Programmierung von Ein-Achsen-Bewegungszyklen auf einem CMZ-Servoantrieb

Eingebettete Bewegungslogik verringert die Abhängigkeit von externen SPS-Systemen

Die industrielle Bewegungssteuerung entwickelt sich über traditionelle SPS-zentrierte Architekturen hinaus. Moderne Servoantriebe verfügen zunehmend über Onboard-Verarbeitungsfunktionen, die es Ingenieuren ermöglichen, komplette Bewegungsabläufe direkt im Antrieb auszuführen.

Die CMZ SBD-Plattform zeigt diesen Übergang deutlich. Nach der Inbetriebnahme der Servoachse können Ingenieure strukturierte Text-Bewegungsprogramme erstellen und ausführen, ohne auf eine eigenständige SPS-Steuerung angewiesen zu sein.

Für kompakte Automatisierungszellen und dedizierte Bewegungsanwendungen kann dieser Ansatz die Hardwareanforderungen vereinfachen und gleichzeitig die Inbetriebnahmekomplexität reduzieren.

Erstellung des Bewegungsprogramms in SDSetup

Der Programmierablauf beginnt im Programm-Tab der SDSetup-Umgebung. Ingenieure können strukturierte Textprogramme direkt im Antriebscontroller erstellen, bearbeiten, kompilieren und herunterladen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Bewegungssystemen, bei denen Befehle von einer SPS über EtherCAT- oder Feldbusnetzwerke stammen, befindet sich die Ausführungs-Engine in der CMZ-Architektur direkt im Servoantrieb.

Eingebettete Bewegungsprogrammierung reduziert den Bedarf an externen Bewegungssteuerungen in kleineren Automatisierungssystemen.

Variablen vor der Bewegungsausführung definieren

Die erste Entwicklungsphase konzentriert sich auf die Deklaration von Bewegungsvariablen wie Zielpositionen, Homing-Geschwindigkeiten und Achsgeschwindigkeiten. Diese Parameter bestimmen, wie der Antrieb mit der während der Inbetriebnahme konfigurierten Mechanik interagiert.

In diesem Beispiel werden Bewegungsdistanzen aus Encoderinkrementen, Motorumdrehungen und Kugelgewindegang berechnet. Eine genaue Skalierung ist entscheidend, da falsche Werte den Schlitten über die physischen Bewegungsgrenzen hinaus zwingen können.

Bewegungsvariablen stellen die Beziehung zwischen Encoderzählungen und physikalischer Achsenbewegung her.

Das Verständnis der Homing-Logik ist entscheidend für sichere Bewegungen

Homing-Routinen definieren die Maschinenreferenzposition, die für jeden nachfolgenden Bewegungsbefehl verwendet wird. Die CMZ SBD-Plattform bietet je nach verfügbaren Sensoren und Maschinenarchitektur mehrere Homing-Strategien.

Einige Methoden basieren auf physischen Hausschaltern, während andere Encoder-Indexmarken oder softwaredefinierte Offsetwerte verwenden. Bestimmte Modi behalten Positionsoffsets auch nach dem Ausschalten bei.

Warum die Auswahl der Referenzierung direkt die Maschinensicherheit beeinflusst

Eine der wichtigsten technischen Überlegungen ist die Vermeidung falscher Nullreferenzen. Wenn der Controller fälschlicherweise die aktuelle Position als Null annimmt, kann der nächste Bewegungsbefehl die tatsächlichen Hardware-Grenzen überschreiten.

Dieses Risiko wird besonders gefährlich bei Hochgeschwindigkeits-Servoanwendungen, bei denen schnelle Beschleunigungen Kupplungen, Kugelgewindetriebe oder Linearschienen innerhalb von Millisekunden beschädigen können.

Viele industrielle OEMs integrieren Bewegungslogik mit zentralisierten PLC- und PAC-Plattformen, um Achssicherheit, Verriegelungen und Synchronisation über mehrere Bewegungsachsen hinweg zu koordinieren.

Der Programmablauf nutzt schrittbasierte Bewegungsausführung

Die Hauptanwendungslogik basiert auf einer sequenzgesteuerten Zustandsstruktur mit der Variablen iStep. Dieser Ansatz wird in der Industrieautomation häufig verwendet, da er vorhersehbare Übergänge zwischen Betriebszuständen schafft.

Nach der Initialisierung führt der Servoantrieb zunächst einen Referenzierzyklus aus. Nach erfolgreichem Abschluss wechselt die Achse kontinuierlich zwischen vordefinierten Zielpositionen.

Initialisierungsroutinen überprüfen die Antriebsvorbereitung, bevor eine Bewegungssequenz beginnt.

Bewegungsfunktionen steuern kontinuierliches Achszyklieren

Sobald das Referenzieren eine gültige Ausgangsposition festlegt, ruft das Programm wiederholt Bewegungsfunktionen auf, die zwischen den Zielpositionen Move1 und Move2 wechseln.

Diese Struktur erzeugt ein kontinuierliches zyklisches Bewegungsmuster, das häufig in Indexierstationen, Pick-and-Place-Anlagen und wiederholten Handhabungssystemen verwendet wird.

Schrittbasierte Bewegungssteuerung vereinfacht wiederholte Positionieranwendungen in Industriemaschinen.

Ausnahmebehandlung verbessert die Betriebssicherheit

Selbst einfache Bewegungssysteme erfordern eine robuste Ausnahmeverwaltung. Das CMZ-Beispiel enthält spezielle Logik zur Fehlererkennung, Stoppbedingungen und Betriebsüberwachung.

Obwohl diese Routinen beim Testen auf dem Prüfstand sekundär erscheinen mögen, werden sie in Produktionsumgebungen, in denen mechanische Blockaden, Encoder-Fehler oder unerwartete Bedienereingriffe auftreten können, äußerst wichtig.

Ausnahmemanagementroutinen helfen, unkontrollierte Bewegungen bei abnormalen Betriebszuständen zu verhindern.

Code direkt im Antrieb kompilieren und herunterladen

Nach Abschluss der Entwicklung wird die Bewegungsanwendung kompiliert und direkt in die onboard SPS-Umgebung des SBD-Antriebs heruntergeladen. Die Laufzeit-Engine führt dann den Code intern aus, ohne externe SPS-Scanzyklen zu benötigen.

Diese Architektur kann die Kommunikationslatenz reduzieren und das Maschinendesign für dedizierte Bewegungsanwendungen vereinfachen.

Die Ausführung eingebetteter SPS ermöglicht es, Bewegungsprogramme direkt im Servoantriebscontroller laufen zu lassen.

Kompakte Bewegungsarchitekturen werden immer häufiger

Lieferanten der Industrieautomation integrieren zunehmend Bewegungslogik, Diagnostik, Vernetzung und Sicherheitsfunktionen in intelligente Servoplattformen. Dieser Trend spiegelt die wachsende Nachfrage nach kleineren Steuerungsschränken, weniger Verkabelung und vereinfachter Inbetriebnahme wider.

Anwendungen mit Verpackungssystemen, Förderbändern und präziser Indexierung setzen zunehmend integrierte Bewegungsarchitekturen neben fortschrittlichen Bewegungs- und Antriebssteuerungsplattformen ein.

Für Maschinenbauer eröffnet die Möglichkeit, lokale Bewegungslogik direkt im Antrieb auszuführen, auch Chancen für modulare Maschinendesigns und verteilte Steuerungsarchitekturen.

Ingenieursperspektive

Eingebettete SPS-Funktionalität in Servoantrieben ist keine Nischenfähigkeit mehr. Sie wird zu einem praktischen Ingenieurwerkzeug für kompakte Automatisierungssysteme, bei denen Geschwindigkeit, Einfachheit und reduzierter Hardware-Fußabdruck wichtig sind.

Ingenieure sollten dennoch vorsichtig mit eigenständiger Bewegungslogik umgehen. Selbst kleine Ein-Achsen-Anwendungen erfordern eine disziplinierte Referenzfahrtvalidierung, Fehlerbehandlung und Überprüfung der Fahrgrenzen, bevor sie in Produktionsmaschinen eingesetzt werden.

Autor: Ethan Caldwell | Berichterstatter für industrielle Bewegungssysteme

Ethan Caldwell verfügt über 15 Jahre Erfahrung in der Berichterstattung über industrielle Steuerungssysteme, Servobewegungstechnologien und eingebettete Automatisierungsplattformen. Sein Projektportfolio umfasst Siemens SINAMICS-Einsätze, Beckhoff EtherCAT-Integration und Schneider Electric Bewegungssteuerungssysteme in Verpackungs- und diskreten Fertigungsanwendungen.