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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Zentral - Dezentral
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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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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Zentral - Dezentral
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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Zentral - Dezentral
