Welten verbinden

Robotersteuerung - Anwender fordern eine integrierte Bahnsteuerung, eingebundene Antriebe sowie Funktionen wie Visualisierung, Verarbeitung von I/Os und die interne Kommunikation. Bisher allerdings vergeblich, da Systeme für die homogene Integration fehlten.

14. November 2007

Das Universum der modernen Technik ist voller Anforderungen: Anthropomorphe Roboter sind zu bewegen, komplexe Werkstücke mit CNC in 3D zu bearbeiten, es gibt vielfach gekoppelte Achsbewegungen und Einzelachspositionierungen müssen in Echtzeit modifizierbar sein. Bisher bildete jeder einzelne dieser Bereiche eine Welt für sich und forderte eigene Lösungen. Eine Gesamtplattform, die sämtliche Komponenten in einem System vereint, gab es nicht. Bisher nicht.

Der Automatisierungsspezialist Bernecker und Rainer (B& ) aus Eggelsberg in Österreich hat jetzt eine solche Plattform vorgestellt: »Generic Motion Control« umfasst Antriebe, Bewegungs- und Bahnsteuerung, Visualisierung sowie I/O-Handling. Im Speziellen fungiert eine Bahnsteuerung mit CNC-Funktionen als integraler Bestandteil des kompletten Automatisierungssystems, sie lässt sich mit nur einem einzigen Softwarewerkzeug projektieren. Die Erkenntnisse der komplexen Bahnplanung für Roboter werden darin auch für Werkzeug- und Produktionsmaschinen übernommen. Generic Motion Control soll die Welten von Robotik, CNC, gekoppelten Achsbewegungen und Einzelachspositionierung in einem homogenen System verbinden. B& kann Komponenten wie IPC, CPU-Controller, Anschlusstechnik, Servotechnik und Ethernet-Netzwerk aus einer Hand liefern. So hat der Anwender nur einen Ansprechpartner für alle Bereiche.

GMC schafft im Echtzeitbetriebssystem den notwendige Rahmen für hochpräzise Positionieraufgaben. CNC-Zykluszeiten von 400 Mikrosekunden ermöglichen eine Bahngenauigkeit im Submikronbereich. Antriebe erhalten generierte Sollpositionen jitterfrei über Powerlink. Alle benötigen I/Os lassen sich sehr flexibel in das System einbinden. Der Anwender kann zudem über vordefinierte Visualisierungskomponenten komplexe Maschinenfunktionen abbilden. Diese umfassen neben klassischen Komponenten wie der Einstellung von Parametern und der Bedienung von Bewegungsprogrammen auch Werkzeuge für die Simulation, Aufzeichnung und Diagnose von Abläufen. So ergibt sich eine stabile Basis, um für jeden Kunden die ganz spezielle optimale Visualisierung zu schaffen. Aufgrund der flexiblen Systemarchitektur und des breiten Funktionsumfangs kann B& eine Maschinenlinie individuell auf dessen Wünsche anpassen. Das eigentliche Know-how einer Automatisierungslösung kann in der Applikationsschicht gekapselt werden und muss nicht direkt in den CNC-Kern eingebaut werden wie bei anderen Konzepten.

Viele Funktionen

Die Soft-CNC in der Plattform verfügt über eine umfangreiche Funktionsliste: Teileprogramme beziehungsweise Bewegungsabläufe werden nach DIN 66025 programmiert, eine Aufteilung in Haupt- und Unterprogramme ermöglicht die übersichtliche Verwaltung von NC-Programmen. Die erweiterte Programmiertechnik ermöglicht die Verwendung von Elementen einer Hochsprache, wie zum Beispiel Schleifen, Bedingungen und Verzweigungen. Daten von Applikationsprogrammen der SPS werden über eine leistungsfähige Schnittstelle ausgetauscht. Verschiedene Zugriffsfunktionen ermöglichen die Kontrolle des Programmablaufs in Echtzeit. Zum einen können Daten, wie Werkzeugradius oder sogar Endpunkte von Bahnstücken, noch während des Programmlaufs geändert werden, zum anderen stehen bestimmte Daten bahnsynchron zur Verfügung. GMC ist bereits aktiv in Anwendungen eingebunden, beispielsweise in Werkzeugmaschinen, zum Glasschneiden, zum Plasma -und Brennschneiden oder bei der Handhabung. In der Robmill des Maschinenbauers Fill bringt GMC einen verstärkten Roboter zum Sägen, Bohren und Fräsen.

Interview »Zeit, um zu reifen«

Dr. Gernot Bachler - Der Leiter des Entwicklungsteams CNC-Robotik bei B& ist maßgeblich an der Entwicklung von Generic Motion Control beteiligt. Auf der Jahrespressekonferenz in Salzburg stellte er sein System vor und stand uns für Fragen zur Verfügung.

Herr Bachler, warum und wie ist Generic Motion Control entstanden?

Bitte geben Sie einen Aufriss von der Ideenbildung bis zum fertigen System. Ein solches Projekt braucht schon einige Zeit, um zu reifen. Der Bereich CNC-Steuerung hat bei B& eine längere Geschichte. So gibt es verschiedene CNC-Module, die die Basis für Generic Motion Control bilden. Es wurden immer wieder Funktionalitäten aus der klassischen Robotik nachgefragt, wofür schon Funktionalitäten in unserem CNC-Kern vorhanden waren. Darum ist die Idee gereift, diese Welten zu verbinden. Wir haben die Gedanken in einem Brainstorming zusammengetragen. Der entscheidende Aspekt dabei ist, was die Anwender brauchen. Auf Basis all unserer Gedanken ist eine umfangreiche Spezifikation entstanden.

Wer war bei B& an der Entwicklung beteiligt?

Es waren einige Entwickler beteiligt. Ausgehend von der BU Motion als Kern der CNC-Robotiksteuerung hat das Projekt immer größere Kreise gezogen. Wir haben immer höhere Ansprüche an die Funktionalität gestellt, letztendlich war sogar die Software-Entwicklung aus dem Bereich Automation Runtime beteiligt. Außerdem mussten die Integration in Automation Studio und die Bereitstellung von Schnittstellen für Schrittmotoren und Antriebe von Drittanbietern berücksichtigt werden. Am Ende war ein Gutteil der B& -Entwicklung integriert.

Mit welchen technischen Maßnahmen hat es B& geschafft, die Bereiche zu einem homogenen System zusammenzufügen?

Ein wesentlicher Punkt ist Automation Runtime, unser Betriebssystem, das hier den notwendigen Rahmen zur Verfügung stellt. Ich möchte den Begriff Echtzeit nicht unbedingt strapazieren, darunter versteht jeder etwas anderes. Entscheidend ist der Determinismus, um die Sollwertgenerierung mit einer I/O-Anbindung zu synchronisieren. So habe ich mit einem Bearbeitungsschritt alle erforderlichen Daten zur Verfügung. Die Sollposition passt beispielsweise zum Schalten von I/O-Knoten. Determinismus und Synchronität bilden also die Basis. Wichtig sind auch die Schnittstellen, die ich bieten muss: Die Bahngenerierung erzeugt Signale, die ich in der SPS auswerten muss. Man trifft sich letztendlich wieder im synchronen Rahmen. Dieses Zusammenspiel macht die Sache so mächtig.

Was ist das Besondere an der integrierten Visualisierung?

Bei der Visualisierung setzen wir nicht auf Standards. Mit Visual Components als Instrument für die Echtzeit-Visualisierung gibt es verschiedene Funktionalitäten, auf denen man das Projekt erzeugen kann. Jeder Maschinenbauer hat seine eigene Vorstellung, wie die Visualisierung ausschauen soll. Darum gab es bisher keine Standards. Aber es geht dahin, dass wir Seiten mit gewissen Basisfunktionen wie zum Beispiel zur Parametrierung anbieten. Sie sind im Hintergrund und der Anwender muss sich nicht mehr darum kümmern. Durch diese Seiten erspare ich mir den Prozess, wie ich solche Funktionen designe.

Sie haben den in der DIN 66025 verankerten Grundfunktionen zusätzliche Funktionen zugeordnet. Können Sie welche im Detail nennen?

Es gibt zum Beispiel eine »nette« Funktionalität für die ereignisgesteuerte Einflussnahme auf den Bahnverlauf beziehungsweise auf Zielpositionen. Die CNC wurde um das Kommando G201 erweitert, welches den Trigger-Eingang des Acopos überwacht. Tritt ein Trigger-Ereignis auf, wird die Bahngeschwindigkeit auf null reduziert. Die nächste Zielposition wird danach von diesem neuen Bahnpunkt ausgehend angefahren. Diese Funktion gibt es in der Norm nicht. Sie wird zum Beispiel auf Maschinen zum Auftragen von Dichtungen eingesetzt. Eine andere Zusatzfunktion abseits der Norm bewirkt eine Verschleifung von Ecken mit einem Spline. Das ist besonders für glatte Bewegungsverläufe bei Handlingaufgaben von Vorteil. Das große Problem an der Norm ist, dass sie sehr viel Raum für Interpretation lässt. Die Codes großer Anbieter sind halt nicht kompatibel. Einiges ist standardisiert, vieles aber sehr individuell.

Gibt es schon ein Feedback von einem Ihrer Kunden?

Das Feedback war geradezu überwältigend. Bei dem Projekt »Robomill« der Firma Fill konnte sich die Stärke unseres Konzepts so richtig schön entfalten. Am Anfang waren alle skeptisch, weil wir mit nur wenig Erfahrungen in ihrem Metier angetreten sind. Als sich während der Entwicklungsphase von Robmill auch noch eine entscheidende Änderung der Maschinenkonstruktion ergeben hat, waren sie erstaunt über die Offenheit unseres Systems. Der Kunde konnte selbst notwendige Zusatzfunktionen hinzufügen, ohne die Systemarchitektur grundlegend ändern zu müssen. Das war das Aha-Erlebnis für Fill, da ist ihnen der Knopf aufgegangen. Das war natürlich befriedigend für uns und hat gezeigt, das die Philosophie von B& stimmt und unsere Produkte den Erwartungen und Anforderungen der Kunden entsprechen.

Erschienen in Ausgabe: 06/2007