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antriebstechnik 5/2017

antriebstechnik 5/2017

IT2DRIVES I SPECIAL Dann

IT2DRIVES I SPECIAL Dann doch lieber dezentral? Zwei Motion-Control-Systeme mit Software im Vergleich Technologischer Fortschritt durch IT und Software bringt regelmäßig neue Aspekte in die Diskussion über zentrale oder dezentrale Ansteuerung von Antriebsverstärkern. Gemeint ist dabei ihre eigentliche Funktion, die Bewegungsgenerierung. Soll eine zentrale Motion-Steuerung die Rechenarbeit zur Sollwertvorgabe übernehmen, oder doch jeder Antriebsverstärker selbst für die Bewegung seiner Achse verantwortlich sein? Laut Wittenstein geht beides. Mit Simco Drive lässt Wittenstein Cyber Motor den Anwendern die Wahl zwischen zentraler und dezentraler Ansteuerung. Die Antriebsverstärker wurden für sinuskommutierte Servomotoren definierter Leistungsklassen entwickelt und zeichnen sich messtechnisch durch eine Stromregelung mit bis zu 16 Bit und Strommessung unter 8 µs aus. Sie versprechen eine genaue Drehmomentregelung und hohe Dynamik im Stromregelkreis. Die Verstärker können sowohl im eigenständigen Positionierbetrieb mit definierbaren Trajektorien und Fahrsatztabellen als auch über den Ether- Cat-Bus im geschlossenen Regelkreis eingesetzt werden. Für die Feldbusintegration kann auf Verstärkerausführungen mit CANopen- oder Profibus-Schnittstelle zurückgegriffen werden. Mit STO sind integrierte Safety-Funktionen eine Option. Dank Schutz- art IP65 oder wahlweise IP20 können die Servoregler sowohl nahe der Antriebsachse als auch in einem leitstandnahen Schaltschrank betrieben werden. Gesteigerte Kommunikationsund Rechenleistungen In den vergangenen zehn Jahren eröffnete gerade die Weiterentwicklung der Feldbusse neue Perspektiven. Durch hohe Bandbreite und Echtzeitfähigkeit sind Ethernet-basierte Feldbusse heute leistungsstarke Kommunikationssysteme. Sie ermöglichen die Übertragung von Sollwerten an eine Motion-Control-Steuerung im Takt von Millisekunden den Empfang von Istwerten und Statusinformationen. Der kompakte Antriebsverstärker ist seitens seiner Rechenleistung wesentlich mit Regelungs- und Überwachungsaufgaben beschäftigt. Dieses Antriebskonzept scheint für fast alle Motion-Anwendungen geeignet zu sein, da die zentrale Steuerung von der einfachen Einzelachs-Ansteuerung bis zur komplexen Bahnsteuerung alle Dr. Oliver Barth ist stellvertretender Leiter Entwicklung Elektronik & Software, Wittenstein Cyber Motor GmbH 01 Huckepack-FTS Bee Mini von Bee Watec 60 antriebstechnik 5/2017

02 Greifvorgänge als Beispiel für dezentral gesteuerte Motion-Aufgaben Bewegungsformen generiert. Es stellt sich die Frage nach der Berechtigung dezentraler Steuerungstechnologien. Dezentrale Steuerungsintelligenz Die zentrale Steuerungstechnik hat ihren Preis. Ethernet-basierte Feldbusse benötigen zur Erfüllung der Bitübertragungsschicht des OSI-Referenzmodells hochwertige Komponenten. Kabel, Steckverbinder, magnetische Bauelemente und PHY-Halbleiter müssen für hochfrequente Signale und deren Schirmung geeignet sein, können allerdings oft aus der Stückzahlproduktion der Office-Welt verwendet werden. Im Antriebsverstärker ist entweder ein spezieller Asic oder ein FPGA-Core als Feldbus-Slave zur Abarbeitung des Kommunikationsstacks in Echtzeit. Weiterhin wird für die Berechnung komplexer Bewegung eine entsprechend leistungsfähige Motion- Steuerung benötigt. Bibliotheksfunktionen für spezielle Aufgaben stehen oft nicht standartmäßig zur Verfügung und müssen gesondert lizenziert werden. Die Frage nach der Berechtigung dezentraler Steuerungstechnologien kann somit umformuliert werden: In welchen Anwendungen ist zentrale Motion-Steuerung nicht notwendig? Ein Beispiel: Die Bewegung einzelner, nicht-synchronisierter Achsen, die problemlos dezentral im Antriebsverstärker berechnet werden kann. Darüber hinaus sind komplexe Einzelachsbewegungen realisierbar, wenn erweiterte Fahrsatztabellen vorliegen. Im Fall mehrerer synchronisierter Achsen lassen sich die Bewegungen noch gleichzeitig über ein Synchronisierungssignal der Steuerung starten. An seine Grenzen stößt das dezentrale Konzept bei der gleichzeitigen, zyklischen Übertragung der Sollwerte für mehrere Achsen. Ausführungskonzepte dezentraler Steuerungstechnik Dezentrale Steuerungstechnik kann in verschiedenen Ausbaustufen realisiert werden. Die einfachste Form ist eine Fahrsatztabelle, die in Listenform alle für eine Positionierung notwendigen Parameter enthält. In einer Zeile werden Zielposition, Geschwindigkeit und Beschleunigungen definiert. Die einzelnen Zeilen können über Sprungbefehle verknüpft werden, sodass komplexe Bewegungsabfolgen möglich sind. Zum Start einer Bewegungsabfolge wird eine Listenposition beispielsweise über den Feldbus oder einen digitalen Eingang angewählt. Für komplexere Aufgaben wird zusätzlich eine Ablaufsteuerung mit Funktionen wie „Parameter setzen“, „Parameter modifizieren“, „Vergleichen“ und „Sprüngen in Abhängigkeit bestimmter Zustände“ benötigt. Dies ist mit der Erweiterung der Fahrsatztabelle um die entsprechenden Befehle möglich, wobei ein Listeneintrag einem Befehl entspricht. Im Antriebsverstärker wird Zeile für Zeile der Kommandoliste interpretiert und ausgeführt. Beispiele für solche komplexe Motion- Aufgaben sind Greifvorgänge, die aus einem positions- und einem kraftgeregelten Anteil bestehen. Hochsprachen-Programmierung für High-End-Anforderungen Ist maximale Flexibilität verlangt, so bietet eine Hochsprache oder ein an eine Hochsprache angelehnter, strukturierter Text gute Möglichkeiten. Das Programm wird auf einem PC editiert, kompiliert, auf den Antriebsverstärker übertragen und ausgeführt. Der Antriebsverstärker muss also eine Laufzeitumgebung für die in der Hochsprache erstellten Programme besitzen.

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