Redesign eines Antriebs- und Steuerungssystems

PrecisionCut MJCE

Die Aufgabe
Im Jahr 2006 haben wir für die Firma Jouhsen Bündgens Maschinenbau GmbH eine Antriebs- und Maschinensteuerung für eine hoch­prä­zi­se Drahtschneidemaschine ent­wi­ckelt. Die Steuerung basier­te auf einer SIMATIC-S7-300-SPS und Servoreglern von ETEL, wel­che sich ins­be­son­de­re durch eine schnel­le und prä­zi­se Positionsregelung auszeichneten.

ETEL-Rack

Leider wur­de inzwi­schen der Vertrieb die­ser ETEL-Controller ein­ge­stellt. Es muss­ten nun neue Antriebsregler gefun­den wer­den, die zum einen eine ver­gleich­ba­re Regelungsperformance und zum ande­ren die Ansprüche an die aktu­el­len Sicherheitsstandards in der Antriebstechnik erfüll­ten. Eine nicht ein­fach zu bewäl­ti­gen­de Aufgabe.

Meisterhafter Lösungsansatz
M. Eng. Adrian Majewski, zu die­ser Zeit noch stu­die­rend an der Fachhochschule Aachen, nahm sich der Herausforderung im Rahmen sei­ner Masterarbeit an. Er ana­ly­sier­te die Vor- und Nachteile der Regelungen durch einen Zustandsregler, wie er bei ETEL zum Einsatz kam und der übli­chen Kaskadenregler mit Geschwindigkeitsvorsteuerung der ande­ren Hersteller. Die exzel­len­te Darstellung der theo­re­ti­schen Zusammenhänge der Regelstrecke und der ver­schie­de­nen Regelprinzipien sowie die Simulation in LabVIEW und die erfolg­rei­che Analyse auf Eignung von eini­gen Reglern unter­schied­li­cher Hersteller bescher­ten ihm die Bestnote 1.0 für sei­ne Arbeit. Wir möch­ten noch ein­mal Herrn Prof. Dr.-Ing.Ulrich Hoffmann für sei­ne her­vor­ra­gen­de Betreuung dan­ken. M. Eng. Adrian Majewski gehört inzwi­schen zu unse­ren Mitarbeitern.

Unsere Lösung
Die Wahl des Servoreglers fiel auf einen HCS01.1E von Bosch-Rexroth. Dieser ver­fügt über eine schnel­le Positions- und Geschwindigkeitsregelung sowie über die inte­grier­te Sicherheitstechnik „Safe Motion“.

Servoregler Rexroth HCS01.1E

Die Synchronisation der Antriebe über­nimmt die neue IndraControl XM21 eben­falls von Bosch-Rexroth. Diese Motion-Steuerung ist in der Lage über den SERCOS-III–Bus alle vier Servomotoren anzu­steu­ern. Darüber hin­aus wer­den auch alle wei­te­ren Funktionen der Maschine, wie z.B. das Zählen der Produkte, das Aktivieren der Zentralschmierung etc. von die­ser Steuerung übernommen.

Rexroth XM21

Abgerundet wird das Steuerungssystem durch den Einsatz der eben­falls neu­en SafeLogic Erweiterung XFE01.1 von Bosch-Rexroth. Hiermit kön­nen alle Sicherheitsrelevanten Funktionen wie z.B. Not-Halt oder siche­rer Halt bei geöff­ne­ter Maschinenhaube pro­gram­miert und vali­diert wer­den. Die Übermittlung der siche­ren Signale an die Servoregler erfolgt dabei auch über den SERCOS-III-Bus mit Hilfe des CSos-Protokolls „CIP safe­ty on ser­cos“. Die Bedienung der Maschine erfolgt mit­tels eines 7“-Touchpanels (VR2107) von Bosch-Rexroth. Alle Maschinenparameter kön­nen dort bequem ein­ge­ge­ben wer­den. Betriebsdaten und Störmeldungen wer­den angezeigt.

Realisierung
Die Software der Maschinensteue-rung, der Parameterberechnung und der Antriebssynchronisierung wur­den noch vor der Realisierung der Maschine in unse­rem Labor mit einem Versuchsaufbau vor­be­rei­tet und getestet.

Versuchsaufbau mit Linearantrieb

Ebenfalls wur­den die Schaltpläne von unse­rer Elektrokonstruktion gezeich­net und der Schaltschrank gebaut. Nachdem die Firma Jouhsen Bündgens Maschinenbau GmbH die Maschine mecha­nisch auf­ge­baut hat­te, haben wir den Schaltschrank mon­tiert und alle elek­tri­schen und elek­tro­ni­schen Komponenten ange­schlos­sen. Es folg­te dann die Inbetriebnahme der Antriebs- und Steuerungstechnik. Zusammen mit unse­rem Kunden haben wir anschlie­ßend den Prozess und die Längentoleranzen der Produkte erfolg­reich validiert.

Produkte

Die Maschine wur­de abschlie­ßend durch den Endkunden abge­nom­men und ter­min­ge­recht ausgeliefert.