Zentral oder Dezentral zwei Konzepte oder zwei Seiten einer Medaille

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1 Zentral oder Dezentral zwei Konzepte oder zwei Seiten einer Medaille Dr. Edwin Kiel, Lenze AG 1

2 Übersicht: Aufbau einer Maschinenautomatisierung Gerätekonzepte: Antrieb und Steuerung Steuerungskonzepte: SPS und Controller Bewegungsaufgaben in Maschinen Automatisierungsarchitekturen: -based und PC/Controller-based L-force als durchgängiges System zur Maschinenautomatisierung Zusammenfassung 2

3 Aufbau einer Maschinenautomatisierung Zentrale Sicht Visualisierung Bedienung Datenhaltung Programme Rezepturen Kommunikation Leitebene keine Echtzeit Ablaufsteuerung Logic weiche Echtzeit (msec) Bewegungsführung harte Echtzeit (µsec) Antriebsregelung 3~ 3~ 3~ Gerätekonzepte Softwarekonzepte Antriebsaufgaben Funktionsverteilung Kommunikation 3 Dezentrale Sicht

4 Gerätekonzepte: Steuerung und Antrieb : Motorregelung : Bewegungsführung Logic: Ablaufsteuerung Umfang Datenspeicherung Display, Bedienung Skalierbarkeit Rechenleistung Anzahl IOs Kommunikation Projektierungsaufwand Steuerung Nein PLCOpen-Funktionsblöcke Bei Controller: Mehrachsbewegungen Ja Hoch (Programme) HMI, Industrie-PC mit Display Ja Flexibel, teilweise über Kommunikationssystem Ethernet, Feldbus-Master Hoch (Programmierung) Antrieb Ja Achsbezogene Bewegungsführung (unabhängig, synchronisiert) Nein Niedrig (Parameter) Einfaches Keypad In der Regel nein Fix Feldbus-Slave Niedrig (Parametrierung) 4

5 Steuerungstypen: SPS und Controller Hauptaufgabe Programmausführung Jitter Echtzeitfähigkeit Rechenleistung Kosten Komplexität SPS Ablaufsteuerung Zyklisch Ja Weich Niedrig bis mittel Niedrig Niedrig Controller Mehrachs- Bewegungsführung Äquidistant Nein Hart Hoch Hoch Hoch Die weitere Zunahme an preiswerter Rechenleistung wird die Unterschiede reduzieren (z.b. durch den Einsatz der PC-Technologie) 5

6 Bewegungsführung aus Antriebssicht Unabhängige Bewegungen: Bewegung erfolgt unabhängig von anderen Achsen: Drehzahlregelung Punkt-zu-Punkt- Positionierung Anwendungen: Förderbänder Handlingssysteme (z.b. Regalbediengeräte, Portalsysteme) Synchronisierte Bewegungen: Bewegung einer Achse erfolgt synchronisiert zu einer Masterbewegung: Elektrische Welle Wickeln Kurvenscheibe Anwendungen: Kontinuierliche Produktionsprozesse Getaktete Produktionsmaschinen Koordinierte Bewegungen: Mehrere Achsen werden synchronisiert bewegt: Mehrdimensionale Bahnbewegungen Anwendungen: Werkzeugmaschinen Roboter Realisierung im Antrieb (-based) Realisierung in der Steuerung (Controller-based) 6

7 Synchronisierte Kurvenbewegung: Schieber Schieber a = 0, v = 0 (Start) v S v S = v L (synchron) Walze v L Genauigkeiten: 60 Takte/min = Wiederholzeit 1 sec Materiallänge 0,5 m, 50% der Zeit v L = 1 m/sec n max = /min Genauigkeit 0,1 mm Motorwinkel 1,8, Zeit 100 μsec Leitfrequenz oder Kommunikation v(t) a(t) s(t) sl(t) Antrieb 1 (Kurve) Motor Antrieb 2 Motor 7 Schieber (Slave) Walze (Master)

8 Bewegungsart der Antriebsfunktionen Antriebsfunktion Unabhängig Synchronisiert Koordiniert Fördern & Sortieren Fahrantriebe Hubantriebe Handling / Robotik Positionierantriebe linear & rotativ Linienantriebe, Druckwerke Wickelantriebe Querschneider/Fliegende Säge Kurvenscheibenantriebe Formantriebe (Extruder, Pressen) Einzel-, Bearbeitungsantriebe Pumpen/Ventilatoren/Verdichter 8

9 Funktionsverteilung auf Steuerung + Antriebe Die Antriebsfunktion und der Typ der Bewegung bestimmen die Funktionsverteilung auf Steuerung und Antrieb Viele Maschinen können mit SPS und dezentraler Bewegungsführung im Antrieb automatisiert werden SPS Logic Antrieb Controller Logic Antrieb Motor Motor Unabhängige Bewegungen Synchronisierte Bewegungen Koordinierte Bewegungen 9

10 Architekturen: - und PC/Controller-based based PC/Controllerbased Drehzahlverstellung Positionieren Synchronisierte Bewegungen (El. Getriebe, Wickeln, Kurvenscheibe) SPS Logic Antrieb Controller Logic Koordinierte Mehrachsbewegungen Antrieb Fördertechnik Prozesslinien Getaktete Produktionsmaschinen Motor Motor Werkzeugmaschinen Roboter 10

11 Rolle der Kommunikation Systembus HMI Feldbus Feldbus Achsverbund I/O bus Kommunikationssysteme ermöglichen eine flexible Funktionsverteilung und eine durchgängige Transparenz des Gesamtsystems Aufgaben der Kommunikation: Prozessdaten Servicedaten (Parameter, Programme) Synchronisierung viele Kommunikationswege horizontal und vertikal aktuell Umstellung von Feldbussen auf Ethernet Systemvielfalt wird bleiben 11

12 Antriebslösungen SPS Logic Antrieb Motor Elemente einer Antriebslösung: Antriebsauslegung: Bewegungsablauf Dynamik Genauigkeit Leistung Produktauswahl: Getriebe Motor Umrichter Softwarefunktion für Bewegung Funktionsfestlegung: anwendungsspezifische Dialoge Inbetriebnahme-Wizards Schnelle Realisierung auf der Basis vorbereiteter Lösungen 12

13 L-force: System zur Maschinenautomatisierung Das L-force System enthält alle Elemente für die Maschinenautomatisierung und unterstützt zentrale und dezentrale Konzepte L-force Engineer als einheitliches PC-Werkzeug für die nahtlose Systemintegration 13

14 Servo s L-force 9400 Information Logic (logisches Interface, Ablaufsteuerung) 2 Kommunikationsmodule (Feldbusse, Ethernet) integrierbare SPS-Funktionen (Bewegungsführung) unabhängige gekoppelte Bewegungen +Synchronisierung mehrerer Achsen (Antriebsregelung) Servoregelung U/f-Steuerung Vectorregelung +Auswertung Rückführsystem (Resolver Encoder) Wechselrichter (Leistungsumsetzung) Leistungsbereich 0, kw (7 Baugrößen) Sicherheitsmodul Bewegung Motoren und Getriebe (Elektromechanik) Drehstrommotor Synchronmotor +Resolver Encoder +Bremse kombinierbar mit Getrieben (Stirnrad, Winkel, Planeten) Mechatronikbaukasten für den Maschinenbau 14

15 Zentral Dezentral: kein Gegensatz Eine Maschinenautomatisierung hat immer eine zentrale und eine dezentrale Perspektive Automatisierungskonzepte orientieren sich an einer sinnvollen Funktionsverteilung auf Steuerungen und Antriebe Antriebe können in vielen Maschinen auch die Bewegungsführung übernehmen, hierdurch reicht für die Maschinensteuerung eine SPS ein durchgängiges Konzept für die Antriebs- und Autotomatisierungstechnik wie L-force muss beide Konzepte unterstützen Lösungskonzepte helfen dem Anwender, Antriebsaufgaben zur Maschinenautomatisierung schnell und sicher zu realisieren Engineeringwerkzeuge wie L-force Engineer sind die Integrationsplattform für die gesamte Maschinenautomatisierung und unterstützen zentrale und dezentrale Konzepte 15