Artikel (DocID: ME2123501) bearbeiten
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Angelegt am 11/13/2019 10:20:31 AM von Mechatronik   Letzte Änderung am 11/23/2019 11:25:31 PM von Mechatronik
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Ort und Datum , 11/13/2019 
Dachzeile Wittenstein
Titel Dezentrale Intelligenz direkt an der Achse
Anlauf/Vorspann Echtzeitfähige Steuerungseinbindung per Multi-Ethernet-Schnittstelle, dezentrale Intelligenz direkt an der Achse mit der Möglichkeit, Bewegungen unmittelbar im Servoantrieb zu generieren um das Automatisierungssystem der Maschine zu entlasten, sowie installationsfreundliche Kompaktheit – das neue Kompakt-Antriebssystem CDS passt perfekt in die Welt der smarten Antriebs- und Automatisierungstechnik.
Teaser
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Autoren
Artikel-Text

Das CDS (cyber dynamic system) ist die motorintegrierte Variante der zweiten Generation des industrietauglichen Kleinservoantriebssystems von WITTENSTEIN. Sie ist auf konsequente Bauraumersparnis für die applikationsnahe Integration ausgelegt. Ein cyber dynamic-Motor in Baugröße 40 mm bildet zusammen mit einer speziellen Gehäuseausführung der neuen simco 2-Reglerfamilie eine ultrakompakte Einheit. Diese passt in engste Einbauverhältnisse und eliminiert den Verkabelungsaufwand bis auf die Spannungsversorgung und Feldbuskommunikation. Gerade im modularen Maschinenbau ermöglicht die kompakte Antriebseinheit eine einfache Integration und dadurch beispielsweise die Möglichkeit, Maschinenmodule einzeln zu verdrahten, auf Funktion zu testen und in Betrieb zunehmen.

Höchste Flexibilität bei der steuerungstechnischen Anbindung

Einen neuen Ansatz verfolgt das CDS auch hinsichtlich der automatisierungstechnischen Konnektivität. Das System ist sowohl mit CANopen als auch mit einer Multi-Ethernet-Schnittstelle für EtherCAT, Profinet, EtherNET/IP CIP Sync und zukünftig auch mit SERCOS III verfügbar. Dies bietet dem Anwender den Nutzungskomfort bekannter Feldbustechnologien und höchste Flexibilität bei der steuerungstechnischen Anbindung des CDS. Er kann mit ein und derselben Hardware frei zwischen verschiedenen Feldbusvarianten – und damit auch Automatisierungssystemen – wählen. Dies reduziert die sonst übliche Variantenvielfalt und vermeidet hohen Aufwand in der elektrischen Konstruktion, in der Beschaffung, bei der Artikeladministration sowie bei Inbetriebnahme, Service und Wartung. Die neue EtherNet/IP CIP Sync Schnittstelle ermöglicht zudem Motion-Control-Anwendungen, die aufgrund ihrer hohen Dynamik und Präzision anspruchsvollen Echtzeitanforderungen unterliegen und eine taktsynchrone Ethernet-Kommunikation erfordern. Dieses im Kleinspannungsbereich wegweisende Merkmal gewährleistet bewährte, einfache und echtzeitfähige Konnektivität in unterschiedlichen Feldbusumgebungen.

Platzsparende Reglergeneration

Die integrierte Elektronik des CDS basiert auf der neu konzipierten Reglergeneration simco 2. Die Servoregler sind als eigenständige Schaltschrank- und Feldkomponenten etwa 30 Prozent kleiner als die ohnehin schon kompakte Vorgängerbaureihe. Dies kommt direkt auch dem CDS als einer der leistungsdichtesten Antriebseinheit ihrer Art zu Gute. Die platzsparende Integrationsmöglichkeit in direkter Nähe zur Applikation eröffnet zahlreiche neue Anwendungen im Maschinenbau, insbesondere bei modularen Maschinen- und Anlagenkonzepten.

Mit Intelligenz für dezentrale Motion Tasks vorbereitet für Industrie 4.0-Umgebungen

Das CDS verfügt über eine dezentrale Regelungsintelligenz. Sie erlaubt es, komplexe Bewegungsabläufe in Form von Motion Tasks abzubilden und auch ablaufen zu lassen. Dadurch kann direkt im Kleinservoantrieb – also in der Netzwerkperipherie einer Anlage und unabhängig von der Maschinensteuerung – ein eigenständiger Positionierbetrieb mit definierbaren Trajektorien und Fahrsatztabellen realisiert werden, beispielsweise für nicht synchronisierte Achsen oder komplexe Einzelachsbewegungen. Dies gewährleistet kurze Zykluszeiten und ermöglicht die applikationsnahe Lösung von hochdynamischen Motion-Control-Anwendungen. Die Servoregelung ist dabei für schnelle Beschleunigungsprozesse kurzzeitig bis zum doppelten Nennstrom überlastfähig. Zudem bietet sie die Funktionalität einer adaptiven Stromauflösung, die die Umsetzung synchroner und dynamischer Fahrprofile unterstützt. Was das Thema Safety betrifft, ist der Integrator und Anwender mit dem CDS auf der sicheren Seite: Die integrierte Safety Funktion STO (Safe Torque Off) erfüllt die Sicherheitsanforderungen gemäß SIL3 und PLe. STO unterbricht im Ernstfall sofort die Energieversorgung des Antriebs und verhindert ein automatisches Wiederanlaufen.

Dank seiner Intelligenz und Kommunikationsfähigkeit eignet sich das CDS ideal zur Integration in Industrie 4.0-Anwendungen mit dezentraler Datenverarbeitung an der Netzwerkperipherie – also dort, wo regelungsrelevante Daten für den Antrieb entstehen und verarbeitet werden müssen. Die Intelligenz an der Achse – also nahe an der Applikation – unterstützt auf diese Weise autonome Prozesse auf Feldebene, die unabhängig von einer zentralen Steuerung ablaufen (müssen). Gleichzeitig reduziert sie den Datendurchsatz und die Bandbreitebelegung in Feldbussen und Netzwerken.

Drehmomentdichte, Dynamik und neue Funktionalitäten

Die kinematische Kernkomponente des CDS ist ein leistungsstarker, bürstenloser Servomotor im Edelstahlgehäuse in Baugröße 40 mm. Bezogen auf seine platzsparenden Abmessungen als einbaufertige Einheit für die Montage im direkten Maschinenumfeld erreicht der massenträgheitsoptimierte – und dadurch hochdynamische – Motor ein maximales Drehmoment von etwa 1 Nm. Standardmäßig verfügt das CDS über einen Singleturn-Absolutwertgeber mit einer Auflösung von 12 Bit. Optional in den Servomotor integrierbar sind ein batterie- und getriebeloser Multiturn-Encoder sowie eine Haltebremse. Durch sein Energy-Harvesting-Prinzip (Wiegand-Effekt) gewährleistet das Rückführsystem im laufenden Maschinenbetrieb jederzeit eine energieautarke, absolute Erfassung der Motorposition. Nach einem stromlosen Zustand erkennt der Geber beim Einschalten der Versorgungsspannung sofort die aktuelle Position der Achse – eine Referenzierungsfahrt des CDS vor dem Wiederanlauf der Maschine ist nicht erforderlich. Wartungstechnisch vermeidet das Energy-Harvesting-Konzept sowohl Probleme durch ein möglicherweise schadhaftes Multiturn-Getriebe im Geber als auch den Austausch einer Batterie, der in der Einbausituation des CDS unter Umständen schwierig sein kann. Je nach Aufgabenstellung kann das CDS mit spielarmen Planetengetriebe ergänzt werden. Hierfür sind Getriebestufen verfügbar, die Übersetzungen von i = 4 bis i = 100 abbilden. In Verbindung mit einem Getriebe erreicht der Kompaktantrieb dann maximale Drehmomente bis zu 22 Nm. Für lineare Applikationen ist optional ein Spindeltrieb verfügbar, der auf Kräfte bis 2 kN und Geschwindigkeiten bis 1.000 mm/s ausgelegt ist. Schließlich unterstreichen geeignete Netzteile sowie konfektionierte Anschlusskabel den „Alles aus einer Hand“-Ansatz des Kleinantriebssystems.

CDS ersetzt Pneumatik: Technologiewechsel für mehr Performance

Regelung servomotorischer Füllventile und Greifelemente, Positionierung von Bauteilen und Werkzeugen, präzise Formatverstellung in Verpackungs- und Werkzeugmaschinen oder hochgenaues Dosieren – das CDS eröffnet in diesen und anderen bekannten, mechatronischen Anwendungen durch das kompakte Ein-Gehäuse-Design, seine intelligente Regelungstechnik und seine Multi-Ethernet-Konnektivität viele neue Automatisierungsmöglichkeiten. Darüber hinaus erschließt es durch seine leistungsfähige Motor- und Regelungstechnik neue Anwendungsfelder, die neben höchster Dynamik und Präzision auch eine feinstufige und vielseitig adaptierbare, kinematische Prozessregelung erlauben – ohne Umrüstarbeiten an der Maschine. Damit hat das CDS auch Applikationen im Blick, die vielerorts (noch) mit Pneumatik-basierter Antriebstechnik umgesetzt werden. Während sich Pneumatikzylinder in der Regel nur mit eingeschränkter Genauigkeit und Flexibilität ansteuern lassen und in der Bewegungsführung somit eingeschränkt sind, bietet die Servotechnik des CDS dagegen auch bei komplexen Bewegungsprofilen höchste Präzision, Positioniergenauigkeit, Wiederholbarkeit und Adaptierbarkeit.

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