18.11.2020

Steuerungsintelligenz für Linearanwendungen

Mit oder ohne SPS?

In heutigen Fertigungsprozessen sollen Maschinen und Anlagen immer selbstständiger, intelligenter und leistungsfähiger werden. Das betrifft auch die verbauten Komponenten und Systeme wie Sensoren, Taster oder Linearachsen. Wo bisher eine zentrale Steuerung erforderlich war, übernehmen die Komponenten viele Funktionen nun selbst. Durch diese Verschiebung der Intelligenz aus der Steuerungsebene in die Maschinenebene, ist eine klassische Systemarchitektur nicht immer geeignet. Für effiziente Prozesse sind dann oft neue Architekturen gefordert.


In der item-Steuerung können komplette Fahrprofile gespeichert und ausgeführt werden. Das Einlesen und Auswerten von Signalen, beispielsweise über I/O-Ports, erfolgt direkt.
Bild: item Industrietechnik GmbH

Typische Systemarchitekturen bestehen aus einer unteren Ebene - der Maschinenebene - mit den ausführenden Endgeräten, etwa Handling-Systemen, die konkrete Aufgaben des Materialflusses oder der Fertigung ausführen. Eine Ebene darüber werden diese Komponenten und Systeme über SPSen oder IPCs miteinander verknüpft. Sie übernehmen in Anwendungen der Lineartechnik die Steuerung einzelner Schritte zur Erledigung einer Transportaufgabe. Dabei werden häufig Sensoren wie Lichtschranken, Temperaturfühler sowie Endschalter und Aktoren, z.B. Hub- oder Verstellsysteme, unterschiedlicher Hersteller miteinander verknüpft.

Anbindung an die Steuerungsebene

Waren die untergeordneten Systeme in klassischen Systemarchitekturen meist nicht sehr leistungsfähig, hat sich das Bild mittlerweile deutlich verändert: Die Maschinenebene gewinnt an Intelligenz, dort verbaute Endgeräte verfügen immer öfter über eigene Steuerungen. Dann können sie eigenständig Aufgaben erfüllen. So sind z.B. Sensoren in Fertigungsprozessen in der Lage, sich selbst zu positionieren. Zudem sind intelligente Endgeräte auch in Flächenportalen einsetzbar, die auf Lineartechnik basieren. Je nach Anwendungsfall und Intelligenz einer Maschine sind demnach unterschiedliche Systemarchitekturen möglich. Der Einsatz einer SPS bietet sich an, wenn Änderungen im Arbeitsablauf schnell umgesetzt werden müssen, da die Steuerungen über standardisierte Schnittstellen verfügen und mit anderen Systemen kombinierbar sind. Einmal erstellte Steuerungsprogramme lassen sich beliebig oft kopieren und verwenden. Auf die SPS kann im Sinne der Fernwartung heute auch meist von verschiedenen Orten aus zugegriffen werden. Die schnelle Fehleranalyse und der zuverlässige Betrieb sind weitere Vorteile. Demgegenüber bieten sich autonome Systeme mit eigener Steuerung ohne SPS-Anbindung an, wenn Aufgaben mit geringerer Komplexität erfüllt werden sollen oder eine übergeordnete Prozesssteuerung nicht notwendig ist. Die Einrichtung des Systems wird damit erheblich vereinfacht. Es bedarf keiner speziellen Infrastruktur, um unterschiedliche Ebenen zu verbinden. Das ermöglicht eine schrittweise Erweiterung der Produktionsanlagen und erleichtert gerade kleinen und mittelständischen Unternehmen den Einstieg in die Automation. Möglich ist darüber hinaus auch eine Kombination beider Systeme. So lassen sich autonom arbeitende Systeme gezielt in Verbindung mit vernetzten Systemen nutzen.

Anwendungen in Verbindung mit Lineartechnik

Gerade in der Lineartechnik gibt es viele Beispiele dafür, wie mit relativ geringem Programmieraufwand die Effizienz in Produktion und Logistik verbessert wird. So können Standalone-Linearlösungen gut für einfache Aufgaben wie das Anheben, Senken oder Positionieren von Werkstücken eingesetzt werden. Auch um Werkzeuge oder Lasten von einem zum nächsten Punkt zu verfahren eignen sich automatisierte Lineareinheiten. Eine SPS-Anbindung ist in diesem Fall nicht notwendig. Ein Anwendungsbeispiel, das eine Verbindung von intelligenten Endgeräten mit einer SPS erfordert, ist die Steuerung von 2D- und 3D-Portalen. Typische Einsatzgebiete sind Pick&Place-Aufgaben oder die Zuführung von Produkten.

Ein System für viele Anwendungsfälle

Eine flexible Basis zur Prozessautomatisierung bietet das Unternehmen Item mit seinem Komplettsystem aus Lineareinheit, Motor, Antrieb und Steuerung sowie umfassender Software-Unterstützung bei Planung und Inbetriebnahme. "Wir liefern mit der Linear Motion Unit ein System, das klassische und moderne Systemarchitekturen unterstützt und damit viele Anwendungsfälle in der Lineartechnik abdeckt", betont Uwe Schmitz, Produktmanager Maschinenautomation bei Item. "Transportaufgaben können ohne übergeordnete Steuerung erfüllt werden, es ist aber ebenfalls eine Anbindung via Feldbus oder I/Os an eine SPS möglich." Für die Umsetzung klassischer Automatisierungsaufgaben stehen zahlreiche vormontierte Lineareinheiten mit unterschiedlichen Antriebs- und Führungstechnologien zur Auswahl, die aufeinander abgestimmt sind. Das Tool MotionDesigner benötigt dafür bei der Konfiguration der Lineareinheit nur wenige Angaben. Dabei berücksichtigt die Software die statischen, dynamischen und thermischen Belastungen aller Komponenten und errechnet so die passende Option aus tausenden möglichen Kombinationen. Mithilfe des Tools MotionSoft kann anschließend unkompliziert die Konfiguration und Inbetriebnahme erfolgen. Die Inbetriebnahme-Software und die Steuerung von Item vermessen die Lineareinheit selbsttätig und ermitteln so die richtigen Einstellungen.

Empfehlungen der Redaktion

Einfache Programmierung und Integration

Die zentrale Aufgabe der Steuerungen von Item ist die Ansteuerung der Servomotoren. Die programmierbaren Regler vereinen viele Funktionen in einem kompakten Gehäuse, so können etwa komplette Fahrprofile gespeichert und ausgeführt werden. Das Einlesen und Auswerten von Signalen, z.B. über I/O-Ports, erfolgt direkt. "Bei der Programmierung mit dem Tool MotionSoft legen Anwender wichtige Parameter wie Geschwindigkeit und Beschleunigung fest und definieren das Wegeprogramm", erklärt Uwe Schmitz. Ist das Programm in der Steuerung abgelegt, führt sie dieses selbstständig aus. Eine SPS ist somit nicht nötig, um Positionen anzufahren oder einfache Prozesse durchzuführen. Die Steuerungen unterstützen gängige Feldbussysteme und bieten Schnittstellen zu übergeordneten Steuerungen. Damit können die Lineareinheiten also auch als Baugruppen in komplexe Prozesse integriert und an eine SPS angebunden werden.

Anzeige