Erschienen am: 06.10.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 10 2017

Mehr Unabhängigkeit durch offene Systeme

Independence Day in der Automatisierung

Eine große Bedrohung aus dem All zwingt die Welt zum Handeln. Durch die erfolgreiche Bewältigung dieser erlangt das Wort Unabhängigkeit einen höheren Stellenwert. Das ist der Inhalt des Spielfilm-Klassikers 'Independence Day' in einem Satz. Aber: Erzeugen neue Herausforderungen automatisch die Sehnsucht nach mehr Unabhängigkeit? Wie ist Unabhängigkeit im modernen Maschinenbau möglich? Und was macht zukunftssichere Automatisierungstechnik aus? Um Antworten auf diese Fragen zu finden, braucht man keine Wesen aus einer anderen Galaxie.


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Die Auswahlkriterien für Automatisierungssysteme sind heute unterschiedlicher denn je. Auf der einen Seite vertraut der Maschinenbauer auf Lösungen aus einer Hand. Auf der anderen Seite will er größtmögliche Leistung und Funktionalität aus der Maschine herauskitzeln. Mit diesem Ziel wählt er bewusst Komponenten verschiedener Hersteller aus.

One-Stop-Shop oder das Beste verschiedener Welten?

Die One-Stop-Shop-Strategie vertraut darauf, dass nur ein Lieferant alle erforderlichen Automatisierungskomponenten im Portfolio hat. Vorteilhaft und selbstverständlich ist es, dass alle Teile miteinander kompatibel sind und so ein schnelles Plug&Play gewährleistet ist. Die Integration von Drittanbieterkomponenten ist dann aber aufwändig - wenn überhaupt möglich. Das Ergebnis liegt häufig in einem Kompromiss aus Preis und Performance der Maschine. Ein flexibles Automatisierungsportfolio bietet dagegen die gewünschte Offenheit für eine ziel- und prozessorientierte Maschinenautomatisierung. Durch die Möglichkeit, das bestmögliche System aus den leistungsstärksten Komponenten verschiedener Hersteller zusammenzustellen, kann der Anwender eine außergewöhnliche Maschinenperformance erreichen und behält zudem seine Unabhängigkeit. Dafür müssen die Produkte aber einfach und schnell integrierbar sein - sowohl als Komponente als auch als Teilsystem.

Die Antriebstechnik erhöht den Mehrwert

In der Maschine setzen Antriebe die Steuersignale in die gewünschte Bewegung um. Präzision oder Dynamik sind dabei zwei wichtige Schlagworte, um im Ergebnis einen idealen Be- oder Verarbeitungsprozess zu realisieren. Häufig ist die Maschinensteuerung etabliert oder durch Endkundenvorschriften gesetzt. Die Antriebe des Systempartners erfüllen aber nicht immer die spezifischen Anforderungen. Offene Antriebs- und Servosysteme bieten hier eine attraktive Alternative. Die Systemintegration erfolgt schnell mit einer auf die jeweilige Steuerung abgestimmten Gerätebeschreibungsdatei. Kommuniziert wird mit standardisierten Feldbussen wie Ethercat bzw. Profinet oder klassischen Systemen wie CANopen oder Profibus. Standardisierte Bewegungsprofile lassen Steuerung und Antrieb eine Sprache sprechen. Spezialmotoren sind für kompakte und effiziente Maschinen das Salz in der Suppe:

  • • Trommelmotoren werden platzsparend in die Transportstrecke eingebaut.
  • • Torquemotoren bewegen Prozesse verlustoptimal und spielfrei.
  • • Linearmotoren steigern durch ihre dynamischen Eigenschaften die Performance der Maschine.

Moderne Antriebsregler beherrschen den Betrieb dieser Motoren genauso einfach wie den von Servomotoren. Ein Autotuning stellt alle Parameter schnell und zuverlässig ein. Die Anpassung an die Bewegungsaufgabe erfolgt mit grafischen Bedienelementen. Das offene Multimotor-Interface wertet zudem eine Vielzahl von Gebersystemen aus. Hochauflösende Systeme in Ein- und Zweikabeltechnik sind ebenso möglich wie der klassische Resolver oder Hallsensoren.

Der Antrieb als Industrie-4.0-Datenquelle

Im Zeitalter von Industrie 4.0 wird der Wunsch nach einem 'Antriebssystem als Sensor' zur Realität. Predictive Maintenance oder Condition Monitoring sind nur möglich, wenn der Antrieb die erforderlichen Daten sammelt und sie der Maschinen- und Liniensteuerung übermittelt. Unterschiedliche Konzepte werden diskutiert: Ist der Antrieb nur Datensammler oder ist bereits eine Analyse der Daten erforderlich? Trotz der enormen Bandbreite heutiger Feldbusse ist das Übertragen aller Daten nicht immer möglich. Hier schlägt die Stunde des intelligenten Antriebs. Er wertet alle Daten nach definierten Mustern aus und versendet nur den Status. Eine im Antrieb integrierte SPS bietet dabei ein hohes Maß an Flexibilität. Sie setzt die individuelle Prozesskenntnis des Maschinenbauers in Algorithmen um, die lediglich das Ergebnis darstellen. Damit entlastet die SPS den Feldbus und die Maschinensteuerung. Das Know-how des Anwenders bleibt gewahrt, da er den Ablauf in Eigenregie definieren, programmieren und testen kann.

Standards ermöglichen

modulare Maschinen

Die Steuerung ist das Herz der Maschine. Sie steuert den Pulsschlag, überwacht sämtliche Prozesse und verteilt detaillierte Informationen. Standards sind auch hier die Basis für ein offenes Automatisierungssystem. Dass dieses nicht nur auf die Kommunikationsschnittstellen begrenzt ist, zeigt das Bestreben vieler Endanwender und Maschinenbauer zur modularen Programmierung von Maschinen. Die Ziele sind neben der modularen Maschinenstruktur standardisierte Prozessgrößen. Modulare Maschinen sind im Trend. Eine stetig zunehmende Produktvarianz erfordert die Aufteilung in autarke Maschinenmodule, die flexibel und in kurzer Zeit nach Kundenvorgabe und Produkt variiert werden können. Branchentypische Softwaremodule tragen zur Verkürzung von Entwicklungs- und Inbetriebnahmezeiten bei. Solche geprüften Funktionen wie z. B. Querschneider, Wickler oder komplexe Handhabungskinematiken werden vom Automatisierungspartner bereitgestellt. Die Anpassung an die Applikation erfolgt nur durch einfaches Parametrieren. Sprichwörtlich muss das Rad nicht neu erfunden werden.

Einfache Linienintegration gemäß Plug&Produce

Eine einfache Integration von Maschinen in die Produktionslinie erfordert einheitliche Maschinen- und Prozessdaten. Sprechen alle Maschinen eine Sprache, dann entfällt das aufwändige Umsetzen von Daten einer Maschine auf die andere. Das spart nicht nur Zeit, sondern erlaubt auch den Aufbau von modularen Produktionsanlagen. In der Verpackungstechnik wird hierfür seit geraumer Zeit der PackML-Standard eingesetzt. Er definiert die Zustandsmaschine und Grundbetriebsarten der Maschine. PackTags bilden die Kommunikations-, Steuer und Administrationsparameter ab. PackML lässt aber auch Spielräume für herstellerspezifische Funktionen. Eigene Betriebsarten sind definierbar, die Zustandsmaschine kann auf die notwendigen Stati reduziert werden. Aufgrund der Flexibilität ist der Standard mittlerweile auch außerhalb der Verpackungsindustrie etabliert. PackML fördert zudem die Darstellung einheitlicher OEE-Kennzahlen. Sogenannte Administration Tags sind der Datenlieferant für die Analyse der Performance und weiterer Bedienerinformationen. Mittels OPC UA erfolgt die Kommunikation von Maschine zu Maschine oder zu MES- und ERP-Systemen. Hierzu wurde in 2016 ein Standard zwischen der Packaging Work Group der OMAC und der OPC Foundation vereinbart.

Motion, Robotik und CNC in nur einer Steuerung

Als Spezialist in der elektrischen Antriebs- und Automatisierungstechnik hat LTI Motion die beschriebenen Anforderungen und Einkaufsstrategien konsequent umgesetzt. Die Antriebsregler des Herstellers zeichnen sich durch die hohe Regelgüte bei sehr kompakter Baugröße aus. Nur 55mm Breite reichen, um einen 3kW-Dreiachsregler unterzubringen. Das Leistungsspektrum von 0,375 bis 250kW passt für viele Applikationen. Die Servoregler kommunizieren mit Steuerungen von diversen Anbietern über standardisierte Feldbusse und Bewegungsprofile. Das Multimotor-Interface steuert unterschiedliche Motoren mit nur einem Regler an. Achs- oder steuerungsbasierende Sicherheitsmodule gewährleisten die Personensicherheit. Skalierbare Motion Controller erweitern das Antriebs- zu einem Automatisierungssystem. Für Motion-, Robotik- und CNC-Applikationen wird nur eine Steuerungshardware benötigt. Das Programmiersystem Codesys 3 erlaubt durch seine weite Verbreitung, dass einmal erstellte und getestete Programme für verschiedene Steuerungen verwendbar sind. Neue Geräte werden über die Gerätebibliothek unkompliziert eingebunden. Die vertikale Kommunikation zur Maschinen- oder Liniensteuerung sowie zur Visualisierung anderer Hersteller erfolgt über Ethercat, Profinet oder Ethernet/IP. I/O-Module in IP20 sowie IP67 und Bedienfelder komplettieren die Automatisierung der Maschine.

Fazit

Ob One-Stop-Shop oder eine performante Lösung mit einer Mixtur aus Geräten verschiedener Hersteller: Das Portfolio und die partnerschaftlichen Ideen von LTI Motion erfüllen die Wünsche nach neuen nachhaltigen Lösungsräumen.