03.09.2013

Fit für Industrial Ethernet:

Servoregler mit Profinet- und Ethercat-Schnittstelle

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, hat Promicon seine Regler-Serie CompactMotion um Profinet und Ethercat ergänzt.

Autor: Dipl.-Ing. Klaus Keck, PROMICON Elektronik GmbH + Co. KG.


Bild: Promicon Elektronik GmbH + Co. KG

Die Geräte der Serie CompactMotion sind universelle Servoregler mit hoher Flexibilität. Sie werden vorwiegend dann eingesetzt, wenn hohe Anforderungen an die Dynamik und Präzision von Servo-Achsen gestellt werden. Da die Regler mit unterschiedlichen Motoren betrieben werden können und viele Funktionen mitbringen, sind sie für den Einsatz in vielfältigen Applikationen geeignet. Da die Servoregler kurze Reaktionszeiten bieten, 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. Zudem ermöglicht es diese Technologie, zukünftig auch andere industrielle Ethernet-Protokolle leicht und zuverlässig zu implementieren. Neben Industrial Ethernet können die Servoregler auch in nicht-echtzeitfähigen Netzwerken über das TCP/IP-Protokoll angesteuert werden. Alternativ stehen die Geräte auch für die Feldbusse Profibus und CANopen oder mit RS232-Schnittstelle zur Verfügung.

Anbindung an Steuerungen

Um die Anbindung an handelsübliche Steuerungen möglichst einfach zu gestalten, stehen fertige Programmblöcke und Funktionen zur Verfügung. Diese Funktionselemente laufen autonom im Servoregler ab und benötigen keine Treiber-Software in der Steuerung. Außerdem arbeiten diese Funktionsblöcke beim Einsatz verschiedener Steuerungen immer gleich, und es ist keine Abhängigkeit vom Typ der Steuerung vorhanden. Hierdurch 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 hierfür Anpassungen der Firmware durch Promicon erforderlich sind. Um dies zu ermöglichen, sind die vorgefertigten Funktionsbausteine vollständig auf der Anwenderebene realisiert und werden als Quell-Code zur Verfügung gestellt. Dadurch kann der Programmierer vorhandene Funktionsbausteine modifizieren, ergänzen oder neue Funktionsbausteine erstellen. Auf diese Weise wird die Einfachheit von Standardfunktionen mit der Flexibilität der freien Programmierbarkeit kombiniert. So kann der Anlagenhersteller schnell auf neue Anforderungen reagieren, und gleichzeitig bleibt sein eigenes Prozess-Know-how vollständig in seiner Hand. Die Servoregler verfügen über alle Programmierelemente, die zur freien Gestaltung von Bewegungen und Abläufen erforderlich sind. Hierzu zählen Arithmetik, Verknüpfungen, Variablen, Zeitgeber usw. In Kombination mit Objekten zur Beeinflussung der Achse lassen sich unterschiedliche Aufgabenstellungen wie Fahren auf Blockierung, Restweglöschung, Stromreduzierung, Positionserfassung mit Triggereingang oder Geschwindigkeitsprofile auf einfache Weise realisieren. Die Möglichkeiten sind hier nahezu unbegrenzt, und es können Aufgaben gelöst werden, die sonst nur schwer oder gar nicht umsetzbar sind.

Freie Auswahl des Motors

Ein besonderer Aspekt beim Einsatz von Servoantrieben besteht darin, dass durch die rasante technische Entwicklung eine Vielzahl von Motoren mit unterschiedlichen Bauformen angeboten wird. Heute stehen neben klassischen AC-Servomotoren auch Linearmotoren, Torquemotoren, tubulare Motoren und vielerlei Spezialmotoren zur Verfügung. Damit der Konstrukteur aus diesem breiten Angebot die jeweils optimale Technik einsetzen kann, ist ein Servoregler erforderlich, der unterschiedliche Bauformen von verschiedensten Herstellern ohne Modifikation der Regler-Firmware ansteuern kann. Um dieser Anforderung zu entsprechen, verfügen die Regler der Serie CompactMotion über einen universellen Parametersatz, mit dem praktisch jeder Synchronantrieb betrieben werden kann.

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Universelles Feedback

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 universelles Feedback-Interface zur Verfügung gestellt, bei dem keine speziellen Adaptions-Module erforderlich sind. Stattdessen ist der Servoregler so aufgebaut, dass das eingesetzte Feedback-System über einen Parameter aktiviert wird. Derzeit werden folgende Feedback-Systeme 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 Funktion 'Sicherer Halt' (STO) standardmäßig vorhanden. Die zweikanalige Ausführung entspricht den neuesten Normen EN13849-1 und EN61508 mit dem 'Performance Level' PL e und 'Safety Integrity Level' SIL3 für hohe Anforderungen und ist durch den TÜV zertifiziert. Die Funktion ist voll elektronisch und damit verschleißarm ausgeführt und kann leicht mit anderen Sicherheitskomponenten kombiniert werden. Weitere Sicherheitsfunktionen wie 'Sicher reduzierte Geschwindigkeit' (SLS) können mit einem externen Erweiterungs-Modul realisiert werden. Darüber hinaus enthält der Servoregler standardmäßig alle Komponenten, die in der Praxis erforderlich sind:

  • • Ballastwiderstand (extern erweiterbar)
  • • Zwischenkreiskopplung
  • • Netzfilter
  • • Weitbereichseingang für ein- und dreiphasige Netze
  • • Sechs digitale Ein- und vier digitale Ausgänge
  • • Motorüberwachung mit PTC oder KTY-Sensor
  • • Temperaturgeregelter Lüfter
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Immer im Bilde

Die Parametrierung und Programmierung erfolgt über die frontseitige USB-Schnittstelle mit dem Real-Time-Debugger pWIN. Hiermit können alle Aktivitäten und Zustände des Servoreglers inspiziert werden. Hierzu zählt auch das Diagnose-Logbuch, in dem die vergangenen 200 Ereignisse aufgezeichnet sind. Von großem Nutzen ist auch das Live-Scope. Mit diesem kann die Bewegung des Antriebs ohne Zeitverzögerung, also 'live' beobachtet und ausgewertet werden. Das ist insbesondere beim Abgleichen und Optimieren der Reglereinstellungen wichtig. Für die Inbetriebnahme gibt es ein spezielles Werkzeug, mit dem die Achse gezielt bewegt und beobachtet werden kann, ohne dass irgendwelche andere Funktionen aktiviert werden müssen.

Dynamisch und präzise

Um die Dynamik und Präzision moderner Servoantriebe optimal zu entfalten, erfolgt die Regelung mit einem schnellen RISC-Prozessor und leistungsfähigen Algorithmen. Die Bewegung wird 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. Hierdurch werden Reaktionszeiten reduziert, wodurch die Anlagenleistung ebenfalls verbessert wird. All diese Eigenschaften machen die Servoregler der Serie CompactMotion zu universell einsetzbaren Geräten, mit denen in unterschiedlichen Anwendungen optimale Ergebnisse in Hinsicht auf Leistung und Flexibilität erreicht werden.

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