Nie mehr ohne meine Regelung

Von unserem Redaktionsmitglied Werner Möller

Rüstzeiten gesenkt und die Produktivität gesteigert: Absolutwertgeber in Schrittmotoren und intelligente Steuerungstechnik sorgen an der Zwölf-Farben-Flexodruck-Maschine des italienischen Herstellers Flexotecnica für das referenzfreie Wechseln von einem Druckauftrag zum anderen. Die Vorteile von Motion Control in Produktionsmaschinen haben die Unternehmen bereits vor Jahren erkannt. Beginnend im Werkzeugmaschinenbereich, hat sich die Technik auf weitere Branchen wie Verpackung und Lebensmittel, Druck und Papier sowie Umformen, Montage und Handling ausgeweitet. Ziel war von je her, die Automatisierung hochleistungsfähiger Applikationen aus den Antriebssystemen wachsen zu lassen. „Optimal aufgestellte Prozesse sind entscheidend für den Markterfolg unserer Kunden. Wir haben uns dazu im Wesentlichen in drei Geschäftsfeldern aufgestellt“, sagt Dr. Siegfried Russwurm. Der Geschäftsgebietsleiter Motion Control Systems im Siemens-Bereich A&D in Nürnberg nennt hier Lösungen für Werkzeugmaschinen. Ein zweites Geschäftsfeld sind Produktionsmaschinen für Branchen, die typischerweise von Motion-Control- Anforderungen geprägt sind wie Verpackung-, Textil-, Druck- und Kunststoffmaschinen. Der dritte Bereich sind Hebezeuge und Krane.

Speziell für Maschinen mit hohen Anforderungen an die Bewegungsführung der Achsen, häufig in Kombination mit technologischen Funktionen wie fliegende Schere, hat Siemens das Steuerungssystem Simotion entwickelt. Simotion wird in drei unterschiedlichen Hardware-Plattformen angeboten, wobei der Anwender zwischen PC-based-, SPS-based- und Drive-based-Lösungen wählen kann. Hier stellt sich die Frage: Motion Control in Steuerung oder Intelligenz im Antrieb? Obwohl die dezentrale Steuerung in den letzten Jahren deutliche Akzente gesetzt hat, haben die zentralen Konzepte deswegen nicht ausgedient. Im Gegenteil, sie bieten Vorteile wie Übersichtlichkeit und Datenspeicherung.

Viel wichtiger ist aber die Integration. „Je nach Applikation und Antriebsaufgaben muß das passenden Automationskonzept gefunden werden, sagt Norbert Sasse. Automation House nennt der Leiter des Produktmanagements Motion Control der Bosch Rexroth Electric Drives and Controls GmbH in Lohr die Plattformstrategie. „Wir haben mit Indra-Drive ein skalierbares Antriebssystem entwickelt, ob als kompakter Umrichter oder modularer Wechselrichter, ob mit fest konfigurierten oder frei konfigurierbaren Schnittstellen und mit diversen Firmwareoptionen“, so der Antriebsexperte. Verwendet werden Controller- oder PC-basierte Steuerungsplattformen, die identische Soft- und Hardwareschnittstellen bedienen. Die Systemplattform für einheitliche SPS-basierte Lösungstopologien Indra-Logic baut darauf auf. „Der Systemkern konform zu IEC 61131-3 findet sich zudem eingebettet in den Motion-Logic-Systemen der Indra-Motion-Familie wieder, die unser durchgängiges Lösungsportfolio für alle Motion- und CNC-basierten Anwendungen darstellt“, erklärt Norbert Sasse. Auch würden identische Softwareteile verwendet, beispielsweise beim Echtzeitbetriebssystem oder in der Anbindung an die Steuerungs- und Antriebsperipherie.

Ein kurzer Rückblick macht klar, dass es sich um einen evolutionären Entwicklungsprozess handelt. Zu solcher Komplexität kommt man, wenn die bislang mechanisch orientierte Maschinenprozesse durch den Einsatz synchronisierter Servoantriebe zunehmend softwarelastiger werden. Experten schätzen, dass sich der Anteil des Software-Engineering an den Gesamtherstellungskosten einer Maschine immer mehr vergrößert. Ausgehend von heute 50 % des Anteils für Elektronik und Software wird deren Anteil im Jahr 2020 auf bis zu 80 % prognostiziert. Spätestens nach dem Einzug der elektronischen Welle begann aber auch die Mechatronisierung von Teilprozessen. Die bis dato komplexe Antriebstechnologie musste vereinfacht werden. Dies führte zu integrierten Motion-Logic-Systemen, die Motion Control und Ablauflogik gleichermaßen beherrschen.

Bei der Softwarearchitektur spielt es zunächst keine Rolle, ob es sich um eine Antriebs-, Controller- oder PC-basierte Systemarchitektur handelt. Eine Aufgabe des Laufzeitsystems ist das Koordinieren sämtlicher Motion-Funktionen in Echtzeit sowie die Kommunikation mit der Peripherie und weiteren Steuerungs- oder Antriebssystemen. Idealerweise ist das SPS-Kernmodul über eine offene und standardisierte Datenschnittstelle in das Motion-Control-Laufzeitsystem eingebettet. Damit wird der direkte Zugriff auf Antriebsdaten mit Hilfe vorbereiteter Parameterstrukturen aus dem SPS-Programm möglich. Moderne Automatisierungslösungen bieten hierzu skalierbare Bibliotheken auf Basis der IEC 61131-3 an, die das Integrieren und Handhaben in unterschiedliche Maschinenprozesse und -topologien stark vereinfachen. Der Portierbarkeit von bestehenden Applikationen auf Systeme unterschiedlicher Hersteller wird allerdings durch bislang unterschiedliche SPS-Kernmodule und Antriebsstrukturen Grenzen gesetzt.

Auch für Dr. Edwin Kiel ist der zentrale oder dezentrale Ansatz alles andere als ein Gegensatz. Für den Geschäftsführer der Lenze Drive Systems GmbH in Hameln ist der Blick auf die Maschine immer ein zentraler, während der einzelne Antrieb sich an einer dezentralen Stelle befindet. Welche Aufgaben dezentrale Antriebe und zentrale Steuerungen übernehmen, ist für Edwin Kiel eine Frage der Funktionsverteilung. Er empfiehlt, unabhängige Bewegungsfunktionen, wie einfaches Drehzahlverstellen oder Punkt-zu-Punkt-Positionieren vom Antrieb ausführen zu lassen.

Unbestreitbar ist für Edwin Kiel der zunehmende Nutzen von Kommunikationssystemen. Für ihn findet ein Umschwenken von klassischen Feldbussen auf Ethernet als leistungsstarkes Kommunikationsmedium statt. Der Vorteil liegt in den weit verbreiteten Komponenten und in der Durchgängigkeit von Kommunikationsstandards wie TCP/IP und Webtechnologien bis in die Feldebene. Nachdem es auch mehrere Systeme gibt, durch die das Ethernet echtzeitfähig wird (Ethernet Powerlink, Profinet IRT, Ether-Cat, Sercos III), sind dem Einsatz von Ethernet in der Antriebstechnik keine Grenzen mehr gesetzt.

Grenzenlos durchgängig operiert auch die SEW-Eurodrive GmbH & Co KG aus Bruchsal. „Angefangen beim Bedienpanel, der Steuerungsungsintelligenz im Umrichter und der System-Software bildet unser Movigear alle Funktionen in einem System ab“, sagt Stefan Brill. „Unser Ziel ist es, für die verschiedenen Branchen den jeweiligen Baukasten zu entwickeln“, so der Marketing-Experte. Neben einer Getriebemotoren-Vielfalt ist auch ein funktionaler Baukasten verschiedener Steuerungen, inklusive der zugehörigen Software-Elemente, verfügbar.

Das Rezept von Berger Lahr GmbH & Co. KG aus Lahr setzt auf Funktionsanalysen schon in der Konzeptphase der Maschine. „Hier wird jede einzelne Funktion hinsichtlich ihrer Abläufe und Anforderungen an die Antriebstechnik analysiert“, sagt Dipl.-Ing. (FH) Ralf Jäger, Leiter System Design und Projektmanagement. Ist die Antriebstechnik bekannt, wird das Bussystem definiert. Abhängig von synchronen Bewegungen, Performance, Genauigkeit, Kundenanforderungen und Kosten kristallisiert sich ein Bussystem heraus.

Durch offene Systeme sind Anbindungen von Fremdprodukten der Antriebstechnik, anwenderseitig vorgeschriebene SPS-Lösungen oder Peripherieeinrichtungen leicht realisierbar. Hält man sich nicht daran, dann entsteht ein hoher und unübersichtlicher Softwareaufwand durch unterschiedliche Steuerungsplattformen in einer Maschine. Ist die „Schmerzgrenze“ der Vielfalt erreicht, steht der Maschinenbauer in der Sackgasse und damit oft vor einer unnötigen Investition zum falschen Zeitpunkt, nämlich kurz vor der Inbetriebnahme.