Flexibel in alle Richtungen Modularisierung im Maschinenbau

Die Trends, die im Kontext von Industrie 4.0 entstehen, bieten dem Maschinenbau Chancen, sich vom Wettbewerb zu differenzieren. Vollständige Digitalisierung bis zur Sensor/Aktor­ebene, Anbindung an IT-Infrastrukturen und Clouds, Einbindung in ERP- und MES-Systeme, sind nur die wichtigsten Anforderungen, denen sich der OEM im Bereich des Software-Engineerings stellen muss. Die Komplexität der mechanisch-kinematischen Ebene steigt ebenfalls. Um all das in kurzer Zeit realisieren zu können, streben viele OEMs eine Modularisierung ihrer Maschinen an, mit standardisierten Funktionseinheiten.

Modularisierung kann aber nur gelingen, wenn sie in den Bereichen Mechanik, Elektronik und auch Software aus einem Guss erfolgt. Bei der Steue­rungs- und Antriebstechnik kann es durchaus einen Unterschied machen, ob ein Maschinenmodul nur eine Achse umfasst oder mehrere synchronisierte Achsen beziehungsweise gar eine komplexe Antriebsstruktur mit einer Vielzahl von Achsen benötigt. Während der Maschinenbauer früher bei monolithischen Maschinenkonzepten vor einer Grundsatzentscheidung stand, ob er eher ein dezentrales Steuerungskonzept, mit in die einzelnen Antriebe integrierter Intelligenz oder lieber ein zentrales Konzept mit einer Steuerung für alle Achsen verwenden sollte, stellt sich diese Frage heute für jedes einzelne Modul.

Skaliert für jede Anwendung

Um nun solche modernen und innovativen Maschinenkonzepte mit dezen­traler und zentraler Intelligenz – je nach Modulkomplexität oder Anwendung – in einer Maschine umsetzen zu können, wird eine komplett durchgängige Automationsplattform für modulare Maschinenlösungen, flexibel skalierbar vom kleinsten Maschinenmodul mit nur einer Bewegungsachse bis hin zu komplexen Multi-Achssystemen, benötigt.

Schon bisher bediente der Automatisierungsspezialist Lenze sowohl zentrale als auch dezentrale Steuerungssysteme. Mit dem Servo-Inverter i900 ergänzt der Hersteller sein Automationsportfolio nun aber um einen neuen Servo-Antrieb mit einer integrierten Steuerung, die vollständig kompatibel und durchgängig zu seinem übrigen Steuerungsportfolio ist. Gleiche Architektur, gleiches Engineering sowie die Verwendung der gleichen Applikationssoftware lösen die Grenzen zwischen zentraler und dezen­traler Intelligenz auf.

Lenze kann flexible Maschinenkonzepte mit einem skalierbaren, modularen Automationssystem und einem umfassenden Baukasten applikationsspezifischer Softwaremodule realisieren und eine deutliche Reduzierung des Engineeringaufwands ermöglichen. Damit die Module einfach und synchron zusammenarbeiten können, nutzt Lenze die herstellerübergreifenden Standards EtherCAT, ProfiNet, EtherNet/IP oder auch AutomationML und PackML der OMAC. Für die vertikale Integration mit der übergeordneten Leitebene sind es Standards wie OPC UA oder MQTT.

Zentral oder dezentral?

Durch den Servo Inverter i900 lassen sich innerhalb einer Maschine die verwendeten Module wahlweise zentral und dezentral steuern – die Frage des Entweder-Oder ist damit überwunden. Der Maschinenbauer kann völlig flexibel auf die Anforderungen seines Kunden reagieren, da er auf ein konsistentes Produktportfolio aus Hard- und Software bauen kann, das ihm beide Topologien gleichermaßen zugänglich macht.

So kann der i900 als dezentrale Intelligenz agieren, die sich wie andere Controller des Lenze-Portfolios über die Technologiemodule der Application Software Toolbox FAST programmieren lassen. Bei Bedarf kann auch eine modulübergreifende Synchronisation einer komplexeren Maschine realisiert werden. Und das ohne Neuprogrammierung – die Applikationssoftware, die bisher auf den zentralen Controllern implementiert war, läuft unverändert auf der i900-Plattform. Insbesondere wenn Maschinen skaliert werden und die Zahl der Module und zu steuernden Achsen zunimmt, kann auf diesem Weg die Komplexität der Anwendung reduziert und das Engineering vereinfacht werden.

Hard- und Software-Baukasten

Für die Programmierung steht mit der Software-Toolbox FAST ein Baukasten für typische Anwendungen im Maschinenbau zur Verfügung. Maschinenspezifische Technologiemodule enthalten Standardfunktionen wie beispielsweise Positionieren, Heben, Wickeln, Schneiden oder Siegeln für Maschinen in den Zielmärkten Automotive, Intralogistics, Consumer Goods, Printing & Converting und Textile. Der Anwender muss die Steuerungs- und Bewegungsfunktionen der Funktionseinheit nicht mehr programmieren, sondern lediglich anwendungsspezifische Parameter einstellen. Für jedes Maschinenmodul lässt sich so in kurzer Zeit eine Baukasten-Lösung entwickeln. Die gewonnene Zeit kann der OEM in die Programmierung individueller Funktionalitäten stecken.

Zukunftssicher angelegt

Der Trick, um FAST-Applikationen einer zentral gesteuerten Topologie auf der i900-Plattform zu integrieren, liegt in der standardisierten Systemschnittstelle API auf Basis von CiA 402. Während bei der zentralen Topologie der Controller via EtherCAT mit den Antrieben kommuniziert, ist dieses Interface auch im i900 implementiert. So können die Technologiemodule der FAST-Toolbox ebenso wie die weiteren Steuerungsfunktionen gemäß PLCopen oder IEC 61131-3 nahtlos auf das jeweilige System abgebildet werden. Dadurch kann Lenze volle Rückwärtskompatibilität für die bereits erstellten Programmierungen bieten.

Lenze bietet mit seinem ergänzten Portfolio ein durchgängiges Automationssystem, das sich feinskaliert mitein­ander kombinieren lässt. Maschinenbauer können damit einen modularen Ansatz bei der Maschinenentwicklung fahren und flexible und individuelle Maschinen schnell auf den Markt bringen.