Motion Controller Bewegungssteuerung ohne zusätzliche SPS

Die traditionelle speicherprogrammierbare Steuerung hat einen neuen Mitstreiter um die Gunst des Anwenders bekommen: den schnellen Motion Controller Lexium für acht reale Achsen. Im Mittelpunkt dieser Kompaktlösung mit SPS und Webserver stehen neben Positioniergenauigkeit, Synchronität und Geschwindigkeit besonders der Knowhow-Schutz des Maschinenbauers.

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Basis einer leistungsstarken Maschinenautomatisierung ist die elektrische Antriebstechnik. Mit ihr steht und fällt die Realisierbarkeit einer Anwendung, weil sie einen entscheidenden Einfluss auf die Dynamik der Maschine hat. Um dem Maschinenbauer die Planung und Umsetzung einer neuen Automatisierungsaufgabe zu erleichtern, hat Schneider Electric alles wichtige in den kompakten Motion Controller Lexium integriert: eine Vielzahl von Kommunikationsschnittstellen, eine Projektierungsplattform und eine Bausteinbibliothek für die gängigsten Aufgaben. Kombiniert mit einer breiten Palette von Servoantrieben, Frequenzumrichtern und fertigen Standardarchitekturen für fast alle Anwendungen wird daraus ein Lösungspaket, das auf die fassettenreichen Bedürfnisse des Maschinenbauers zugeschnitten ist.

Acht Achsen sind in 4 ms synchronisiert

Einsatzbereiche des LMC (Lexium Motion Controller) sind in kleinen kompakten Maschinen ebenso zu finden wie in komplexen modularen und verketteten Anlagen. Bis zu acht reale Achsen synchronisiert der Motion Controller in 2 bzw. 4 ms bei zwei respektive acht Achsen. Als Masterachse können virtuelle oder reale Achsen verwendet werden, beispielsweise bei der Synchronisation einer Slave-Achse mit einer fahrenden Master-Achse.

Elektronisches Getriebe, Drehzahl- und Lageregelung sowie lineare und zirkulare 2½ -D-Interpolation sind für den Motion Controller ebenso selbstverständlich wie Nocken- und Kurvenscheibenfunktion, virtuelle Achsen zur Erzeugung von Führungsgrößen bei Nocken- und Kurvenscheibe und Abstandsmessung nebst Positionserfassung über einen 30 µs schnellen Eingang. Damit lassen sich alle gängigen Aufgaben im Maschinenbau komfortabel lösen, wie zum Beispiel die Realisierung von Förderanlagen (Förderer, Palettierer oder Regalförderanlagen), Montagemaschinen, Maschinen für die Qualitätsprüfung und Qualitätsüberwachung (Belastungsprüfung) und nicht zuletzt Maschinen für die „fliegende“ Bearbeitung (Schneiden, Drucken, Markieren).

Zwei Oberflächen zur Projektierung des Controllers

Die integrierte Steuerung verarbeitet 1K Anweisungen in weniger als 120 µs. Der Speicher hat mit 1 MByte Flash-RAM ausreichend Platz für Programm und Daten und 1 MByte RAM sowie zusätzlichen 60 Kbyte nichtflüchtiger RAM für Datensicherungszwecke sind großzügig dimensioniert. Zur Projektierung des Motion Controllers stehen zwei verschiedenen Projektierungsoberflächen zur Verfügung: Bei EasyMotion handelt es sich um eine menügeführte Oberfläche zur einfachen Konfiguration und Parametrierung des Controllers.

Der Anwender kann damit eine einfache Achsen-Steuerung realisieren, die eingesetzten Servoantriebe lassen sich sehr leicht parametrieren. MotionPro ist eine Entwicklungsumgebung zur freien Programmierung des Controllers nach IEC 61131. Hierfür steht hier die gesamte Motion-Funktionsbaustein-Bibliothek nach PLCopen zur Verfügung.

Zusätzlich werden standardmäßig weitere fertige applikationsspezifische Bausteine mitgeliefert, die eine einfache Implementierung anspruchsvoller Motion-Applikationen erlauben, wie beispielsweise „fliegende“ Schere, rotierendes Messer oder das Spannen von Teilen (Clamping).

Der LMC schützt das Knowhow vor Diebstahl und Manipulation

Der Einsatz des Motion Controllers bietet zwei wesentliche Vorteile: Zum einen lässt sich das Anwendungsprogramm im Controller schützen und kann so vom Endkunden weder ausgelesen noch modifiziert werden. Das Knowhow des Maschinenbauers bleibt vor neugierigen Blicken verborgen, und experimentierfreudige Instandhalter können im Kernbereich der Anwendung nichts verändern. Zum anderen wird der Motion Controller nicht als Steuerung wahrgenommen. So lässt sich der Kern einer Anwendung mit dem Controller als Standardkomponente realisieren, ohne von Endkunden-Vorschriften abhängig zu sein.

PLCopen-Bausteine für komplexe Ziel-Applikationen

Mit den PLCopen-Bausteinen und den applikationsspezifischen Funktionen lassen sich sehr schnell und einfach komplexe Anwendungen realisieren. Dazu werden die verschiedenen Grundfunktionen wie Linear- und Kreisinterpolation, elektrisches Getriebe, Synchronisation von mehreren Achsen (fliegende Achsen), Nockenschaltwerk bzw. Kurven-Scheibe, Drehmoment-Regelung und Auf-/Abwickler kombiniert. So ist eine breite Palette von Anwendungen aus ganz unterschiedlichen Bereichen realisierbar (etwa Fördertechnik, Material-Handhabung, Wickler, Schneiden auf Länge).

Für einfache kompakte Anwendungen sind jeweils acht digitale Ein- und Ausgänge auf dem Controller integriert. Daneben gibt es jeweils zwei weitere Eingänge für die fliegende Übernahme von Messwerten bzw. für die Ereignisverarbeitung.

Schnittstellenvielfalt für Motion-Daten und E/A-Signale

Kommunikation ist eine besondere Stärke des Motion Controllers. Zum Anschluss von Servoantrieben hat er den so genannten Motion-Bus, einen Echtzeit-Feldbus auf Basis von CANopen (CANsync mit dem Profil DS405). Über diesen Bus werden alle motion-spezifischen Daten mit den Antrieben ausgetauscht. Bis zu acht Achsen lassen sich an diesen Bus anschließen, der eine Zykluszeit von 2 ms für vier und 4 ms für acht Achsen garantiert.

Die Voraussetzung für interpoliert oder synchron ablaufende Achsbewegungen werden damit erfüllt. Für Anwendungen, die mehr als die integrierten Ein-/Ausgänge benötigen, ist zusätzlich als so genannter Automation-Bus CANopen integriert, an den sich dezentrale E/As und selbstverständlich andere Peripheriegeräte anschließen lassen. Durch die Aufteilung von Achsen und E/As auf separate CAN-Feldbusse lässt sich bei niedrigen Kosten eine hervorragende Systemleistung erzielen.

Integrierter Webserver fördert die offene Kommunikation

Zur offenen Kommunikation, also beispielsweise beim Anschluss an übergeordnete Systeme, HMI-Anwendungen oder Visualisierung, stehen drei weitere integrierte Schnittstellen zur Verfügung: eine Modbus-Schnittstelle, ein Standard-Feldbus (Profibus DP oder DeviceNet) sowie Ethernet-TCP/IP. Ein Webserver ist ebenfalls standardmäßig integriert. Damit dürften kaum Wünsche für die Realisierung einer breiten Palette von Maschinen-Applikationen offen bleiben.

Rund um den Motion Controller gibt es ein vollständiges Angebot an Komponenten, die man zur Umsetzung einer Applikation und Ausrüstung einer Maschine braucht: Servoantriebe für den Low-Cost-Bereich und für anspruchsvolle Highend-Anwendungen mit hohen Drehmomenten, Frequenzumrichter in verschiedenen Preis- und Leistungssegmenten, dezentrale E/As in IP20 (feinmodulare oder kompakte Bauform) sowie in IP67-Ausführung, vollgrafische Bedienterminals in Tasten- oder Touch-Technik und schließlich Klartextanzeigen.

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