D 19065 Einzelpreis 19,50 03 / 2016 60 JAHRE 1956-2016 AU TO M AT I S I E R U N G. W I S S E N. AU F D E N P U N K T. SECURITY IM FELD Darum taugen die klassischen IT-Methoden nicht Seite 26 BILDVERARBEITUNG Wenn Licht und Schatten den Dienst quittieren Seite 44 FOKUS: HEAVY DUTY Gestählte Technik für schwieriges Terrain ab Seite 50 Motion APPs 1:1 Anwendungsspezifisch KOMPAK T UND MODULAR MultiServo-Antrieb ohne Kompromisse Seite 36
Halle 15, Stand G04 INTERVIEW mit Udo Huneke, AMK Antriebe Mehr Achsen auf weniger Raum Performancesteigerungen und Cost-Cutting beherrschen das Handeln vieler Serienmaschinenbauer. Als wichtige Stellschraube entpuppt sich dabei die. Mit einem kompakten Multiachssystem und einem App-orientierten Programmieransatz vergrößert AMK den Spielraum der Maschinenbauer. Udo Huneke, Leiter Marketing und Produktmanagement, erläutert das Konzept. Herr Huneke, was gab den Anstoß für die Entwicklung des Multiachs-Servosystems? AMK hat sich in den letzten Jahren intensiv mit dem Launch dezentraler für die schaltschranklose Maschine beschäftigt. Wir halten dies definitiv für den richtigen Weg. Unsere Marktrecherchen zeigen aber auch, dass der Großteil der nach wie vor im Schaltschrank installiert wird. Die dezentrale Installation wird aber zunehmen. Sicher ist, dass sich dieser Automatisierungsansatz nicht in allen Branchen und bei jedem Maschinentypen in der Breite etablieren wird auch wenn inzwischen einige Funktionen ins Feld verlagert werden und die Modularisierung zunimmt. Das heißt, Sie werden sich noch etwas Zeit lassen mit einer IP67-Variante ihres Multiachs-Systems? Das würde ich gar nicht mal unbedingt sagen. In diesem Jahr fokussieren wir uns jedenfalls auf die Schaltschrank-Version unseres Multiachs-Servos. Auf die Schnelle Das Wesentliche in 20 Sek. Erweiterungen QR2mail Welche Anforderungen deckt das Multiachssystem ab? Auf der SPS IPC Drives haben wir ein Basisgerät mit vier Achsen plus Einspeisung vorgestellt. Zudem haben wir auch einen Zweiachser plus Einspeisung zur Abrundung nach unten entwickelt. Dieser Grundaufbau lässt sich erweitern im Maximalausbau gibt unser Konzept bis zu 20 Achsen her. Die Use Cases, die wir überwiegend angehen wollen, liegen aber eher im Bereich sechs bis zehn Achsen. Das sind realistische Anwendungen, wie sie unsere Kunden sehen. Usability betrifft nicht nur die Anschlusstechnik und Montage, sondern auch das Engineering. Welche Use Cases und Branchen sind das konkret? AMK fokussiert sehr stark auf die Verpackungs-, Textil- und Handling-Industrie. Bei Verpackungsmaschinen liegt die durchschnittliche Achsanzahl einer Maschine oder eines Moduls zwischen sechs und zehn. In der Handling-Industrie sehen wir Portalroboter und Delta-3-Roboter, also drei Achsen plus einer eventuellen Zuführachse. Auch diese Anwendungen adressieren wir mit unserem System, da wir über unseren Programmieransatz auch eine Roboterapplikation implementieren können. Robotersteuerung oder nicht, das entscheidet sich letzten Endes über die Software. Richtig. Generell adressieren wir mit diesem Gerät hochpräzise und hochdynamische Positionierungen und versuchen, dem Kunden dabei das Leben so einfach wie möglich zu machen. Stichwort Usability. Usability heißt, ebenso Aspekte wie einen einfachen Anschluss und kompakten Aufbau zu beachten. Das ist natürlich schwierig zu realisieren, wenn die Hardware bei gleicher oder höherer Leistung immer kompakter sein muss, gerade unter den Umgebungsbedingungen und Temperaturen, wie wir sie im Maschinenbau vorfinden. Die Physik lässt sich letztendlich nicht austricksen. Deswegen haben wir die Applikationen analysiert und unser modulares Baukastenkonzept auf die verschiedenen Leistungsklassen abgestimmt. Die Geräte bauen kompakt, weil wir unterschiedliche Kühlsysteme implementieren können. Dass der Kunde das Kühlsystem grundsätzlich frei wählen kann, hat bei AMK lange Tradition. Daher hat das System im Grundaufbau außer dem Lüfter zunächst kein Kühlsystem, lässt sich aber mit einer Wasserkühlung oder Luftkühlung über entsprechende Kühlkörper kombinieren. 36 IEE Industrie Engineering Effizienz 03/2016
Mit drei Grundmodulen und zwei Erweiterungsmodulen decken wir die meisten Anforderungen ab. Und bei einer Konfiguration mit sechs oder acht Achsen? In dem Fall sind auf der externen Seite lediglich der Zwischenkreis und der Feldbus zu verdrahten. Passende Anschlussleitungen liefern wir natürlich mit. Aber auch hier denken wir weiter: Es gibt Kunden, die sich für ein Modul mit sechs Achsen interessieren. Unser Baukasten lässt das zu. Daher kann es sein, dass wir ein entsprechendes Modul vorstellen. Auch spielen wir mit dem Gedanken, eine Vierachs-Erweiterung aufzulegen, also vier Achsen im Basismodul plus vier Achsen. Wie sind die Achsen leistungsmäßig abgestuft? Es gibt Abstufungen in den Achsen von 1 kva, 2 kva und 4 kva. Theoretisch lässt sich die Leistung für jede einzelne Achse bestimmen, zum Beispiel viermal 1 kva oder viermal 4 kva oder jedwede Kombination daraus. Entsprechend der Gesamtleistung wird der Aufbau mit passenden Leistungsmodulen kombiniert. Die stärkste Einspeisung liefert derzeit 20 kva. Ich gehe aber davon aus, dass wir mit etwa zehn unterschiedlichen Varianten alle Anforderungen abdecken. Welchen Vorteil hat es, den Vierachser einzusetzen, anstatt zwei Zweiachser der bisherigen Baureihe? Der Vorteil liegt zum einen in der extrem kompakten Bauform. In der Grundfläche bauen wir bis zu 50 % kleiner. Der Platzbedarf ist ein Aspekt, der viele Kunden heute beschäftigt: Sie versuchen alles auf relativ wenig Platz unterzubringen und den Schaltschrank direkt ins Maschinengestell zu integrieren. Deswegen sind kompakte Abmessungen so wichtig. Hinzu kommt eine möglichst einfache Montage mit wenigen Befestigungen. Gerade, wenn die Servoverstärker unter der Maschine hängen und nicht leicht zu erreichen sind, ist das nicht zu vernachlässigen. Darüber hinaus sind sämtliche Verbindungen in den Modulen bereits integriert. Somit entfällt die externe Verdrahtung. Die Funktion der einzelnen Achsen definieren wir über Apps. Wenn wir gerade bei der Anschlusstechnik sind. Welche Anschlusstechnik implementiert AMK bei den Motoren, die Ein- oder Zweikabeltechnik? Also, wir haben sowohl die Ein- als auch die Zweikabelanschlusstechnik implementiert. Die Einkabeltechnik wird von Kunden viel diskutiert, hat aber noch nicht in der Breite im Markt Einzug gehalten. Deswegen haben wir eine multifunktionale Geberschnittstelle implementiert, die alle gängigen Geber abdeckt. Wir können bei Bedarf aber auch sensorlos regeln, wenn die Applikation keine absolute Präzision bei einer Achse verlangt. Wie kommen Sie bei sechs oder acht Achsen mit der Rechenleistung hin? Die bereitet uns keine Probleme, da jede Achse einen eigenen Regelungsprozessor für die Strom- und Lageregler hat. Darüber gibt es einen performanten Kommunikations-Chip im MultiServo, der die Echtzeit-Kommunikation für die Achsen übernimmt. Was verstehen Sie unter Apps? Bislang haben wir über unseren modularen Hardware-Baukasten gesprochen. Unser Ansatz ist, möglichst viele Applikationen damit lösen zu können: klassische Motion Control, Kurvenscheibe, fliegende Säge, Delta-Roboter, Portal-Achsen bis hin zu Condition Monitoring. All diese Funktionen in eine Software zu gießen, würde beim Engineering zu Lasten der Usability gehen. Deshalb kapseln wir die Funktionen in einzelne Pakete, Apps. IEE Industrie Engineering Effizienz 03/2016 37
Das gibt dem Anwender die Möglichkeit, die Mehrachsgeräte individuell an die jeweilige Aufgabe anzupassen. Darüber hinaus sehen wir auch den Bedarf, dass ein Kunde möglicherweise in Hochsprache eigene Spezial-Funktionen selbst umsetzen möchte, sein Know-how kapseln möchte, damit weder wir oder andere auf diese Informationen Zugriff haben. Dazu wollen wir eine Schnittstelle definieren, die es Kunden ermöglicht, eigene Apps einzubinden. Uns ist klar, dass unser App-Konzept nicht von heute auf morgen und auch nicht von jedem umgesetzt wird. Deswegen gibt es auch eine App, über Wir werden alle bisherigen Safety-Funktionen auch im Multiachs-System vorhalten. die die Motion Controller wie üblich in IEC 61131 programmierbar sind. Ein Thema, das uns ebenfalls beschäftigt, ist die Visualisierung. Welche Informationen unseres Systems wären denn eigentlich zu visualisieren und wie in die Maschinenvisualisierung einzubinden? Jede App wird entsprechende Informationen mit sich bringen, die über HTML5 und Web-Technologien in gängigen Maschinenvisualisierungen einfach per Browser aufgerufen werden können. An Sicherheitsfunktionen unterstützen die Module Safe Torque Off. Reicht STO langfristig aus, bei der Applikationsbandbreite? Grundsätzlich ist Safe Torque Off in jeder Achse integriert, weil wir natürlich nicht wissen können, ob es Anwendungen gibt, die auch ein entsprechendes Splitten oder ein Zusammenfassen verlangen. Sie haben Recht, auf Das Gros der Applikationen liegt zwischen vier und zehn Achsen. Dauer werden wir mit Safe Torque Off allein nicht weit kommen. Deshalb arbeiten wir parallel daran, alle gängigen Safety-Funktionen, die wir heute schon in unserer modularen Baureihe haben, über FSoE ansprechen zu können: Safe Limited Speed, Safe Limited Position, SS1, SS2 und weitere. Da wir im Baukasten denken, sind das Optionen, die bei Bedarf je Achse ergänzt werden können. Zurück zur Hardware: Sie bieten das System vom Start weg mit Varan-Interface an, dem Systembus eines Wettbewerbers. Das klingt nach Kampfansage. Wir sind teilweise in ähnlichen Zielmärkten unterwegs. Varan haben wir implementiert, weil das bei einem unserer wichtigsten Kunden ganz oben auf der Wunschliste stand. Wir werden aber auch bei der neuen Generation unserer MultiServos die gängigen Systeme unterstützen, zum Beispiel Ethercat und Sercos. Wann erfolgt die Lieferfreigabe der ersten Geräte? Wir stellen immer wieder fest, dass die Verfügbarkeiten am Markt bei ein bis anderthalb Jahren nach Vorstellung liegen. Das passt in der Regel auch zu den Innovationszyklen unserer Kunden. Die Geräte, die wir zur SPS Drives vorgestellt haben, werden serienmäßig Ende 2016 verfügbar sein. Natürlich bedienen wir derzeit interessierte Kunden mit Prototypen. Parallel dazu arbeiten wir an unserem App-Konzept und den Hardwareerweiterungen. Auf der Hannover Messe zeigen wir die nächsten Entwicklungsschritte. Bei der App-Technologie ist unser Ziel, ein erstes Set an Apps zum Serienstart mit anzubieten. Das Interview führte Chefredakteur Stefan Kuppinger infodirekt 751iee0316 38 IEE Industrie Engineering Effizienz 03/2016
Halle15, Stand G04 Vier plus X auf einen Streich Multiachs-Servo spart Platz und vereinfacht Konfiguration Es ist alles drin für die Automatisierung von Maschinen, in denen ein mehrachsiger Servoantriebsverbund gefragt ist. Mit dem MultiServo hat die Firma AMK ein System entwickelt, das als integrierte Lösung vier Wechselrichter samt Einspeisung und Motion Control-Steuerung vereint. Und mit vier Achsen ist längst noch nicht Schluss. Udo Huneke, Jürgen Rapp Bilder: Auf die Schnelle Das Wesentliche in 20 Sek. Kleinere Schaltschränke, geringe Installationszeiten und der DC-Verbund steigern die Effizienz im Maschinenbau. Übergeordnete Motion-Control integriert Technologiefunktionen sind als Apps nachrüstbar. HMI-Templates inklusive Motion Control Aufgaben können unabhängig von zentraler SPS gelöst werden. Vier-Achs-Basismodul mit Zwei- und Vier- Achsmodulen erweiterbar später lesen/ weiter empfehlen QR2mail Mit dem kompakten MultiServo lassen sich mehrachsige Servo- Anwendungen realisieren. Kompakt heißt: Im Vergleich zu einer herkömmlichen Ausrüstung mit Einzelachsreglern spart das vierachsige Basismodul mit gerade einmal 130 mm Breite, 320 mm Höhe und 230 mm Tiefe bis zu 60 % Platz im Schaltschrank. Konzeptionell ist der MultiServo ein skalierbarer Baukasten. Auf der Leistungsbeziehungsweise Hardware-Ebene gibt es Achsen mit 1, 2 und 4 kva Leistung. Maschinenbauer haben die Möglichkeit, das Basismodul durch Erweiterungen mit Zwei- und Vier-Achs-Modulen flexibel zu erhöhen. Lastspitzen elegant abgefedert Für ein dynamisches Beschleunigen und Bremsen ist jede Achse für die doppelte Überlast ausgelegt und liefert dann beispielsweise das 4 kva-gerät für zehn Sekunden bis zu 13,2 A. Auf diese Weise lassen sich Applikationen mit vergleichsweise hohen Losbrechmomenten aber moderaten Dauermomenten im Normalbetrieb mit kleineren Reglern ausstatten. Dies erhöht die Energieeffizienz im Teillastbereich deutlich. So wie die Achsen individuell konfigurierbar sind, so einfach lässt sich auch die Leistung des Zwischenkreises mit 540 V DC erweitern: Es stehen 5 kw mit integrierten Filtern im Basisgerät beziehungsweise 20 kw mit externen Filtern zur Auswahl. Parallel zum Aufbau und der Systemleistung muss auch die Kühlung flexibel anpassbar sein. Grundlage bildet eine Coldplate-Technologie, die abhängig von der Applikation und den Umgebungsbedingungen wahlweise mit Flüssigkeitskühlung oder Luftkühlung kombiniert werden kann. Mehr Unabhängigkeit durch integrierte Bewegungssteuerung Eine weitere Besonderheit der Neuentwicklung besteht darin, dass die Mehrachsgeräte auch eine ausgewachsene Bewegungssteuerung an Bord haben. Somit können Maschinenbauer unabhängig von der Marke der übergeordneten Maschinen oder Anlagensteuerung ihre Motion Control Lösung realisieren und können ihr Modul über eine der unterstützten Feldbusschnittstellen mit einer übergeordneten Steuerung verbinden. Auf diese Weise können Maschinenbauer für die Bewegungsführung sämtliche Vorteile der Mehrachsgeräte nutzen, ohne bei der Auswahl des SPS-Herstellers von Werksvorschriften oder regionalen Marktführern abhängig zu sein. Hinsichtlich Kommunikation werden alle gängigen Kommunikationsschnittstellen unterstützt, beispielsweise Ethercat, Sercos und Varan. Die diversen Bewegungsfunktionen sind als Motion-Apps verfügbar. Hierbei deckt das Unternehmen aktuell die Funktionen Kurvenscheiben, Handlingsaufgaben, Pick-and-Place Bewegungen, Querschneider sowie mehrachskoordinierte Achsverbünde (Interpolation) ab. Darüber hinaus kann Codesys als offene Programmiersprache auf Basis IEC 61131-3 oder applikationsspezifische App integriert werden. STO und Schwingungsdämpfung gehören zur Serienausstattung Als Geberrückführung unterstützt das Antriebssystem die gängigen Geberarten und ermöglicht darüber hinaus auch einen geberlosen Betrieb. Weil die Safetyfunktion STO (sicher abgeschaltetes Moment) mehr und mehr zum Standard im Maschinen- und Anlagenbau zählt, wurde dieses 40 IEE Industrie Engineering Effizienz 03/2016
Das vierachsige Basismodul lässt sich individuell mit Zwei-Achs- und Vier-Achs-Modulen erweitern. Feature serienmäßig für jede Achse der Mehrachsregler implementiert. Darin enthalten ist eine Motorkurzschlussfunktion, die den Motor im STO-Fall abbremst. Offen konzipiert lassen sich auch komplexere Sicherheitsfunktionen integrieren, wenn dies die Risikobewertung einer Applikation verlangt. Eine weitere regelungstechnische Spezialität stellt die integrierte Schwingungs- dämpfung dar. Mit dieser Funktion im Gepäck sind Maschinenbauer besser in der Lage, die Produktionsgeschwindigkeit ihrer Maschinen zu steigern ohne Einbußen bei der Qualität. Hintergrund: Harte und schnelle Positionierbewegungen beziehungsweise abrupte Abläufe verursachen unweigerlich Schwingungen, die irgendwie zu kompensieren sind. Parallel dazu herrscht der Trend vor, Maschinen immer kleiner und leichter zu bauen was aus dem Blickwinkel Schwingungsdämpfung kontraproduktiv wirkt. Denn die Leichtbau-Konstruktionen können die von den Positionieranwendungen angeregten Schwingungen nur noch schlecht ausgleichen. Um ein Aufschwingen zu vermeiden, muss die Maschine folglich häufig mit angezogener Handbremse gefahren werden. Dies geht letztlich auf Kosten der Produktivität. Die im MultiServo integrierte Schwingungskompensation ist eine wirksame Lösung. Integrierte Lösung statt Einzelgerätekombination Einen wichtigen Beitrag hinsichtlich schnellem Engineering und zügiger Inbetriebnahme leistet die Montagetechnik des Systems. Aufgrund des hohen Integrationsgrads von vier Servoachsen samt Einspeisung und Motion Control fallen viele Befestigungen weg mit nur einem Gehäuse und vier Schrauben erfolgt die komplette Montage. Ebenfalls reduziert sich die Verkabelung, sowohl bei der Ethernet-Kommunikation, als auch bei der Querverdrahtung. AMK unterstützt die schnelle Installation an dieser Stelle mit integrierten Querverbindungen, die Kabel einsparen und vor allem auch für einen effektiven DC-Zwischenkreisverbund sorgen. Die angeschlossenen Achsen können damit bereits ab Werk untereinander einen Energieausgleich durchführen was letztlich den Stromverbrauch senkt, weil die beim Bremsen anfallende generatorische Energie über den Zwischenkreis für andere Achsen zur Verfügung steht und nicht über Widerstände verheizt wird. (sk) Autoren Udo Huneke, Leiter Marketing und Produktmanagement bei AMK Arnold Müller GmbH & Co. KG Antriebsund Steuerungstechnik in Kirchheim. Jürgen Rapp, Marketing Kommunikation bei AMK Arnold Müller GmbH & Co. KG Antriebs- und Steuerungstechnik in Kirchheim. Das Basis-Modul kombiniert Einspeisung, Zwischenkreis und Motion-Control-Steuerung. infodirekt 752iee0316