Intelligenz, die bewegt

Klein Servomotor - Wittenstein cyber motor präsentiert auf der SPS unter anderem sein neues Kompakt-Antriebssystem CDS. Die dezentrale Regelungsintelligenz ermöglicht einen eigenständigen Positionierbetrieb mit definierten Trajektorien direkt im Antrieb.

19. November 2019
Intelligenz, die bewegt
Das Kompakt-Antriebssystem CDS (cyber dynamic system) von Wittenstein cyber motor. Alle Versionen bieten echtzeitfähige Steuerungseinbindung und dezentrale Regelungsintelligenz. (Bild: Wittenstein SE)

Das Regeln servomotorischer Füllventile und Greifelemente, Positionieren von Bauteilen und Werkzeugen, eine präzise Formatverstellung in Verpackungs- und Werkzeugmaschinen oder hochgenaues Dosieren – das neue Kompakt-Antriebssystem CDS (cyber dynamic system) von Wittenstein cyber motor eröffnet in diesen und anderen mechatronischen Anwendungen laut dem Anbieter viele neue Automatisierungsmöglichkeiten. Möglich mache dies sein kompaktes Gehäuse-Design, intelligente Regelungstechnik und Multi-Ethernet-Konnektivität. Das Antriebssystem hat auch Applikationen im Blick, die vielerorts noch mit pneumatikbasierter Antriebstechnik umgesetzt werden. Während sich Pneumatikzylinder in der Regel nur mit eingeschränkter Genauigkeit und Flexibilität ansteuern lassen und in der Bewegungsführung somit eingeschränkt sind, bietet die Servotechnik der Lösung auch bei komplexen Bewegungsprofilen hohe Präzision, Positioniergenauigkeit, Wiederholbarkeit und Adaptierbarkeit, wie der Hersteller hervorhebt.

Das CDS ist die motorintegrierte Variante der zweiten Generation des industrietauglichen Kleinservoantriebssystems von Wittenstein. Einen neuen Ansatz verfolgt diese hinsichtlich der automatisierungstechnischen Konnektivität. Das System ist sowohl mit CANopen als auch mit einer Multi-Ethernet-Schnittstelle für EtherCAT, Profinet, Ethernet/IP CIP Sync und künftig auch mit Sercos III verfügbar. Dies bietet dem Anwender bekannte Feldbustechnologien und Flexibilität bei der steuerungstechnischen Anbindung des CDS. Er kann mit ein und derselben Hardware frei zwischen verschiedenen Feldbusvarianten – und damit auch Automatisierungssystemen – wählen. Dies reduziert die sonst übliche Variantenvielfalt und vermeidet Aufwand in der elektrischen Konstruktion, in der Beschaffung, bei der Artikeladministration sowie bei Inbetriebnahme, Service und Wartung.

Die neue Ethernet/IP-CIP-Sync-Schnittstelle ermöglicht zudem Motion-Control-Anwendungen, die aufgrund ihrer hohen Dynamik und Präzision anspruchsvollen Echtzeitanforderungen unterliegen und eine taktsynchrone Ethernet-Kommunikation erfordern. Dieses im Kleinspannungsbereich wegweisende Merkmal gewährleistet bewährte, einfache und echtzeitfähige Konnektivität in unterschiedlichen Feldbusumgebungen, wie das Unternehmen erklärt.

Dezentrale Motion Tasks

Die integrierte Elektronik des Antriebssystems basiert auf der neu konzipierten Reglergeneration Simco 2. Die Servoregler sind laut Anbieter als eigenständige Schaltschrank- und Feldkomponenten etwa 30 Prozent kleiner als die kompakte Vorgängerbaureihe. Dies komme direkt auch dem CDS als einer der leistungsdichtesten Antriebseinheit ihrer Art zu Gute. Die platzsparende Integrationsmöglichkeit in direkter Nähe zur Applikation eröffne zahlreiche neue Anwendungen im Maschinenbau, insbesondere bei modularen Maschinen- und Anlagenkonzepten.

Im modularen Maschinenbau ermöglicht die kompakte Antriebseinheit eine einfache Integration und so beispielsweise die Option, Maschinenmodule einzeln zu verdrahten, auf Funktion zu testen und in Betrieb zunehmen. Sie verfügt über eine dezentrale Regelungsintelligenz, die es erlaubt, komplexe Bewegungsabläufe in Form von Motion Tasks abzubilden und auch ablaufen zu lassen. Dadurch kann direkt im Kleinservoantrieb, also in der Netzwerkperipherie einer Anlage und unabhängig von der Maschinensteuerung, ein eigenständiger Positionierbetrieb mit definierbaren Trajektorien und Fahrsatztabellen realisiert werden, beispielsweise für nicht synchronisierte Achsen oder komplexe Einzelachsbewegungen. Dies gewährleistet kurze Zykluszeiten und ermöglicht die applikationsnahe Lösung von hochdynamischen Motion-Control-Anwendungen. Die Servoregelung ist dabei für schnelle Beschleunigungsprozesse kurzzeitig bis zum doppelten Nennstrom überlastfähig. Zudem bietet sie die Funktion einer adaptiven Stromauflösung, die das Umsetzen synchroner und dynamischer Fahrprofile unterstützt.

Dank seiner Intelligenz und Kommunikationsfähigkeit eignet sich das System laut dem Hersteller zur Integration in Industrie-4.0-Anwendungen mit dezentraler Datenverarbeitung an der Netzwerkperipherie – also dort, wo regelungsrelevante Daten für den Antrieb entstehen und verarbeitet werden müssen. Die Intelligenz an der Achse, also nahe an der Applikation, unterstützt auf diese Weise autonome Prozesse auf Feldebene, die unabhängig von einer zentralen Steuerung ablaufen. Gleichzeitig reduziert sie den Datendurchsatz und die Bandbreitebelegung in Feldbussen und Netzwerken.

Kinematische Kernkomponente

Die kinematische Kernkomponente des CDS ist ein leistungsstarker, bürstenloser Servomotor im Edelstahlgehäuse in Baugröße 40 Millimeter. Bezogen auf seine platzsparenden Abmessungen als einbaufertige Einheit für die Montage im direkten Maschinenumfeld erreicht der massenträgheitsoptimierte Motor ein maximales Drehmoment von etwa einem Newtonmeter. Standardmäßig verfügt das System über einen Singleturn-Absolutwertgeber mit einer Auflösung von zwölf Bit.

Optional in den Servomotor integrierbar sind ein batterie- und getriebeloser Multiturn-Encoder sowie eine Haltebremse. Durch sein Energy-Harvesting-Prinzip, das in diesem Fall auf dem Wiegand-Effekt beruht, gewährleistet das Rückführsystem im laufenden Maschinenbetrieb jederzeit eine energieautarke, absolute Erfassung der Motorposition. Nach einem stromlosen Zustand erkennt der Geber beim Einschalten der Versorgungsspannung sofort die aktuelle Position der Achse – eine Referenzierungsfahrt des CDS vor dem Wiederanlauf der Maschine ist nicht erforderlich. Wartungstechnisch vermeidet das Energy-Harvesting-Konzept sowohl Probleme durch ein möglicherweise schadhaftes Multiturn-Getriebe im Geber als auch den Austausch einer Batterie, der in der Einbausituation des Systems unter Umständen schwierig sein kann. Je nach Aufgabenstellung lässt sich das System mit einem spielarmen Planetengetriebe ergänzen. Hierfür sind Getriebestufen verfügbar, die Übersetzungen von i = 4 bis i = 100 abbilden. In Verbindung mit einem Getriebe erreicht der Kompaktantrieb dann maximale Drehmomente bis zu 22 Newtonmeter. Für lineare Applikationen ist optional ein Spindeltrieb verfügbar, der auf Kräfte bis zwei Kilonewton und Geschwindigkeiten bis 1.000 Millimeter pro Sekunde ausgelegt ist.

Echtzeitfähige Steuerungseinbindung per Multi-Ethernet-Schnittstelle, dezentrale Intelligenz direkt an der Achse mit der Möglichkeit, Bewegungen unmittelbar im Servoantrieb zu generieren, um das Automatisierungssystem der Maschine zu entlasten, sowie installationsfreundliche Kompaktheit durch die Integration der Elektronik in den Motor – das neue Kompakt-Antriebssystem CDS passt als Highlight zur SPS 2019 perfekt in die Welt der smarten Antriebs- und Automatisierungstechnik, wie der Hersteller betont.

SPS: Halle 4, Stand 221

Erschienen in Ausgabe: 08/2019
Seite: 54 bis 55