb bestehen und durch Leistung oder Wirtschaftlichkeit überzeugen. Die dritte Sercos-Generation, die sich aktuell als universelles, offenes Kommunikationssystem im Maschinenbau etabliert, verbindet die bewährten Echtzeitmechanismen mit der kostengünstigen und leistungsfähigen Ethernetphysik.

Dadurch garantiert sie einen nahtlosen Informationsfluss vom Sensor beziehungsweise Aktor bis zur Fabrikebene. Sercos III unterstützt sowohl dezentrale als auch zentrale Steuerungs- und Regelungsarchitekturen. Darüber hinaus bietet die Sercos-Technologie umfangreiche I/O- und Motion-Profile sowie mit Sercos Safety eine Protokollerweiterung, um Sercos III auch in Sicherheitsapplikationen bis SIL3 nach IEC 61508 einsetzen zu können. Die direkte Querkommunikation von Busmastern oder -slaves bietet neue Möglichkeiten der deterministischen Synchronisation von Maschinenmodulen.

Wie mehr als 60 andere Hersteller bietet auch Rexroth mit Steuerungen, elektrischen, hydraulischen, und pneumatischen Antrieben sowie I/O-Modulen mit Sercos III ein komplettes Portfolio für die Maschinenautomatisierung an. Einen besonders hohen Freiheitsgrad eröffnet die Steuerungsfamilie, weil sie in allen Hardwareausprägungen durchgängig eine standardisierte SPS nach IEC 61131-3 einsetzt sowie Funktionsbausteine nach PLC-open anbietet. Damit nutzen sowohl Antriebs-, als auch Controller- und PC-basierte Steuerungen eine einheitliche Software aus einem Guss. Das unterstützt den Anwender bei der Skalierung seiner Automatisierungslösung erheblich, denn er kann einmal geschriebene Programmabschnitte oder ganze Programme einfach auf der aktuellen Automatisierungslösung einsetzen.

Durchgängiges Engineering

Für die Maschinenhersteller zeichnet sich auch beim Engineering eine deutliche Vereinfachung ab. Bisher mussten sie in proprietären Systemen historisch gewachsene Engineering-Werkzeuge mit unterschiedlichen Bedienoberflächen nutzen und häufig Daten mehrmals eingeben. Die Komplexität stieg noch, wenn intelligente Antriebe anderer Technologien eingebunden werden mussten. Hier hat Rexroth als Hersteller sämtlicher Antriebs- und Steuerungstechnologien vor drei Jahren einen klaren Schnitt vollzogen und mit IndraWorks eine durchgängige Engineeringumgebung entwickelt: Die modular aufgebaute Software-Suite bündelt sämtliche Tools in einer modernen Softwarearchitektur auf Basis der Microsoft .

Net-Technologie. Sie umfasst sämtliche Werkzeuge für die Projektierung, Programmierung, Parametrierung und Inbetriebnahme von elektrischen und hydraulischen Antrieben und Steuerungen. Der besondere Vorteil dieses Single Point of Engineering: Alle Tools greifen gleichermaßen ohne Zusatzaufwand auf eine Projektdatenbank zu und ersparen damit fehleranfällige Mehrfacherfassungen von Daten und Programmen. Das Software-Framework setzt durchgängig auf offene Kommunikationsschnittstellen und vereinfacht als FDT-Rahmenapplikation die Aufnahme von Software-Tools von Drittherstellern. Diese lassen sich einfach in Form von DTMs einfügen.

Per Drag & Drop wird der Feldgeräte- DTM in den IndraWorks-Projektmanager eingebunden und der Zugriff auf Parameter, Konfigurations- und Diagnosedaten des Feldgeräts ohne weitere Software-Tools sichergestellt. Über offene Schnittstellen und höhere Intelligenz auf allen Ebenen, durch die von der Anwenderebene entkoppelte Antriebsphysik sowie durchgängige Programmierung und Engineering können Konstrukteure bereits heute bei zentralen wie dezentralen Architekturen ein einfaches Erfolgsrezept für innovative Lösungen mit Wettbewerbsvorteil anwenden: »Für jede Aufgabe die beste Technologie.«

Andreas Jenke, Bosch Rexroth/ml

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2007