Servoverstärker mit dezentraler Makro-Programmierung

Dezentralisierung von Antriebsintelligenz ist in vielerlei Hinsicht vorteilhaft für den Maschinendesigner. Eine Lösung bietet die dezentrale Makrosprache in Verbindung mit digitalen Servoverstärkern. Beispielsweise kann eine Achse bis zu zwölf Mal schneller positioniert werden als mit Feldbus-Lösungen. Diverse Motion Control Funktionen stehen neben Camming und Synchronisierung zur Verfügung. In Punkto Sicherheit können derartige Makroprogramme Achsen in sichere Positionen fahren, auch wenn der steuernde Feldbus ausfallen sollte. In den Kollmorgen Servoverstärkern S300 und S700 können sowohl SPS-Funktionalitäten, wie Auswertung von Sensoren, als auch Motion Control-Funktionen mit der integrierten Makrosprache und dem Programmierwerkzeug MacroStar dargestellt werden. Die leicht zu erlernende Makrosprache und die grafische Entwicklungsoberfläche mit den zur Verfügung stehenden Funktionen ermöglichen eine schnelle Programmerstellung und Implementierung von erweiterten Antriebsaufgaben. Für einfache Anwendungen kann die Makrofunktionalität eine externe SPS ersetzen, bei komplexen Anwendungen können zeitkritische oder häufig anzupassende Aufgaben in den Verstärker ausgelagert werden. Neben der damit erzielbaren, hohen Performance und Flexibilität erhöht die Makrolösung die Systemsicherheit, weil Komponenten, Steckverbindungen und Verkabelung eingespart werden. Die Antriebsaufgabe wird dort gelöst, wo die Bewegung stattfindet. Makrosprache als Bestandteil der Firmware der Servoverstärker Die Makrosprache ist ein Firmware-Bestandteil der Kollmorgen Servoverstärker S300 und S700 und ermöglicht eine unabhängige, programmierbare Einzelachsen-Positionierung. Spezielle Funktionen für anwendungsspezifische Applikationen können mit strukturiertem Text ähnlich IEC61131-3 programmiert werden. Hierbei unterstützt das Entwicklungswerkzeug MacroStar mit integrierten Variablen- und Befehlskatalogen den Maschinendesigner bei einer schnellen Programmierung. Makros sind vor Ort schnell zu erstellen sowie leicht zu modifizieren, ohne das SPS-Programm anpassen zu müssen. Die Programmausführung kann für zeitkritische Vorgänge in der 16kHz-Task erfolgen (62,5µs). Feldbussysteme benötigen drei Systemtakte, um auf eine geänderte Vorgabe reagieren zu können. Somit ist z. B. ein schneller Feldbus mit 250µs Zugriffszeit (x3) um den Faktor 12 langsamer. Das ermöglicht Camming-Funktionen, Aufsynchronisierungsfunktionen, Schutzfunktionen und andere Funktionen für eine hohe Produktivität und Fertigungsgüte. Dezentrale Intelligenz bedeutet auch erhöhte Sicherheit. Selbst wenn der steuernde Feldbus ausfallen sollte, kann ein Makroprogramm im Servoverstärker die Prozesse noch sicher steuern, sodass z.B. Achsen in sichere Positionen gefahren werden. Antriebsaufgaben für Einzelachsen können ebenso programmiert werden wie synchronisierte Funktionen für mehrere Achsen, die über CAN verbunden sind. Einheitliche Elektronik sorgt für zuverlässige Programmausführung Die mit MacroStar erstellten Anwendungsprogramme werden von dem jeweils installierten Servoverstärker S300 oder S700 ausgeführt. Diese Servoverstärker sind in der Lage, rotatorische Synchronmotoren, Asynchronmotoren, HF-Motoren, Gleichstrommotoren so- wie rotatorische und lineare Direktantriebe zu steuern. Sie verwenden eine einheitliche Hochleistungsregelungselektronik. Die schnelle und präzise Strom-, Geschwindigkeits- und Positionsregelung gewährleistet, dass alle Achsen jederzeit optimal synchronisiert sind und kürzere Arbeitszyklen und somit erhebliche Produktivitätssteigerungen ermöglicht werden. Somit bietet Kollmogen ein einheitliches Servokonzept, was bei der Projektentwicklung, Installation und Inbetriebnahme Ressourcen spart. Die fein abgestufte Skalierung der Antriebsleistungen ermöglicht eine optimale Abstimmung auf die Anforderungen jeder einzelnen Achse eines Systems. Geringer Programmieraufwand für Prozessoptimierung Die Bedeutung des Einsatzes eines derartigen SPS-Programmier-Tools lässt sich am folgenden Beispiel erkennen, und zwar bei einer nachträglich erforderlichen Anpassung in einer Einstecklinie. Den auf einem Transportkettensystem kontinuierlich erscheinenden, fertig gedruckten Zeitungsexemplaren wird automatisch ein Einleger zugeführt. Es zeigte sich im praktischen Ablauf, dass in der Sequenz der Zeitungen Lücken auftreten können, aber einer leeren Transportkette kein Einleger zugeführt werden darf. Um Störungen und Unterbrechungen zu vermeiden, wurde über MacroStar ein kleines SPS-Programm, ein \’Anti-Crash-Programm\‘ erstellt. Diese Maßnahme zeigt, wie die Flexibilität und Produktionssicherheit erhöht werden können. Zahlreiche ähnliche und anders gelagerte Praxisbeispiele wurden mit MacroStar gelöst. So können Regelkreise definiert werden, um z.B. Kräfte oder Drehmomente im Prozess konstant zu halten oder eine Druckregelung bzw. ein \’Stehendes Pendel\‘ aufzubauen. Außerdem lassen sich Technologiefunktionen wie \’Fliegende Säge\‘ oder spezielle Wicklungszähler programmieren. Wenn komplexe Bewegungsabläufe in zyk­lisch laufenden Maschinen aufeinander abgestimmt werden müssen, bedarf es des Einsatzes von Kurvenscheiben. Mechanische Lösungen bieten zu wenig Freiheitsgrade und werden den Anforderungen moderner Hochleistungsmaschinen nicht gerecht. Daher erhalten elektronische Kurvenscheiben den Vorzug. Sie definieren die Bewegungsabhängigkeit zwischen Leit- und Folgeachse und dienen u.a. zur Abbildung von Geschwindigkeitsprofilen oder bestimmter zu berücksichtigender Kennlinien. Der komplette Bewegungsablauf wird im S300 bzw. S700 gesteuert. Über die Software MacroStar können diese elektronischen Kurvenscheiben unter Verwendung einer Tabelle, der so genannten Stützpunkttabelle, erstellt werden. Es sind also die Master- und Slavepositionen in eine zweispaltige Tabelle einzugeben. Zusätzlich können Parameter, wie die Art der Interpolation zwischen Kurvenstützpunkten oder die Skalierung der Kurvenscheibe, festgelegt werden. Die Kurvenscheiben lassen sich schnell auf Knopfdruck verändern. Beim Wechsel auf ein anderes Produkt erfolgt der Formatwechsel der Maschine in Millisekunden. Dem Maschinenhersteller ermöglicht dies eine flexible Lösung der Applikation, die Maschinenverfügbarkeit wird erhöht. Einfache Implementierung und Programmierung Die Programmierung erfolgt in Anlehnung an die Programmiersprache \’Strukturierter Text\‘ nach IEC61131-3. Das MacroStar-Entwicklungstool unterstützt den Programmierer bei Programmsteuerung, Umgang mit Konstanten, Variablen, Operatoren sowie Subroutinen und der Definition der Laufzeitumgebung. Darüber hinaus werden Befehle zur Motion-Definition, wie Beschreibung von Kurvenscheiben, Fahraufträge, Referenzfahrten, Tippbetrieb starten oder Bewegung beenden, zur Verfügung gestellt. Das fertige Programm wird im Flash-Speicher (60KB) des Servoverstärkers gespeichert und einmalig automatisch während der Startphase kompiliert, wodurch ein schnellstmöglicher Programmablauf sichergestellt wird. Die Programmieroberfläche ist übersichtlich gestaltet, bietet dazu Flags mit Befehlsbeschreibung und Bibliotheken mit Drag&Drop-Funktionen. So können per Drag&Drop Makrovariable wie Ein-/Ausgänge oder CAN-Kommunikation für Mehrachssysteme, ASCII-Kommandos, Makrofunktionen z.B. Filter oder Debugger mit Sprungfunktion sowie Beispielprogramme (Kurvenscheibe, Fliegende Säge usw.) genutzt werden. Kollmorgen bietet hier Unterstützung mit Beispielprogrammen, erstellt anwendungsspezifische Makroprogramme und verfügt über ein entsprechendes Schulungsprogramm. Mit der flexiblen MacroStar-SPS on Board ­integ­riert Kollmorgen in seine Servoverstärker ein Programmiertool, das ohne zusätzliche Hardware eine flexible und anwendungsspezifische Lösung für viele Anwendungen bietet und dem Maschinenhersteller hilft, seine Systemkosten zu reduzieren.