Erschienen am: 08.02.2018, Ausgabe SPS-MAGAZIN 1+2 2018

Intelligente Servoregler

Bereit für Industrial Ethernet

In der Automatisierungstechnik zeigt sich eine zunehmende Akzeptanz von Industrial Ethernet. Um diesen Trend zu unterstützen und um die Möglichkeiten für hochdynamische Servoantriebe zu erweitern, bietet Promicon seine Reglerserie CompactMotion (CPM) mit Profinet und Ethercat an.


Intelligente Servoregler CompactMotion
Bild: Promicon Elektronik GmbH + Co. KG

Die Geräte der Serie CompactMotion sind vielseitige Servoregler mit Fokus auf Flexibilität und Leistungsfähigkeit. Sie werden vorwiegend dann eingesetzt, wenn hohe Anforderungen an die Dynamik und Präzision von Servoachsen gestellt werden. Da die Regler mit unterschiedlichen Motoren betrieben werden können und eine große Funktionalität aufweisen, sind sie für vielfältige Applikationen geeignet.

Hohe Netzwerk-Performance

Da sich die Servoregler durch sehr kurze Reaktionszeiten auszeichnen, ist die Ethernet-Anschaltung ebenfalls für kurze Reaktionszeiten und hohen Datendurchsatz ausgelegt. Um die hohe Netzwerk-Performance zu erreichen, wurde die Anschaltung mit einem ARM-basierten netX-Prozessor realisiert. Dadurch lassen sich zukünftig auch andere industrielle Ethernet-Protokolle leicht und zuverlässig implementieren. Neben Industrial Ethernet können die Servoregler in nicht-echtzeitfähigen Netzwerken über das TCP/IP-Protokoll angesteuert werden und stehen auch für Profibus und CANopen zur Verfügung. Um die Anbindung an handelsübliche Steuerungen möglichst einfach zu gestalten, stehen fertige Programmblöcke und Funktionen zur Verfügung. Sie laufen autonom im Servoregler ab, es muss keine Treiber-Software in der Steuerung installiert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass beim Einsatz verschiedener Steuerungen die Funktionsblöcke immer gleich arbeiten und keine Abhängigkeit vom Typ der Steuerung vorhanden ist. So werden eventuelle Komplikationen bei der Implementierung vermieden und die Portierung erleichtert.

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Erweiterbarer Funktionsumfang

Um für Situationen gerüstet zu sein, bei denen Standardfunktionen nicht ausreichen, kann der Funktionsumfang des Servoreglers jederzeit erweitert werden, ohne dass spezielle Anpassungen der Firmware durch den Hersteller erforderlich sind. Entsprechend wurden die vorgefertigten Funktionsbausteine vollständig auf der Anwenderebene realisiert und als Quell-Code zur Verfügung gestellt. Der Programmierer wird damit in die Lage versetzt, Funktionsbausteine zu modifizieren, zu ergänzen oder ganz neu zu erstellen. In der Folge kann der Anwender schnell auf neue Anforderungen reagieren und behält gleichzeitig sein Prozess-Know-How vollständig in der eigenen Hand. Die Servoregler verfügen über alle Programmierelemente, die zur freien Gestaltung von Bewegungen und Abläufen erforderlich sind. Hierzu zählen Arithmetik, Verknüpfungen, remanente Variablen oder Zeitgeber. In Kombination mit Objekten zur Beeinflussung der Achse lassen sich unterschiedliche Aufgabenstellungen wie Fahren auf Blockierung, Restweglöschung, Stromreduzierung, Positionserfassung mit Trigger-Eingang oder Geschwindigkeitsprofile auf einfache Weise realisieren. Durch diese vielseitigen Möglichkeiten können Aufgaben gelöst werden, die sonst nur schwer oder gar nicht umsetzbar sind.

Freie Auswahl des Motors

Durch die rasante technische Entwicklung sind eine Vielzahl von Motoren unterschiedlicher Bauformen auf dem Markt. So stehen neben klassischen AC-Servomotoren auch Linearmotoren, Torquemotoren, tubulare Motoren und vielerlei Spezialmotoren zur Verfügung. Damit der Konstrukteur aus diesem breiten Angebot die am besten passende Technik einsetzen kann, ist ein Servoregler erforderlich, der unterschiedliche Bauformen von verschiedensten Herstellern ohne Modifikation der Regler-Firmware ansteuern kann. Deshalb verfügen die CompactMotion-Regler über einen universellen Parametersatz, mit dem praktisch jeder Synchronantrieb betrieben werden kann. Neben Servoreglern mit direktem Netzanschluss, stehen auch Geräte für niedrige Zwischenkreisspannungen bis 70VDC zur Verfügung. Der Konstrukteur kann also sehr klein bauende Motoren einsetzen, wie es beim Handling von kleinen Bauteilen erforderlich ist. Weiterhin reduziert sich das Bauvolumen der Regler und die elektrische Installation wird vereinfacht. Je nach Typ des Motors kann die Leistungsversorgung direkt aus der 24V-Versorgung der Anlage erfolgen.

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Unterschiedliche Feedback-Systeme

Da die angebotenen Motoren über unterschiedliche Feedback-Systeme zur Erfassung der Lage und Geschwindigkeit verfügen, muss der Servoregler auch in der Lage sein, diese auszuwerten. Bei Promicon wird hierfür ein Feedback-Interface zur Verfügung gestellt, bei dem keine speziellen Adaptionsmodule erforderlich sind. Stattdessen wird das eingesetzte Feedback-System einfach über einen Parameter aktiviert. Derzeit werden folgende Standards unterstützt:

  • • EnDat 2.1 und 2.2
  • • Hiperface
  • • BiSS
  • • SSI
  • • Sinus-Cosinus
  • • Inkremental
  • • Resolver

Sicherheit inklusive

Um den Anforderungen der funktionalen Sicherheit gerecht zu werden, ist die Safety-Funktion STO standardmäßig verfügbar. Die zweikanalige Ausführung entspricht den Normen EN13849-1 und EN62061 und ist für hohe Ansprüche gemäß PLe und SIL3 durch den TÜV zertifiziert. Die Funktion ist voll elektronisch und damit verschleißfrei ausgeführt und kann leicht mit anderen Sicherheitskomponenten kombiniert werden. Zur Realisierung von bewegungsbasierenden Safety-Funktionen kann direkt ein externes Erweiterungsmodul mit folgenden Funktionen angeschlossen werden:

  • • SS0 (Safe-Stop Kategorie 0)
  • • SS1 (Safe-Stop Kategorie 1)
  • • SS2 (Safe-Stop Kategorie 2)
  • • SLS (Safely-Limited-Speed)
  • • SOS (Safe-Operation-Stop)
  • • SDI (Safe Direction)

Darüber hinaus enthält der Servoregler standardmäßig alle Komponenten, die in der Praxis erforderlich sind. Dazu gehören: Ballastwiderstand (extern erweiterbar), Zwischenkreiskopplung, Netzfilter, Weitbereichseingang für ein- und dreiphasige Netze, sechs digitale Ein- und vier digitale Ausgänge, Motorüberwachung mit PTC, PT1000- oder KTY-Sensor sowie ein temperaturgeregelter Lüfter.

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Überwachung und Diagnose

Parametrierung und Programmierung erfolgen über die frontseitige USB-Schnittstelle mit dem Real-Time-Debugger pWIN. So können alle Aktivitäten und Zustände des Servoreglers inspiziert werden. Hierzu zählt auch das Diagnose-Logbuch, in dem die letzten 200 Ereignisse aufgezeichnet sind. Von großem Nutzen ist auch die Live-Scope-Funktion, mit der sich die Bewegung des Antriebs ohne Zeitverzögerung beobachten und auswerten lässt. Das ist insbesondere beim Abgleichen und Anpassen der Reglereinstellungen von Bedeutung. Für die Inbetriebnahme gibt es ein spezielles Werkzeug, mit dem die Achse gezielt bewegt und beobachtet werden kann, ohne dass weitere Funktionen aktiviert werden müssen. Um die Dynamik und Präzision moderner Servoantriebe bestmöglich zu entfalten, erfolgt die Regelung mit einem schnellen RISC-Prozessor und leistungsfähigen Algorithmen. Die Bewegung wird exakt entsprechend den Vorgaben für Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck gestaltet. Hierbei sorgt insbesondere die Rucksteuerung für einen harmonischen Bewegungsablauf und eine wirksame Reduzierung von mechanischen Schwingungen. Eine weitere Eigenschaft ist der verzögerungsfreie Start von Bewegungen, welche die Reaktionszeiten reduziert und die Anlagenleistung verbessert.

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