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Mehr als eine Antriebsschnittstelle

Gemeinsame Ethernet-Infrastruktur für Sercos und Ethernet/IP
Mehr als eine Antriebsschnittstelle

Dass verschiedene Kommunikationsprotokolle nicht zwangsweise über unterschiedliche Netzwerkinfrastruktur übertragen werden müssen, zeigt der zur SPS IPC Drives vorgestellte Ansatz einer gemeinsamen Ethernet-Infrastruktur für Sercos und Ethernet/IP. Mit diesem Konzept wird die Anzahl an Kommunikations-Schnittstellen und damit der Hardware-Aufwand reduziert.

Ethernet/IP und Sercos ergänzen sich mit diesem Ansatz. Ethernet/IP basiert vorwiegend auf Standard-Hardware und ist dadurch flexibel genug, um die meisten Anwendungsfälle in der Automation abzudecken. Abstriche müssen jedoch insbesondere bei zeitkritischen und schnellen Anwendungen gemacht werden. Sercos war dagegen von Anfang an für Echtzeitkommunikation mit spezialisierter Hardware konzipiert. Ethernet/IP schafft Verbindungen zu anderen Netzwerken und erlaubt wie Sercos den durchgängigen Einsatz des CIP-Safety-Protokolls. „Wir sind der Überzeugung, dass die Vielfalt der Automatisierungstechnik einen neuen konzeptionellen Ansatz erforderlich macht, um die Maschinenintegration in der Produktion zu vereinfachen“, sagt Peter Lutz, Managing Director der Herstellervereinigung Sercos International. „Aus diesem Grund haben wir in Zusammenarbeit mit der ODVA und der OPC Foundation Themen identifiziert, die in erheblichen Synergien für Anwender und Anbieter resultieren.“

Um die Echtzeitfähigkeiten nicht zu gefährden, wurde Sercos vom Standard-Ethernet getrennt. Die Ethernet-Kommunikation erhielt aber ein Zeitfenster für Installationsaufgaben und Diagnoseläufe. Die Sercos-Telegramme nutzen nur einen Teil der Laufzeit auf dem reservierten Echtzeitkanal. Bei einer Anwendung mit 64 Antrieben benötigen sie rund 400 µs eines 2-ms-Kreislaufs. Damit stehen 1,6 ms für andere Kommunikationsanwendungen zur Verfügung. Dieses Zeitfenster für Nicht-Sercos-Kommunikation heißt Unified Communication Channel (UCC), setzt direkt auf der Ethernet-Schicht auf und erlaubt den Anschluss von Teilnehmern, die ein anderes Ethernet-basiertes Protokoll als Sercos unterstützen. Mit diesem Ansatz lassen sich Sercos- oder Ethernet/IP-Geräte sowie weitere Ethernet-Teilnehmer in einer gemeinsamen Netzwerkinfrastruktur kombinieren. Bislang wurden eine Basiskonfiguration mit 3 Sercos-Antrieben und 7 Ethernet/IP-Geräten sowie eine erweiterte Installation mit 64 Sercos-Antrieben erfolgreich getestet.
Sercos III ermöglicht hochdynamische Anwendungen im Maschinen- und Anlagenbau, das Gefährdungspotential für Mensch und Maschine ist damit auch entsprechend hoch. Schnell reagierende sowie parametrierbare Sicherheitseinrichtungen sind daher essentiell. Mit dem CIP-Safety-Protokoll kann nun eine sicherheitsrelevante Anwendung das vom nicht-sicheren Übertragungsmedium zur Verfügung gestellte Übertragungspotenzial in vollem Maß nutzen.
Die Unternehmen Bosch Rexroth, Wago, Schneider, Keba und Bihl+Wiedemann haben eine gemeinsame CIP-Safety-Protokollsoftware für die unterschiedlichsten Master und Slaves entwickelt. Als Dienstleister für die Implementierung wurde die Weingartener Ixxat Automation GmbH ausgewählt. Die vom TÜV Rheinland abgenommene CIP-Safety-Protokollsoftware ist ein vorzertifizierter Baustein zur Realisierung sicherer Originator- und Target-Geräte.
Aufgrund der modularen Architektur der CIP-Safety-Protokollsoftware ist neben Sercos auch der Einsatz auf Ethernet/IP als nicht-sicheres Kommunikationsprotokoll möglich. Anpassungsschichten innerhalb der Software erleichtern die Portierung und Anpassung an die unterschiedlichen sicheren Hard- und Softwarearchitekturen. Veränderungen an der vorzertifizierten Software und eine damit einhergehende aufwendige Nachzertifizierung sind somit nicht erforderlich. „Da sämtliche Komponenten als Ansi-C-Code zur Verfügung gestellt werden, ist eine Portierung auf spezifische Safety-Plattformen mit geringem Aufwand möglich“, so Ixxat-Geschäftsführer Christian Schlegel. „Die mitgelieferten Unit-Tests erleichtern die nach einer Portierung notwendige Rezertifizierung auf einer sicheren Zielplattform erheblich.“
In Sercos III wurde nun auch ein Profil zum Energiesparen implementiert. „Bei der Spezifikation haben wir uns ein Stück an das Profienergy des Profinets angelehnt, gehen allerdings über das Abschalten von Maschinen oder deren Komponenten hinaus und berücksichtigen Energieeinsparungen auch bei laufenden Maschinen“, bekräftigt Lutz.
Der Maschinen- und Anlagenbauer Dürr Systems aus Stuttgart hat gemeinsam mit Bosch Rexroth den Energiebedarf seiner Lackierroboter um 30 % unter anderem durch optimale Vernetzung mit Sercos III gesenkt. Vorher waren dafür drei Systeme notwendig. „Die enge Zusammenarbeit mit Rexroth hat uns den Umstieg sehr leicht gemacht und die Steuerungsarchitektur wesentlich vereinfacht“, unterstreicht Dürr-Geschäftsführer Hans Schumacher. Die Servoregler entsprechen mit der neuen, multiprotokollfähigen Kommunikationshardware den gestiegenen Anforderungen nach Durchgängigkeit.
Sercos steuert in den Lackierrobotern zudem die komplette Pneumatik für die Lackzerstäuber sowie die elektrisch angetriebenen Lackdosierpumpen. Mit neu entwickelten Regelventilen, bestehend aus Luftmengen- und Drehzahlregler, waren Einsparungen sowohl bei den Kosten als auch beim Gewicht und Volumen möglich. Funktional betrachtet ergibt sich ein höherer Durchfluss bei gleichzeitig sinkendem Druckabfall, was die Dynamik beim Lackieren verbessert. Auch der Vordruck konnte von acht auf sechs Bar gesenkt werden.
Wenn einzelne Motoren des Roboters beim Bremsen als Generator wirken, speist der Gleichspannungs-Zwischenkreis zeitgleich beschleunigende Antriebe. Dieser DC-Verbund ist ein probates Mittel, sowohl den Energieverbrauch als auch die erforderliche Einspeiseleistung insgesamt zu senken.
Mit dem so genannten Green Paintshop konnte Dürr Systems den Material- und Energieverbrauch signifikant senken und den Bedarf elektrischer Energie verringern. Für die Lackierung einer Karosserie benötigt der Green Paintshop nur noch 500 kWh Energie, vor zehn Jahren war noch knapp das Zwei- bis Dreifache erforderlich. Der Ausstoß flüchtiger organischer Verbindungen ist 70 % geringer als vor zehn Jahren, bei Frischwasser und Abwasser beträgt die Einsparung rund 60 %.
Dipl.-Ing. Achim Scharf Fachjournalist in München
Industrieanzeiger
Titelbild Industrieanzeiger 7
Ausgabe
7.2022
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