Verteilte Intelligenz ersetzt zentrale SPS Alle Macht den Antrieben - KI

ANTRIEBSTECHNIK
Verteilte Intelligenz ersetzt zentrale SPS
Alle Macht den Antrieben
Die Integration einer SPS in die Antriebssteuerung kann nicht nur die
zentrale SPS einer Maschine entlasten, sie kann letztere sogar ersetzen. So
geschehen bei Maschinen von Koester für die Herstellung von Tapes: Servo -
antriebe von Getriebebau Nord und Klemmen ersetzen hier die Maschinen -
steuerung. Das Automatisierungskonzept stützt sich auf die integrierten
Technologie- und SPS-Funktionen der Servoregler.
Für 1,5 Milliarden Windeln pro
Monat produziert das Unternehmen
Koester wiederverschließbare
Klebetapes. Das bei
Bamberg ansässige Unternehmen
gehört zur Lohmann-Gruppe und ist
auf die Herstellung von Klebe- und
Verschlusssystemen spezialisiert.
Diese werden bei Babywindeln, in
der Medizin, im Hygienebereich sowie
für Artikel des Büro- und Druckereibedarfs
verwendet. Eine Spezialität
der Mittelfranken ist ihre
Flexibilität: Hohe Stückzahlen sind
ebenso wenig ein Problem wie
kleinste Auflagen und individuelle
Formate.
Verminderung der
Komponentenanzahl
Die Produktion erfolgt auf selbst
entwickelten Maschinen, die ganz
ohne zentrale Kopfsteuerung (SPS)
auskommen. Sie basieren auf einem
einheitlichen Grundkonzept, das
auf die spezifischen Anforderungen
Alles in einem Gehäuse: Servoregler, SPS, Bremschopper,
Netzfilter und Spannungsversorgung
bei der Tape-Produktion ausgerichtet
ist: Die verschiedenen Tapes werden
von der Rolle gespult, in mehreren
Prozessstufen zusammengefügt,
geklebt, eingefärbt, auf neue Bahnbreiten
geschnitten und schließlich
wieder aufgewickelt. Bei der Projektierung
der neuen Automatisierungslösung
kam es darauf an, die
Wickelgeschwindigkeit und -qualität
deutlich zu verbessern. Daraus
resultieren hohe Anforderungen an
die Antriebstechnik: Das empfindliche
Trägermaterial für die Verschlusssysteme
– je nach Typ weiche
Nonwoven-Träger sowie Folie und
Papier – muss beim schnellen Umspulen
unter konstanter Spannung
stehen, darf dabei aber auch nicht
reißen.
Neben solchen prozesstechnischen
Anforderungen galt das Interesse
vor allem einem Maschinenkonzept,
mit dem sich innerhalb kürzester
Zeit auch Anlagen für Nicht-Standard-Produkte
bauen lassen. Daraus
ergab sich die Forderung, die Anzahl
der Komponenten und damit
der Schnittstellen zu
vermindern. Als Konsequenz
entstand eine
Lösung, die ganz ohne die
übliche SPS auskommt.
Über CANopen vernetzte
Servoantriebe von Getriebebau
Nord übernehmen
mit integrierten SPSen und
ihren Wickel-Technologiefunktionen
sämtliche
Steuerungsaufgaben
gleich mit.
Die Kommunikation der
Automatisierungskompo -
nenten basiert auf CAN -
open. Über diesen Feldbus
erhalten alle Teilnehmer
via PDOs zyklisch die Echtzeitdaten.
Damit können
die einzelnen Antriebe
vom Bedienfeld paramet -
Halle 3,
Stand 151
Parametrierung einer Tape-Maschine
bei Koester
riert und die Statusinformationen
visualisiert werden. Die digitalen
und analogen Signale für Diagnose
und Steuerung sind über dezentrale
CAN open-Standard-I/O-Module angebunden.
Die einzelnen Antriebe
tauschen untereinander die zur Koordination
notwendigen Parameter
aus und berechnen in Echtzeit ihre
neuen Regelsollwerte.
Servoregler als Wickler
Die eingesetzten Servoregler vom
Typ Nordac SK 1000E erreichen auf
Grund ihres volldigitalen, feldorientierten
Regelungskonzepts Abtastzeiten
von 50 µs bei der Strom-,
Drehzahl-, und Lageregelung. Das
reicht auch für hohe Dynamikanforderungen.
Außerdem verfügen die
Geräte über Positionier- und Technologiefunktionen,
die sich durch
die integrierte SPS einfach in Applikationen
einbinden lassen. �
Dr.-Ing. Torsten Radner ist Leiter Entwicklung
elektrische Antriebstechnik bei der Getriebebau
Nord GmbH & Co. KG in Bargteheide/
Hamburg
76 47. Jahrgang 2002, Nr. S1

Von Servoreglern gesteuertes Umspulwerk Zusammenwirken der logischen Reglermodule und der
Entwicklungsumgebung
Zu den im Regler integrierten Technologiefunktionen
gehört auch ein
Wickelrechner, der zu jeder Zeit für
den richtigen und ruckfreien Zug
bzw. für die vorgegebene Zugab -
nahme sorgt. Aus den Anfangsdurchmessern
der Spulen und dem
Sollzug wird unter Berücksichtigung
der Reibwerte und Trägheitsmo -
mente laufend der aktuelle Rollendurchmesser
und daraus das Moment
für die Zugkraft berechnet.
Damit können die herkömmlichen
Messungen der Wickeldurchmesser
entfallen. Alle Parameter und Funktionen
sind zur Laufzeit direkt über
den CANopen-Bus oder die integ -
rierte SPS beeinflussbar.
Die in den Servoregler integrierte
echtzeitfähige SPS hat eine Zyklus-
zeit von 100 µs. Sie übernimmt die
Ausführung der schnellen Funktionen
im Regeltakt der Antriebsfunktionen.
Damit können Daten ohne
externe Feldbusse in einem Zyklus
zwischen den technologischen Modulen
und der SPS ausgetauscht werden.
Die Signale der je sechs Ein- und
Ausgänge am Regler selbst verarbeitet
die SPS in Echtzeit. Bei Bedarf lassen
sich auch zusätzliche Signale per
CANbus ankoppeln.
Die Programmierung der integrierten
SPS erfolgt nach Belieben on-
oder offline über Masken, in die nur
die jeweiligen Befehlsparameter
eingetragen werden. Der Befehlsvorrat
reicht von einfachen Merkeroperationen
über Verfahrbefehle
bis zu Kommandos für das Senden,
Empfangen und Auswerten der über
den CANBus laufenden Daten. Auch
die Kombination von Befehlen mit
den technologischen Funktionen ist
möglich. Neben den logischen sind
auch mathematische Rechenoperationen
verfügbar.
Übersichtliche
Anlagentopologie
Eine IEC 61131-Implemen tierung für
die SPS kam nicht in Frage: Frei
konfigurier bare Techno logie funk -
tionen sind auf diesem Weg nicht so
implementierbar, dass sie zur Laufzeit
mit den geforderten Lageregeltakten
mithalten könnten – eine
Aufgabe, für die der IEC 61131-Standard
ja auch gar nicht ausgelegt ist.
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