Zentral oder Dezentral zwei Konzepte oder zwei Seiten einer Medaille

Zentral oder Dezentral – zwei Konzepte oder zwei Seiten einer Medaille Dr. Edwin Kiel, Lenze AG 1 Dr. Kiel, 30.9.2005 Zentral - Dezentral Übersic...
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Zentral oder Dezentral – zwei Konzepte oder zwei Seiten einer Medaille Dr. Edwin Kiel, Lenze AG

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Dr. Kiel, 30.9.2005

Zentral - Dezentral

Übersicht: Ø Aufbau einer Maschinenautomatisierung Ø Gerätekonzepte: Antrieb und Steuerung Ø Steuerungskonzepte: SPS und Motion Controller Ø Bewegungsaufgaben in Maschinen Ø Automatisierungsarchitekturen: Drive-based und PC/Controller-based Ø L-force als durchgängiges System zur Maschinenautomatisierung Ø Zusammenfassung

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Zentral - Dezentral

Aufbau einer Maschinenautomatisierung Zentrale Sicht

Visualisierung Bedienung

Datenhaltung Programme Rezepturen

Kommunikation Leitebene

keine Echtzeit

Ablaufsteuerung

Logic

„weiche“ Echtzeit (msec)

Bewegungsführung

Motion

„harte“ Echtzeit (µsec)

Antriebsregelung

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Drive

Drive

Drive

3~

3~

3~

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Dezentrale Sicht

§ § § § §

Gerätekonzepte Softwarekonzepte Antriebsaufgaben Funktionsverteilung Kommunikation

Zentral - Dezentral

Gerätekonzepte: Steuerung und Antrieb Steuerung

Antrieb

Drive: Motorregelung

Nein

Ja

Motion: Bewegungsführung

PLCOpen-Funktionsblöcke Bei Motion Controller: Mehrachsbewegungen

Achsbezogene Bewegungsführung (unabhängig, synchronisiert)

Logic: Ablaufsteuerung

Ja

Nein

Umfang Datenspeicherung

Hoch (Programme)

Niedrig (Parameter)

Display, Bedienung

HMI, Industrie-PC mit Display Einfaches Keypad

Skalierbarkeit Rechenleistung Ja

In der Regel nein

Anzahl IOs

Flexibel, teilweise über Kommunikationssystem

Fix

Kommunikation

Ethernet, Feldbus-Master

Feldbus-Slave

Projektierungsaufwand

Hoch (Programmierung)

Niedrig (Parametrierung)

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Steuerungstypen: SPS und Motion Controller SPS

Motion Controller

Hauptaufgabe

Ablaufsteuerung

MehrachsBewegungsführung

Programmausführung

Zyklisch

Äquidistant

Jitter

Ja

Nein

Echtzeitfähigkeit

„Weich“

„Hart“

Rechenleistung

Niedrig bis mittel

Hoch

Kosten

Niedrig

Hoch

Komplexität

Niedrig

Hoch

Die weitere Zunahme an preiswerter Rechenleistung wird die Unterschiede reduzieren (z.B. durch den Einsatz der PC-Technologie) 5

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Bewegungsführung aus Antriebssicht Unabhängige Bewegungen:

Synchronisierte Bewegungen:

Koordinierte Bewegungen:

Bewegung erfolgt unabhängig

Bewegung einer Achse erfolgt

Mehrere Achsen werden syn-

von anderen Achsen:

synchronisiert zu einer Master-

chronisiert bewegt:



Drehzahlregelung

bewegung:





Punkt-zu-PunktPositionierung



Elektrische Welle



Wickeln

Anwendungen:

Anwendungen:



Kurvenscheibe



Werkzeugmaschinen



Förderbänder

Anwendungen:



Roboter



Handlingssysteme (z.B. Regalbediengeräte, Portalsysteme)



Kontinuierliche Produktionsprozesse



Getaktete Produktionsmaschinen

Realisierung im Antrieb (Drive-based)

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Mehrdimensionale Bahnbewegungen

Realisierung in der Steuerung (Controller-based)

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Synchronisierte Kurvenbewegung: Schieber Walze vL

Schieber vS

a = 0, v = 0 (Start)

vS = vL (synchron)

Genauigkeiten: 60 Takte/min = Wiederholzeit 1 sec Materiallänge 0,5 m, 50% der Zeit ⇒ vL = 1 m/sec nmax = 3000 1/min Genauigkeit 0,1 mm ⇒ Motorwinkel 1,8°, Zeit 100 μsec Leitfrequenz oder Kommunikation

v(t) a(t)

Antrieb 1

Antrieb 2

Motion (Kurve)

Motion

Drive

Drive

Motor

Motor

Schieber (Slave)

Walze (Master)

s(t) sL(t)

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Bewegungsart der Antriebsfunktionen Antriebsfunktion

Unabhängig

Synchronisiert

Fördern & Sortieren





Fahrantriebe



Hubantriebe

 

Handling / Robotik Positionierantriebe linear & rotativ









Querschneider/Fliegende Säge



Kurvenscheibenantriebe



Formantriebe (Extruder, Pressen)



Einzel-, Bearbeitungsantriebe



Pumpen/Ventilatoren/Verdichter



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Linienantriebe, Druckwerke Wickelantriebe

Koordiniert



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Funktionsverteilung auf Steuerung + Antriebe Die Antriebsfunktion und der Typ der Bewegung bestimmen die Funktionsverteilung auf Steuerung und Antrieb

SPS

Logic

Motion Controller Logic Motion

Antrieb Viele Maschinen können mit SPS und dezentraler Bewegungsführung im Antrieb automatisiert werden

Motion

Antrieb

Drive

Drive

Motor

Motor

Unabhängige Bewegungen





Synchronisierte Bewegungen





Koordinierte Bewegungen 9

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 Zentral - Dezentral

Architekturen: Drive- und PC/Controller-based

§ Drehzahlverstellung § Positionieren § Synchronisierte Bewegungen (El. Getriebe, Wickeln, Kurvenscheibe)

§ Fördertechnik § Prozesslinien § Getaktete Produktionsmaschinen

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Drivebased

PC/Controllerbased

SPS

Motion Controller

Logic

Logic

§ Koordinierte Mehrachsbewegungen

Motion Antrieb Motion

Antrieb

Drive

Drive § Werkzeugmaschinen § Roboter

Motor

Motor

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Rolle der Kommunikation

Feldbus Feldbus Systembus

HMI

I/O

Motionbus

Achsverbund

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§ Kommunikationssysteme ermöglichen eine flexible Funktionsverteilung und eine durchgängige Transparenz des Gesamtsystems § Aufgaben der Kommunikation: § Prozessdaten § Servicedaten (Parameter, Programme) § Synchronisierung § viele Kommunikationswege horizontal und vertikal § aktuell Umstellung von Feldbussen auf Ethernet § Systemvielfalt wird bleiben

Zentral - Dezentral

Antriebslösungen Elemente einer Antriebslösung: SPS Logic

Antriebsauslegung: § Bewegungsablauf § Dynamik § Genauigkeit § Leistung

Antrieb Motion Drive

Motor

Produktauswahl: § Getriebe § Motor § Umrichter § Softwarefunktion für Bewegung Funktionsfestlegung: § anwendungsspezifische Dialoge § Inbetriebnahme-Wizards ⇒ Schnelle Realisierung auf der Basis vorbereiteter Lösungen

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Zentral - Dezentral

L-force: System zur Maschinenautomatisierung Das L-force System enthält alle Elemente für die Maschinenautomatisierung und unterstützt zentrale und dezentrale Konzepte

L-force Engineer als einheitliches PC-Werkzeug für die nahtlose Systemintegration

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Servo Drives L-force 9400 Information

Logic (logisches Interface, Ablaufsteuerung) 2 Kommunikationsmodule (Feldbusse, Ethernet) integrierbare SPS-Funktionen Motion (Bewegungsführung) unabhängige | gekoppelte Bewegungen +Synchronisierung mehrerer Achsen Drive (Antriebsregelung) Servoregelung | U/f-Steuerung | Vectorregelung +Auswertung Rückführsystem (Resolver | Encoder) Wechselrichter (Leistungsumsetzung) Leistungsbereich 0,37 – 200 kW (7 Baugrößen) Sicherheitsmodul

Bewegung

Motoren und Getriebe (Elektromechanik) Drehstrommotor | Synchronmotor +Resolver | Encoder +Bremse kombinierbar mit Getrieben (Stirnrad, Winkel, Planeten)

Mechatronikbaukasten für den Maschinenbau 14

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Zentral - Dezentral

Zentral – Dezentral: kein Gegensatz Ø Eine Maschinenautomatisierung hat immer eine zentrale und eine dezentrale Perspektive Ø Automatisierungskonzepte orientieren sich an einer sinnvollen Funktionsverteilung auf Steuerungen und Antriebe Ø Antriebe können in vielen Maschinen auch die Bewegungsführung übernehmen, hierdurch reicht für die Maschinensteuerung eine SPS Ø ein durchgängiges Konzept für die Antriebs- und Autotomatisierungstechnik wie L-force muss beide Konzepte unterstützen Ø Lösungskonzepte helfen dem Anwender, Antriebsaufgaben zur Maschinenautomatisierung schnell und sicher zu realisieren Ø Engineeringwerkzeuge wie L-force Engineer sind die Integrationsplattform für die gesamte Maschinenautomatisierung und unterstützen zentrale und dezentrale Konzepte

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