Programmierung von Bewegungszyklen für eine Einzelachse an einem CMZ-Servoantrieb
Dieses Tutorial erläutert, wie die integrierte SPS-Funktionalität in einem CMZ-SBD-Servoantrieb eigenständige Bewegungsprogramme ausführen kann, einschließlich Referenzierlogik, Positionsregelung u...
Integrierte Bewegungslogik verringert die Abhängigkeit von externen SPSen
Die industrielle Bewegungssteuerung entwickelt sich über traditionelle SPS-zentrierte Architekturen hinaus. Moderne Servoantriebe verfügen zunehmend über integrierte Verarbeitungskapazitäten, mit denen Ingenieure vollständige Bewegungsabläufe direkt im Antrieb selbst ausführen können.
Die CMZ-SBD-Plattform veranschaulicht diesen Übergang deutlich. Nach der Inbetriebnahme der Servomotorachse können Ingenieure Structured-Text-Bewegungsprogramme erstellen und ausführen, ohne auf eine eigenständige SPS-Steuerung angewiesen zu sein.
Für kompakte Automatisierungszellen und dedizierte Bewegungsanwendungen kann dieser Ansatz den Hardwarebedarf und zugleich die Komplexität der Inbetriebnahme reduzieren.
Das Bewegungsprogramm direkt in SDSetup erstellen
Der Programmierworkflow beginnt im Tab „Program“ der SDSetup-Umgebung. Ingenieure können Structured-Text-Programme direkt in die Antriebssteuerung erstellen, bearbeiten, kompilieren und herunterladen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Bewegungssystemen, bei denen Befehle über EtherCAT- oder Feldbusnetzwerke von einer SPS stammen, platziert die CMZ-Architektur die Ausführungs-Engine direkt im Servoantrieb.
Die integrierte Bewegungsprogrammierung reduziert bei kleineren Automatisierungssystemen den Bedarf an externen Bewegungssteuerungen.
Variablen vor der Bewegungsausführung definieren
Die erste Entwicklungsphase konzentriert sich auf die Deklaration von Bewegungsvariablen wie Zielpositionen, Referiergeschwindigkeiten und Achsgeschwindigkeiten. Diese Parameter bestimmen, wie der Antrieb mit der bei der Inbetriebnahme konfigurierten Mechanik interagiert.
In diesem Beispiel werden Bewegungswege aus Encoder-Inkrementen, Motorumdrehungen und der Steigung der Kugelumlaufspindel berechnet. Eine präzise Skalierung ist unerlässlich, da falsche Werte den Schlitten über die physischen Verfahrgrenzen hinaus bewegen können.
Bewegungsvariablen stellen die Beziehung zwischen Encoder-Zählwerten und der physischen Achsbewegung her.
Das Verständnis der Referierlogik ist entscheidend für sichere Bewegungen
Referenzierabläufe definieren die Maschinenreferenzposition, die für jeden nachfolgenden Bewegungsbefehl verwendet wird. Die CMZ-SBD-Plattform bietet mehrere Referenzierstrategien, abhängig von den verfügbaren Sensoren und der Maschinenarchitektur.
Einige Methoden basieren auf physischen Referenzschaltern, während andere sich auf Encoder-Indexmarken oder softwaredefinierte Offsets beziehen. Bestimmte Modi bewahren Positions-Offsets auch nach einem Aus- und Einschalten.
Warum die Auswahl der Referenziermethode die Maschinensicherheit direkt beeinflusst
Eine der wichtigsten technischen Überlegungen besteht darin, falsche Nullreferenzen zu vermeiden. Wenn die Steuerung fälschlicherweise die aktuelle Position als Nullpunkt annimmt, kann der nächste Bewegungsbefehl die tatsächlichen Verfahrgrenzen der Hardware überschreiten.
Dieses Risiko wird besonders in Hochgeschwindigkeits-Servoanwendungen gefährlich, bei denen eine schnelle Beschleunigung innerhalb von Millisekunden Kupplungen, Kugelgewindetriebe oder Linearführungen beschädigen kann.
Viele Industrie-OEMs integrieren Bewegungslogik in zentralisierte PLC- und PAC-Plattformen, um Achsensicherheit, Verriegelungen und die Synchronisierung über mehrere Bewegungskanäle hinweg zu koordinieren.
Der Programmablauf verwendet eine schrittbasierte Bewegungsausführung
Die Hauptanwendungslogik basiert auf einer sequenzgesteuerten Zustandsstruktur unter Verwendung der Variable iStep. Dieser Ansatz wird in der industriellen Automatisierung häufig eingesetzt, da er vorhersehbare Übergänge zwischen Betriebszuständen ermöglicht.
Nach der Initialisierung führt der Servoantrieb zunächst einen Referenzierzyklus aus. Sobald die Referenzierung erfolgreich abgeschlossen ist, wechselt die Achse kontinuierlich zwischen vordefinierten Zielpositionen.
Initialisierungsroutinen überprüfen die Betriebsbereitschaft des Antriebs, bevor eine Bewegungssequenz beginnt.
Bewegungsfunktionen steuern das kontinuierliche Achsenpendeln
Sobald der Referenzierzyklus eine gültige Referenzposition festgelegt hat, ruft das Programm wiederholt Bewegungsfunktionen auf, die zwischen den Zielpositionen Move1 und Move2 wechseln.
Diese Struktur erzeugt ein kontinuierliches zyklisches Bewegungsmuster, das häufig in Taktstationen, Pick-and-Place-Anlagen und Systemen für wiederholte Handhabungsaufgaben eingesetzt wird.
Die schrittbasierte Bewegungssteuerung vereinfacht sich wiederholende Positionierungsanwendungen in Industriemaschinen.
Fehlerbehandlung verbessert die Betriebsstabilität
Selbst einfache Bewegungssysteme erfordern ein robustes Ausnahme- und Fehlermanagement. Das CMZ-Beispiel umfasst eine dedizierte Logik zur Fehlererkennung, für Stoppbedingungen und zur Betriebsüberwachung.
Auch wenn diese Routinen bei Tests am Prüfstand nebensächlich erscheinen mögen, werden sie in Produktionsumgebungen äußerst wichtig, in denen mechanische Blockierungen, Encoderfehler oder unerwartete Bedienereingriffe auftreten können.
Routinen zur Ausnahmebehandlung helfen dabei, unkontrollierte Bewegungen unter abnormalen Betriebsbedingungen zu verhindern.
Code direkt im Antrieb kompilieren und laden
Nach Abschluss der Entwicklung wird die Bewegungsanwendung kompiliert und direkt in die integrierte SPS-Umgebung des SBD-Antriebs geladen. Die Laufzeit-Engine führt den Code anschließend intern aus, ohne externe SPS-Zykluszeiten zu benötigen.
Diese Architektur kann die Kommunikationslatenz verringern und das Maschinendesign für dedizierte Bewegungsanwendungen vereinfachen.
Die Ausführung eingebetteter SPS-Programme ermöglicht es, Bewegungsprogramme direkt im Controller des Servoantriebs auszuführen.
Kompakte Bewegungsarchitekturen werden immer häufiger
Anbieter industrieller Automatisierung integrieren zunehmend Bewegungslogik, Diagnose, Vernetzung und Sicherheitsfunktionen in intelligente Servo-Plattformen. Dieser Trend spiegelt die wachsende Nachfrage nach kleineren Schaltschränken, weniger Verkabelung und einer vereinfachten Inbetriebnahme wider.
Anwendungen mit Verpackungssystemen, Förderanlagen und präzisen Positionierzyklen setzen zunehmend integrierte Bewegungsarchitekturen zusammen mit fortschrittlichen Plattformen für Bewegungs- und Antriebssteuerung ein.
Für Maschinenbauer eröffnet die Möglichkeit, lokale Bewegungslogik direkt im Antrieb auszuführen, zudem neue Chancen für modulare Maschinendesigns und verteilte Steuerungsarchitekturen.
Engineering-Perspektive
Die SPS-Funktionalität in Servoantrieben ist längst keine Nischenfunktion mehr. Sie entwickelt sich zu einem praktischen Engineering-Werkzeug für kompakte Automatisierungssysteme, bei denen Geschwindigkeit, Einfachheit und ein geringerer Hardwarebedarf entscheidend sind.
Dennoch sollten Ingenieure eigenständige Bewegungslogik weiterhin mit Bedacht einsetzen. Selbst kleine Einachs-Anwendungen erfordern vor der Integration in Produktionsmaschinen eine sorgfältige Validierung der Referenzfahrt, eine zuverlässige Fehlerbehandlung und die Überprüfung der Verfahrgrenzen.
Autor: Ethan Caldwell | Reporter für industrielle Bewegungssysteme
Ethan Caldwell verfügt über 15 Jahre Erfahrung in der Berichterstattung über industrielle Steuerungssysteme, Servoantriebstechnologien und eingebettete Automatisierungsplattformen. Zu seinen Projekterfahrungen gehören Implementierungen von Siemens SINAMICS, die Beckhoff-EtherCAT-Integration sowie Motion-Control-Systeme von Schneider Electric für Anwendungen in der Verpackungsindustrie und der diskreten Fertigung.