Erschienen am: 29.01.2009, Ausgabe SPS-MAGAZIN 1+2 2009

Bewegung optimal steuern
Von dezentraler Intelligenz zu eingebetteten Komplettlösungen

Festo hat sein Steuerungsportfolio erheblich ausgeweitet. Der Automatisierungstechnik-Spezialist zeigt seine Stärken nicht nur im Bereich der dezentralen Intelligenz, sprich im Bereich der unterlagerten Steuerungsfunktionalitäten auf der Ebene von Ventilinselterminals. Komplettlösungen wie die modulare Steuerung CECX oder sogar eingebettete Module gehören heute zur Produktpalette. Damit Festo-Anwender in der Handhabungs- und Montagetechnik Bewegung und Steuerung aus einer Hand erhalten.

Autor: Dipl.-Ing. Achim Kottmann, Festo AG & Co. KG.


Schneiden von Bahnen während der Bewegung, Pick&Place-Anwendungen in der Verpackungsindustrie oder die Koordination von komplexen Bewegungsabläufen im Raum: Spezielle Aufgaben in der Automatisierungstechnik stellen die unterschiedlichsten Ansprüche an die Controller, die die Bewegungsabläufe der elektrischen Antriebe in den Anlagen steuern. Je nach Applikation genügt ein einfaches Mehrachsinterface während bei sehr aufwendigen Bewegungen eine Robotiksteuerung eingesetzt werden muss. Zudem hängt die Auswahl des richtigen Controllers davon ab, ob der Anwender zusätzliche Programmiermöglichkeiten benötigt oder auf einen vordefinierten Funktionsumfang zurückgreifen möchte, um zusätzliche Zeit und Kosten zu sparen. Festo hat durch den Ausbau seiner Steuerungs-Produktwelt für nahezu jeden Bewegungs- und Anwendungsfall passende Lösungen parat.

Steuerelektronik huckepack auf einer Ventilinsel


Betrachten wir zunächst Flächen- und Raumportale, bei denen Werkstücke mit mehreren Achsen bewegt werden sollen. Diese kommen beispielsweise in der Verpackungsindustrie häufig zum Einsatz. Die geforderten Bewegungen sind hier meist wenig komplex, weshalb Anwender besonders auf kostengünstige Lösungen achten. U.a. für solche Anwendungsfälle bietet Festo das Mehrachsinterface CPX-CMXX an. Das Interface steuert als intelligentes Modul auf der CPX-Ventilinselplattform elektrische Antriebseinheiten an. Es kann sowohl einfache Einzelachsbewegungen als auch koordinierte Bewegungen mehrerer Antriebe durchführen. Wichtig dabei: Das CMXX-Modul koordiniert alle Steuerungsabläufe, die mit einer Bewegungsaufgabe zusammenhängen, auf der tiefen Feldebene. Das verringert nicht nur die Komplexität für den Anwender, sondern entlastet auch die übergeordnete SPS-Steuerung von einem 'lästigen' Arbeitspaket.

Pause für die SPS


Das Interface bietet somit Steuerungsintelligenz an dezentraler Stelle. Die SPS ist weiterhin mit den unterschiedlichsten Aufgaben der Maschinen und Anlagensteuerung befasst, während darunter das CPX-CMXX-Modul seine vordefinierte Aufgabe erfüllt. Die angesteuerten Antriebe werden über einfache Kommandos des SPS-Programms über den Feldbus gestartet und an ihre jeweiligen Positionen verfahren. Dies bringt konkrete Vorteile für den Anwender: Zum einen verkürzen sich die Zykluszeiten der SPS durch die dezentralisierte Bewegungssteuerung im CPX-Modul deutlich, zum anderen besteht zusätzliche Sicherheit durch einen Vorabtest. Denn mittels der Software Festo Configuration Tool (FCT) kann vorab geprüft werden, ob die Abläufe des Mehr- achshandlings in Ordnung sind. Eine Besonderheit des CMXX-Moduls: Anwender können über das Festo Configuration Tool zwei Achsgruppen mit bis zu vier Achsen pro Gruppe koordiniert konfigurieren - ohne mühsam programmieren zu müssen. Bei der Konfiguration 'Synchronfahren' kommen die Achsen gleichzeitig in der Zielposition an und mit der Funktion Verschleifen zur Optimierung der Bewegung erreicht man eine erhebliche Verkürzung der Taktzeiten. Die Konfiguration des Mehr- achsinterfaces mit FCT ist besonders anwenderfreundlich. Es bekommt als Eingangsgröße nur die Zielpositionen vorgegeben und führt die einzelnen Achsen selbständig über Geschwindigkeit und Position.

'Ausgewachsene' modulare Steuerung CECX


Werden die Aufgaben für das Mehrachsinterface CPX-CMXX zu komplex, übernimmt in der Festo- Steuerungswelt die modulare Steuerung CECX das Kommando - beispielsweise beim Schneiden von Bahnen während der Bewegung. Eine gerade Schnittkante gelingt nur, wenn das Schneidewerk- zeug in exakt gleicher Geschwindigkeit mit dem Transportband mitfährt. Die Steuerung synchronisiert deshalb die Motoren von Transportband und Schneidewerkzeug - so arbeitet das Messer ganz genau. Überall dort, wo SPS-Funktionen und Motion Control zusammentreffen, ist die CECX in ihrem Element, denn sie bietet in Verbindung mit der Software CoDeSys eine einheitliche Programmieroberfläche für Steuerungs- aufgaben und Bewegungsabläufe. Anwendungen kommen aus den unterschiedlichsten Einsatzfeldern, z.B. der Verpackungsindustrie, der Montagetechnik oder dem Handlingbereich.

Alle Bewegungen im Griff


Die CECX ist kompatibel zu unterschiedlichen Feldbussystemen, wie z.B. Profibus, CAN-Bus oder Ethernet. Als 'ausgewachsene' Steuerung kann sie sowohl umfangreiche SPS-Funktionen als auch Mehrachsbewegungen durchführen. Durch ihre Softmotion-Funktionalität, integriert in das CoDeSys- Programmier- und Laufzeitsystem, reichen ihre Einsatzbereiche konkret von einachsigen Verfahrbewegungen bis hin zu Bahninterpolationen mit 2,5D. Durch die Vielfalt an verfügbaren Funktionsbaugruppen und deren Modularität wird die CECX zu einem universell einsetzbaren Controller mit einem sehr breiten Anwendungsspektrum. Unterstützend wirkt die einfache Integration der elektrischen Antriebstechnik von Festo durch das Feldbusprofil FHPP (Festo Handling and Positioning Profile), das durchgängig und einheitlich spezifiziert bei allen Motorcontrollern und Motion Controllern von Festo Verwendung findet. Für noch anspruchsvollere Bewegungsanforderungen bietet Festo auch einen Motion Controller mit Robotikfunktionen. Auf Basis der CECX-Hardware macht die Robotersteuerung CMXR dreidimensionale Bewegungen in der anspruchsvollen Handhabungstechnik möglich. Mit der dreidimensionalen Interpolation im kartesischen Raum gelingen Bahnapplikationen im Raum. Auch Mehrachsanwendungen mit fünf oder sechs Freiheitsgraden im Raum sind mit diesem Controller kein Problem.

Embedded Control


Für Freunde integrierter Lösungen, aber auch für die ständig wachsende 'Fangemeinde' weitreichender Diagnose-Möglichkeiten, hält Festo darüber hinaus ein besonderes Schmankerl bereit: eine in ein Front-End-Display integrierte Steuerung. Das platzsparende Steuerungssystem FED-CEC integriert ein leistungsstarkes Steuerungsmodul in die Bedienterminal-Baureihe FED von Festo. Die Control-Platine wird einfach in das FED eingesteckt und schon stehen umfangreiche Steuerungsfunktionalitäten zur Verfügung. Die integrierte CANopen Master-Schnittstelle erlaubt den einfachen Anschluss von Festo- Ventilinseln und elektrischer Antriebe von Festo mit CANopen Interface. Eine Ethernetschnittstelle zur Vernetzung mit anderen Steuerungen steht ebenfalls zur Verfügung. Die Programmierung der Steuerungsfunktionalität erfolgt mit dem Programmiertool CoDeSys. Die grafische Oberfläche des FEDs ermöglicht allerdings nicht nur den Programmier- oder einfachen Bediendialog. Auch Diagnosedaten können damit vor Ort visualisiert werden. Sofern geeignete Screens programmiert sind, können Werker dann direkt an der Anlage auf Diagnosewerte reagieren und modifizierte Steuerbefehle senden.

Programmieren mit CoDeSys


Zur Funktionalität von Steuerungen gehört immer auch die entsprechende Programmiersoftware. Die angesprochene Plattform CoDeSys entlastet Anwender durch einfachste Inbetriebnahme, schnelle Programmierung und Parametrierung - eine standardisierte Programmierung nach IEC61131-3-Norm. Die Vorteile der Software für den Anwender liegen zum einen in umfangreichen Bausteinbibliotheken für Ein- bzw. Mehrachs-Verfahrbewegungen. Zum anderen ist die Software dank des IEC-Standards flexibel und offen für nahezu alle Arten von Steuerungsaufgaben. Drittens schließlich bieten Offline- und Online- Funktionen sowie Komponenten zur Hardware-Konfiguration und Visualisierung ein Höchstmaß an Flexibilität. Bestehende Applikationsteile können wiederverwendet werden.

Steuern und Bewegen in einer Hand


Mit dem beschriebenen Ausbau der Steuerungswelt schließen sich die letzten weißen Flecken auf der Control-Landkarte des Automatisierungsspezialisten Festo. Damit bekommen es Anwender der filigranen Handhabungs- und Montagelösungen des Unternehmens in die Hand, auch sämtliche Steuerungsaufgaben in grau-blau erledigen zu lassen.