SPS 2023: Wie ein neues Automatisierungssystem die Megatrends aufgreift

• Die SPS 2023 steht im Zeichen der Automatisierungs-Megatrends: Produktivität, Nachhaltigkeit und Konnektivität.
• Baumüller, eine Spezialist für Antriebs- und Automatisierungslösungen, bringt zahlreiche neue Produkte auf den Markt, die diese Trends aufgreifen.

In Halle 1 an Stand 560 zeigt der Nürnberger Automatisierer vom 14. bis 16. November 2023 auf der SPS 2023 unter anderem ein komplett neues Laufzeitsystem für PLCs, die Servoumrichter-Familie b maXX 6000 inkl. antriebsintegrierter performanter Steuerung b maXX PLC di und die neue Motorengeneration DSC2. Neue Tools für smartes Energiemonitoring, Condition Monitoring im Antrieb oder neue Mechanikmodelle für die Antriebssimulation sorgen ebenfalls für mehr Performance in allen Wertschöpfungsstufen des Maschinenbaus.

Eine der schnellsten antriebsintegrierten PLCs auf dem Markt

Die antriebsintegrierte Steuerung b maXX PLC di (drive-integrated) übernimmt in den Servoantrieben der neuen b maXX 6000-Familie skalierbare Steuerungsaufgaben bis hin zu hochperformanten synchronen Mehrachsanwendungen. Dies entlastet, verkleinert bzw. ersetzt die zentrale SPS, da sich die PLC di auch als EtherCAT-Master zur Steuerung weiterer Servoumrichter einsetzen lässt. Mit einer minimalen Feldbus Zykluszeit bis zu 250 μs ist die integrierte Steuerung eine der schnellsten antriebsintegrierten PLCs auf dem Markt.

Über digitale Eingänge reagiert die b maXX PLC di auf wichtige Ereignisse in Echtzeit, beispielsweise Messtaster. Die Steuerung arbeitet somit effizienter und sicherer, insbesondere in Umgebungen, in denen schnelle Reaktionszeiten erforderlich sind. Die antriebsintegrierte PLC ermöglicht es zudem, smarte Anwendungen zusätzlich zur Bewegungssteuerung umzusetzen. Über die schnelle Schnittstelle zwischen PLC di und Servoregler (lokale Achse) besteht Zugriff auf Parameter des Antriebs, beispielsweise auf Spannung, Strom, Leistung, Drehmoment, Drehzahl oder Position. Die Maschinenhersteller können damit durch eigene Regelalgorithmen und IoT-Funktionalitäten zusätzlichen Mehrwert bei Ihren Kunden bieten.

Über analoge High-Speed-Eingänge (keine zusätzliche Hardware notwendig, minimale Abtastzeit 1 μs) sind komplett neue IoT-Lösungen möglich. Zum Beispiel lässt sich ein Körperschallsensor direkt anschließen, um mit diesen Messwerten direkt eine Schwingungsanalyse in der PLC des Antriebssystems durchzuführen. Die Konnektivität ermöglicht es, sehr flexible und modulare Strukturen über Schnittstellen, wie OPC UA, MQTT, EtherCAT und Ethernet, aufzubauen. Somit ist die b maXX PLC di optimal für künftige Anforderungen im Automatisierungs- und IoT-Umfeld vorbereitet.

Schnelleres Engineering, mehr Performance

Im Bereich Steuerungstechnik setzt Baumüller auf Offenheit und vereinfachtes Engineering: Mit einer neuen, komplett eigenentwickelten IEC 61131-Laufzeitumgebung bietet Baumüller eine Plattform, die aktuelle Standards, wie Hochsprachenprogrammierung und IoT-Konnektivität, unterstützt. Dadurch ist Baumüller auch künftig in der Lage, flexibel auf Kundenanforderungen zu reagieren.

Das Laufzeitsystem basiert auf Linux und ermöglicht es PLC-Programme über objektorientierte Programmierung zu erstellen. Dadurch lassen sich modulare, wiederverwendbare und klar strukturierte Programme aufbauen. Diese entlasten Entwickler bei der Umsetzung von Projekten und sorgen zudem für mehr Flexibilität. Bestehende Templates, Maschinenmodule und nach PLCopen standardisierte Bibliotheken sind weiterhin nutzbar.

Auch Hochsprachen wie C++ sind in die Plattform eingebunden. Der Vorteil: Das System lässt sich nachträglich einfacher erweitern und plattformunabhängig nutzen. Dies verbessert die Effizienz in der Entwicklung, verkürzt die Time-to-Market und erhöht die Flexibilität des Systems.

Das neue Laufzeitsystem ist zum Start für die antriebsintegrierte b maXX PLC di und künftig auch für die weiteren Steuerungsplattformen von Baumüller verfügbar.

Performance und Skalierbarkeit im Fokus

Die neue Servoregler-Generation b maXX 6000 steht für mehr Performance und maximale Skalierbarkeit. Für mehr Performance sorgen beispielsweise die neu entwickelten Safety- Funktionalitäten, die speziell für Applikationen mit hohen Anforderungen an Dynamik und Präzision entwickelt wurden. Das Safety-Modul ist bei den neuen Servoreglern direkt im Gerät integriert. Sicherheitsrelevante Gebersignale lassen sich dadurch mit einer noch höheren Auflösung auswerten. Dies verbessert die Positions- und Geschwindigkeitsgenauigkeit nochmals deutlich und hilft dabei, Zykluszeiten von Maschinen weiter zu verkürzen.

Zahlreiche Hardware- und Software-Optionen sorgen für maximale Skalierbarkeit, um die Antriebe noch besser an die jeweiligen Applikationsanforderungen anzupassen. Verfügbar sind zahlreiche Geber, Hardware- und Safety-Optionen. Bei der Hardware sind unter anderem Signalbus, Service-Option, digitale und analoge I/Os sowie Bremsenanschluss auswählbar. In Bezug auf Safety stehen unter Einhaltung des höchsten Sicherheitslevels verschiedene Varianten vom einfachen hardware-gesteuerten STO (Safe-Torque-Off) bis hin zu höheren Sicherheitsfunktionen angesteuert über FSoE (FailSafe over EtherCAT) zur Verfügung.

Neue Maßstäbe werden auch bei den Geräte-Abmessungen gesetzt. Denn neben der platzsparenden Anreihtechnik (b maXX 6300) sind nun auch die Monogeräte (b maXX 6500) deutlich kompakter. Das Bauvolumen verringert sich deutlich und ermöglicht so noch kleinere Schaltschränke.

Doch der Servo-Antrieb kann noch viel mehr: Der Drive lässt sich als Sensor bzw. Sensor-Hub nutzen und bietet skalierbare IoT-Konnektivität zum Beispiel über einen Edge-PC in die Cloud.

Kompakter mit mehr Leistung

Die neuen DSC2-Servomotoren sind die nächste Generation für Anwendungen mit Bedarf an hoher Drehmomentdichte. Das geringe Eigengewicht und die minimalen Abmessungen machen diese Baureihe zur ersten Wahl. Reduziert wurde unter anderem die Einbaulänge, womit der DSC2 bei gleicher Leistung nochmals deutlich kompakter ist. Auch die DSC2-Motoren sind, wie bereits aus der DSC1-Produktfamilie bekannt, skalier- und für spezielle Anforderungen adaptierbar. Zahlreiche Geberoptionen, Kühlvarianten, optionale Bremse, verschiedene abgestimmte Getriebevarianten und viele weitere Optionen sorgen auch beim DSC2 für eine perfekte Abstimmung für den jeweiligen Einsatzbereich.

Intelligente Antriebslösungen erhöhen die Produktivität

Condition-Monitoring-Lösungen sorgen in vielen Maschinen für eine regelmäßige Zustandsüberwachung. Damit werden zum Beispiel ein Verschleiß an Motoren rechtzeitig erkannt und ein möglicher Maschinenstillstand vermieden. Wird diese Funktion via Sensor ausgeübt, kann dies allerdings je nach Maschinentyp und Anzahl der eingesetzten Motoren, beispielsweise bei einer Textilmaschine, schnell sehr aufwendig und kostspielig werden.

Mit der neuen Softwarelösung Smart Vibration Monitoring können Maschinenhersteller ihren Kunden ein Condition Monitoring ohne externen Sensor anbieten. Die Software ist über die softdrivePLC direkt im Servoregler integriert und daher gut nachrüstbar. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für Maschinenhersteller: Beispielsweise sind Laufzeit-Modelle für Zusatzfunktionen der Maschine anbietbar.

Die neue Funktion nutzt zur Überwachung der Mechanik, wie zum Beispiel Elektromotor, Lüfter oder Hydraulik-Pumpe, aufgezeichnete und analysierte Prozessparameter als Referenzwerte. Vibrationen, die etwa durch Unwucht oder fehlerhafte Ausrichtung entstehen, erkennt die Software rechtzeitig und gibt ein Fehlersignal aus. Für den Motor ist damit eine geplante Wartung möglich. Einer weiteren Schädigung oder einem Ausfall der Maschine wird dadurch
vorgebeugt.

Energieverbrauch ermitteln und reduzieren

In Zeiten steigender Energiekosten sind Lösungen gefragt, mit denen sich der Energieverbrauch ermitteln und dann gezielt senken lässt. Mit der Software-Funktion Smart Energy Monitoring stellt Baumüller auf der SPS 2023 eine Lösung für intelligentes Energie-Monitoring von Maschinen und Anlagen vor. Die Software erfasst den Energieverbrauch einzelner Fertigungsaufträge transparent und optimiert diesen dann auf Basis einer Referenzmessung. Diese dient dabei zusätzlich noch als Ausgangswert um energetische Veränderungen im Produktionsprozess zu erkennen. Auf Basis dieser Werte lassen sich Warn- und Fehlerschwellen einrichten.

Die Software wird direkt auf den Servoregler aufgespielt, ist daher einfach nachrüstbar und kann vom Maschinenhersteller als Zusatzfunktion vermarktet werden. Der Energieverbrauch wird direkt über den intelligenten Antrieb erfasst. Dies spart zusätzliche Kosten aufgrund nicht notwendiger externer Sensorik und reduziert den Verdrahtungsaufwand.

Mit der neuen Funktion lässt sich der Energieverbrauch gesamt aber auch jeder einzelnen Achse des Antriebssystems pro Zyklus ermitteln. Die Energiemessung erfolgt autark und in Echtzeit in den b maXX Servoumrichtern von Baumüller. Die Anzeige der Messung bzw. der Ergebnisse ist über die Maschinenvisualisierung oder alternativ ebenfalls durch die Anzeige von Dashboards über offene IoT-Schnittstellen wie OPC UA für alternative Devices einfach möglich.

Engineering mit dem digitalen Zwilling optimieren, Produktivität erhöhen

Baumüller bietet für die virtuelle Inbetriebnahme zahlreiche Regler- und Mechanikmodelle an. Der Vorteil: Maschinenhersteller ermitteln im Engineering-Tool ProSimulation das optimale Antriebssystem und den optimalen Betriebspunkt der Maschine. Insbesondere für komplexere, nicht-lineare Mechaniken simuliert das Tool verschiedene Bewegungsprofile, um das optimale Antriebssystem zu finden. Dadurch spart der Maschinenbauer Zeit bei der Maschinenentwicklung ein, reduziert von Beginn an die Energiekosten und somit den CO2-Fußabdruck der Maschine. Darüber hinaus lässt sich mit der Simulation bereits im Voraus ermitteln, ob geforderten Performancewerte erreicht werden.

Das neueste Modell bildet den Kniehebel in der Schließe von Spritzgießmaschinen ab. Die Simulationsexperten von Baumüller passen auf Wunsch das Mechanik-Modell an einzelne Maschinentypen an.

Baumüller Gruppe auf der SPS 2023, 14. – 16. November 2023 Halle 1, Stand 560 – NürnbergMesse, Nürnberg

Bild oben: Noch mehr Flexibilität für Automatisierungssysteme: Die antriebsintegrierte Steuerung b maXX PLC di
(drive-integrated) übernimmt in den Servoantrieben der neuen b maXX 6000-Familie skalierbare
Steuerungsaufgaben bis hin zu hochperformanten synchronen Mehrachsanwendungen | Bild: Baumüller

Weitere Informationen: https://www.baumueller.com/de/

Erfahren Sie hier mehr darüber, wie Textilmaschinenbauer den CO2-Fußabdruck optimieren können.

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