Steuerungstechnik Parametrieren statt Programmieren

Mit einem Baukastensystem aus Standardprodukten Automatisierungslösungen einfach erstellen.

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Franke GmbH

asecos GmbH

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So wichtig ein Blick über den Tellerrand in vielerlei Hinsicht auch sein mag, beim Realisieren von Maschinen und Anlagen möchte sich der Projektingenieur oder Konstrukteur einer Anlage möglichst nur auf seine Kernkompetenz konzentrieren. Speicherprogrammierbare Steuerungen mit höchster Leistung, Motion-Control Bausteine nach PLC-Open-Standard Teil 1 sowie modular aufgebaute Antriebssysteme machen dies möglich. Auch ohne spezielle Antriebs- beziehungsweise Feldbuskenntnisse soll dabei die interessante Frage „Wohin und wie will ich positionieren?“ zu beantworten sein. Dafür benötigt man allerdings eine Hard- und Software, die eine Reduktion allein auf die Parametrierung von Komponenten ermöglicht. Unter dem Strich bietet sich danach für den Maschinen- und Anlagenbauer ein Dreigestirn an, das hinsichtlich Flexibilität und Erweiterbarkeit punktgenau die Erwartungen erfüllt. Im Folgenden werden mögliche Systeme für eine derartige Auswahl vorgestellt.Die optimal für Achssteuerungsaufgaben abgestimmte Kleinsteuerung FP-Sigma von Panasonic bietet sich dabei als erster verlässlicher Automatisierungspartner an. Die neueste Generation dieser CPU wurde mit einem Programmspeicher für 32 000 Programmschritte, was etwa 64 kByte entspricht und nochmals erhöhter Leistung von nur noch 0,32 µs/Basisbefehl ausgestattet. Bereits bekannte und am Markt sehr geschätzte weitere Eigenschaften wie die schlanken Maße der CPU von 90 mm x 30 mm x 60 mm (HxBxT), die modulare Erweiterbarkeit durch rechts- und linksseitigem Systembus für bis zu sieben Baugruppen sowie der jederzeit steckbaren Kommunikationskassetten, welche seitlich in die CPU integriert werden, wurde beibehalten. Damit eignet sich die FP-Sigma und die dazu erhältlichen Positioniermodule zum Beispiel für zwei- und mehrachsige Positionieraufgaben.Bausteine bieten notwendige FlexibilitätDie FP-Sigma Positioniermodule gibt es als Varianten für die Ansteuerung von ein oder zwei Achsen. Somit sind mit vier Erweiterungsmodulen bis zu acht unabhängige Achsen und zusammen mit der CPU insgesamt zehn Achsen in der Ansteuerung realisierbar. Mit maximal vier Mio. Impulsen pro Sekunde ist höchste Geschwindigkeit bei genauester Auflösung möglich. Die geringe Verzögerungszeit von 0,005 ms gestattet es, die Taktzeit von Maschinenzyklen entscheidend zu reduzieren. Sinusförmige Beschleunigungs- und Bremsprofile schonen die Mechanik. Die Feedbackpuls-Zählfunktion ermöglicht das Einlesen von Positions- oder Winkelinformationen von inkrementellen Drehgebern im Sinne einer „Closed-Loop“-Regelung. Die Motion-Control-Bibliothek als zweiter, starker Partner bei der Lösung einer Automati-sierungsaufgabe beinhaltet vielfältige Funktionsbausteine, womit typische Positionieraufgabenstellungen auf einfache Weise gelöst werden können. Die Terminologie ist weitgehend selbsterklärend, selbst für Anwender, die erstmalig ein Antriebssystem konfigurieren ergeben sich keine Schwierigkeiten bei der Programmierung. Außer den Standardfunktionen für Referenzpunktfahrt der einzelnen Achsen bieten Bausteine für relatives und absolutes Positionieren sowie für überlagerte Bewegungsführungen die notwendige Flexibilität beim Erstellen der Automatisierungsaufgabe.Des Weiteren stehen Überwachungsbausteine und Diagnosebausteine zur Verfügung, damit das Gesamtsystem jederzeit „im Griff“ des Anlagenbetreibers ist. Interessant für komplexere Aufgabenstellungen sind die Funktionsbausteine MC-Position-Profile und MC-Velocity-Profile, womit Bewegungen nach einem vorgegebenen Zeit/Positions- beziehungsweise Zeit/Geschwindigkeits-Profil ausgeführt werden können.Die beste und schnellste Steuerung inklusive Softwaremodule hilft dem Anwender allerdings nicht viel, kann er die realisierten schnellen Taktzeiten der Prozessbearbeitung aus der SPS heraus nicht auf die Antriebstechnik übertragen. Demzufolge muss hier zwingend der dritte Partner aus dem anfänglich erwähnten Dreigestirn die bereits getroffenen Überlegungen bei SPS und Softwaremodulen komplettieren. Die neuen Servomotoren der Minas-A4-Serie zeichnen sich vor allem durch eine wesentlich kürzere Positionierzeit aus, wobei die Bandbreite der Sprungantwort maximal 1000 Hz beträgt. Verfügbar sind die Motoren in einem Nennleistungsbereich von 50 W bis zu 5 kW. Bei allen Motorvarianten ist eine Standarddrehzahl von 3000 min]1 sowie eine maximale Drehzahl von 5000 min]1 möglich. In der Basisausführung sind die Motoren mit inkrementellen Drehgebern ausgestattet, deren Auflösung 2500 Pulsen pro Umdrehung beträgt. Optional sind Ausführungen mit einem 17 bit absolut/inkrementellen Drehgeber erhältlich, welche besonders für Anwendungen, bei denen mit höchster Präzision positioniert werden muss, geeignet sind.Geringere Vibrationen des Antriebs können durch Analyse und Filterung der Resonanzfrequenz erreicht werden. Somit ist es möglich, eine höhere Steifigkeit der Antriebsanordnung zu erzielen. Dies wird mit der Parametriersoftware Panaterm für Windows-Betriebssysteme realisiert, die nebenbei auch noch den Antriebsverstärker konfiguriert und parametriert. Die Parameter, die eine Auswahl von Eigenschaften und Funktionen sowie deren Feineinstellung ermöglichen, sind in Parametergruppen untergliedert und verbessern damit die Transparenz während oder auch nach einer Inbetriebnahme einer Anlage. Mit „Autotuning“ Regelparameter ermittelnAußer der bereits erwähnten Frequenzmessung ist es möglich, beispielsweise als Unterstützung für eine Inbetriebnahme, den Drehzahl- oder auch den Drehmomentverlauf an der Welle grafisch zu überwachen. Darüber hinaus bietet die integrierte „Autotuning“-Funktion die Möglichkeit, die Regelparameter automatisch zu ermitteln. Autotuning kann einmalig zur Bestimmung der Parameter ausgeführt werden oder auch während des Betriebes zur laufenden Anpassung (Real-Time Auto-Tuning). Die wichtigsten Punkte als Voraussetzung sind hierbei eine möglichst hohe mechanische Steifigkeit der Maschinenanordnung sowie ein Verhältnis des Lastträgheitsmomentes zum Rotorträgheitsmoment von mindestens 3 : 1 bis maximal 20 : 1. Für die typischen Steueraufgaben stehen drei verschiedene Modi zum Betrieb des Servoantriebs zur Verfügung. Außer dem klassischen Positioniermodus, bei dem die Pulseingänge des Antriebsverstärkers den Sollwert der SPS erhalten, gibt es noch einen Drehzahl- und einen Drehmomentmodus. Dabei erfolgt die Sollwertvorgabe mittels analoger Eingangsspannung.