Schaltschranklos arbeitsfähig

Der Autor: Jürgen Rapp, Leiter Technisches Marketing, AMK Arnold Müller, Kirchheim/Teck

Maschinen so konstruieren, dass spätere Erweiterungen oder Anpassungen problemlos möglich sind? Individualisierte Produkte in Losgröße 1 genauso effizient fertigen wie in Großserien? Es sind große Herausforderungen, mit denen Maschinenbauer heutzutage konfrontiert werden. Ein Grund, warum der Siegeszug des modularen Maschinenbaus unaufhaltsam weitergeht. Standardisierte Funktionseinheiten, die einfach nur zusammengefügt werden müssen, lassen Maschinenbauer und Anwender auf Marktveränderungen schnell und flexibel reagieren.

Für die Mechanik ist die Modularisierung weitestgehend realisiert. Aber im Bereich der Automatisierungskomponenten besteht hier noch großes Potenzial. Vor allem auf der Steuerungsebene muss bei den einzelnen Modulen noch zusammenwachsen, was zusammengehört. Und anstatt die übergeordnete Steuerung immer leistungsfähiger zu machen und zu verteuern, ist ein innovativer Ansatz, die Intelligenz zu dezentralisieren und direkt in die einzelnen Module zu bringen. Dadurch wird die Komplexität von Anlagen und Maschinen massiv verringert. Ideal wäre es dabei, wenn nicht nur die Steuerung, sondern auch die Einspeisung dezentral in hoher Schutzart direkt im jeweiligen Maschinenmodul platziert wird.

Somit kann der Konstrukteur der Maschine alle Module mit einer geringen Anzahl an Automatisierungskomponenten flexibel und funktionsorientiert entwerfen ohne auf künftige Eventualitäten Rücksicht nehmen zu müssen. Maschinen bauen ohne Platzreserven im Schaltschrank einplanen zu müssen und ohne spezielles Automatisierungs-Know-how? Ja, das geht: Wenn die Antriebstechnik samt Einspeisung und Steuerung direkt im Maschinenmodul verbaut ist. Dadurch wird schaltschranklose Automatisierung möglich.

Mit dem neuen dezentralen Motion Controller iSA liefert AMK ein System, das komplett ohne Schaltschrank arbeitsfähig ist. Der iSA beinhaltet dafür genau die Funktionen, die bis dato für Servoanwendungen im Feld noch fehlten: Einspeisung in Kombination mit Steuerungsintelligenz. Er verfügt über einen Drehstromanschluss und bietet sowohl eine DC-Bus-Versorgung für Servoantriebe als auch eine integrierte 24-V-Versorgung und Steuerungsintelligenz inkl. Motion Control. Das kompakte Design des iSA wird durch ein schlankes Realtime-Linux-Betriebssystem abgerundet. Mit dem dezentralen Motion Controller iSA ist es möglich, alle Komponenten der Automatisierung direkt im Maschinenmodul zu verbauen und die Schnittstellen reduzieren sich auf einen Realtime-Ethernet-Anschluss zur Aufnahme in den Steuerungsverbund und einen Drehstromanschluss mit 3 x 400 VAC.

Der wasserdichte Motion Controller in IP 65 präsentiert sich nicht nur konstruktiv sehr beweglich, sondern auch bei der Visualisierung. Aus Kostengründen sieht AMK zwar keinen vorrangigen Bedarf, Maschinenmodule mit einer eigenen Visualisierung auszurüsten, dennoch gibt es Situationen, auf Nebenaggregate optisch zugreifen zu müssen. Service, Wartung und Einspielen neuer Rezepturen sind drei typische Beispiele, bei denen der Zugriff auf die autarken dezentralen Motion Controller sinnvoll ist. Für diese Einsätze öffnet AMK den Weg, sich mit Smart-Devices mit den iSA-Controllern zu verbinden. Das eingesetzte Visualisierungssystem kommuniziert hier mit allen gängigen Betriebssystemen für Tablets oder Smartphones. In Summe sorgt dieser schlanke Aufbau dafür, Maschinenmodule preiswerter bauen zu können, weil die Mensch-Maschine-Schnittstelle in die mobile Office-Welt verlagert wird.

Neben der Modularisierung der Mechanik wird im modularen Maschinenbau bislang oft der Weg der modularisierten Software eingeschlagen, da Basisapplikationen oftmals wiederkehrende Anforderungen an die Automatisierung darstellen. Dies ist sicherlich ein richtiger und arbeitserleichternder Weg. Aber geht die Modularisierung hier weit genug? Die Programmierung findet auch weiterhin in der zentralen Steuerung statt. Die Verwendung von immer leistungsfähigeren Prozessoren macht dies zwar möglich, aber hier werden die Vorteile des modularen Maschinenbaus nicht voll ausgeschöpft. Und mit der Anzahl der Module steigt die Komplexität der zentralen Steuerung.

AMK packt mit dem schaltschranklosen Motion Controller iSA die Bewegungssteuerung in die einzelnen Maschinenmodule. Programmiert wird in Codesys V3 nach IEC61131. Bei der Querkommunikation im Master-Slave-Betrieb sowie für generelle Gateway-Funktionen heißt der präferierte Systembus EtherCAT. Darüber hinaus gibt es serienmäßig Anschlussmöglichkeiten für Profibus und Ethernet IP. Je nach übergeordneter Steuerung ist eine Anbindung der Module über Echtzeit-Ethernet aber auch nur über Ethernet möglich. Im erstgenannten Fall werden die Leitwerte in Echtzeit übertragen, während bei der zweitgenannten Variante der Motion Controller im Maschinenmodul die Aufgabe – auf Anforderung – selbstständig ausführt und danach eine entsprechende Rückmeldung an die Zentralsteuerung gibt.

Durch den Einsatz der dezentralen Motion Controller iSA wird die Übersichtlichkeit im Programm der Zentralsteuerung erhöht und deren Komplexität verringert. Die zentrale Steuerung sorgt dann hauptsächlich für die Vernetzung der autarken Module.

Mit dem dezentralen Motion Controller iSA hat AMK seine Erfahrungen aus der Servotechnik genutzt, um dem Maschinen- und Anlagenbau künftig ein Komplettsystem bieten zu können. So wird es möglich, eine Modularisierung ohne Kompromisse wirklich durchgängig umzusetzen. Damit können die Vorteile des modularen Maschinenbaus noch effektiver ausgeschöpft werden: Beispielsweise sind Funktionstests der einzelnen Module bereits in der Aufbauphase von Maschinen möglich. Dies spart ebenso wertvolle Zeit bei der Time-to-market wie die wesentlich vereinfachte Inbetriebnahme von Maschinen durch deren modularen Aufbau. Nicht zuletzt wird die Produktion flexibler, weil die Integration verschiedener Module schnell und einfach möglich ist. Die Bewegungssteuerungen der einzelnen Module müssen nicht in der zentralen Steuerung programmiert, sondern nur noch miteinander verbunden werden. Nachträgliche Erweiterungen bestehender Anlagen sind problemlos möglich. Dies sorgt auch für eine längere Lebensdauer und hohe Wertbeständigkeit der Maschinen. I

Halle 15, Stand D08

AMK Arnold Müller GmbH & Co. KG

Gerd Fecher, Leiter Applikation und Produktmanager Steuerungstechnik

Tel.: 07021 5005-225

Detaillierte Informationen zum dezentralen Motion Controller