Motion Controller einer neuen Generation

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Im Kontext mit vernetzter Industrie spielt die Antriebstechnik eine wichtige Rolle, schließlich ist ohne „treibende Kraft“ keine Automatisierung denkbar. Bild: FAULHABER

Kostendruck, die Forderung nach kurzen Inbetriebnahme- bzw. Stillstandszeiten von Maschinen und ein heterogenes Ausbildungsniveau der Maschinenbediener verlangen eine hohe Benutzerfreundlichkeit der elektrischen Antriebssysteme. Die Anwender erwarten eine einfache Bedienbarkeit, Flexibilität bei den Schnittstellen, um eine reibungslose Kommunikation im Automatisierungsverbund sicher zu stellen, und die Möglichkeit mehrere Achsen praxisgerecht zu synchronisieren. Motion Controller einer neuen Generation tragen diesen Forderungen Rechnung und ebenen damit intelligenten Antriebssystemen den Weg weiter in Richtung vernetzter Industrie.

Motion Controller einer neuen Generation ebenen intelligenten Antriebssystemen den Weg weiter in Richtung vernetzter Industrie. Bild: FAULHABER

Motion Controller einer neuen Generation ebenen intelligenten Antriebssystemen den Weg weiter in Richtung vernetzter Industrie.

Im Kontext mit vernetzter Industrie spielt die Antriebstechnik eine wichtige Rolle, schließlich ist ohne „treibende Kraft“ keine Automatisierung denkbar. Für Motoren und Steuerungen hat der neue Ansatz weitreichende Konsequenzen: Dezentrale Intelligenz und die Fähigkeit zur Echtzeit-Kommunikation mit der übergeordneten Prozessleittechnik über Feldbussysteme wie z.B. EtherCAT sowie Flexibilität bei den Einsatzmöglichkeiten heißen heute die Anforderungen an zukunftsweisende Antriebssysteme. Daraus hat FAULHABER (vgl. Firmenkasten) die Konsequenz gezogen und eine neue Generation von Motion Controllern entwickelt, die diesbezüglich keine Wünsche offen lässt.

Für die unterschiedlichsten Anwendungen geeignet

Drei Gerätevarianten decken unterschiedliche Einsatzbereiche ab. Bild: FAULHABER)

Drei Gerätevarianten decken unterschiedliche Einsatzbereiche ab.

Wie schon die bestehenden und auch weiterhin verfügbaren Produkte, ist auch die Generation V3.0 perfekt auf die DC-Kleinstmotoren aus dem eigenen Portfolio abgestimmt, aber nicht darauf begrenzt. Über Schnittstellen wie RS232, USB, CANopen oder EtherCAT können die neuen Geräte in verschiedenste Umgebungen integriert werden. Besonderer Wert wurde zudem auf eine einfache und leichte Inbetriebnahme gelegt. So steht eine wesentlich verbesserte Anwendersoftware zur Verfügung; den elektrischen Anschluss erleichtern ein durchgängiges Steckerkonzept und ein vollständiger Satz an Zubehörleitungen. Für die schon bisher stark vertretenen Anwendungen und autarken Einsatzgebiete ohne übergeordnete Steuerung gibt es eine neue leistungsfähigere und trotzdem einfach anzuwendende Programmierumgebung. Zudem bieten Hard- und Software bei Bedarf Erweiterungsmöglichkeiten und können wie bisher auch kundenspezifisch angepasst werden.

Motion Control System mit integriertem Motor und Controller. Bild: FAULHABER

Motion Control System mit integriertem Motor und Controller.

Da die Aufgaben und Einsatzumgebungen von Kleinstmotoren und den dazu gehörenden Steuerungen sehr komplex und verschieden sind, gibt es drei unterschiedliche Gerätezuschnitte: Die Motion Controller MC 5005 und MC 5010 mit Gehäuse und Steckanschlüssen sind für den Einsatz im Schaltschrank oder in Geräten konzipiert. Dazu können die Produkte zum komfortablen Einbau sowohl direkt als auch mittels Montagehilfsmitteln wie z.B. Hutschienenadapter montiert werden. Motion Control Systems als Servomotoren mit integriertem Motion Controller sind bereits vorkonfiguriert und erlauben den Einsatz direkt im Automatisierungsumfeld. Angeschlossen werden sie über Rundstecker gemäß Industriestandard. Ein intelligentes Baukastensystem ermöglicht die Integration diverser bürstenloser und bürstenbehafteter DC-Servomotoren in ein einheitliches Gehäuse. Der Motion Controller MC 5004 als offene Steckkarte ist für den Einbau in vorhandene Gehäuse ausgelegt. Ein optional verfügbares Motherboard erleichtert den Einstieg in mehrachsige Anwendungen.

Gemeinsame Technologiebasis und leistungsfähige Software

Grafische Unterstützung bei der Parametrierung vereinfacht die Bedienung. Die Software Motion Manager 6 erlaubt einen komfortablen Zugriff auf die Einstellungen und Parameter der angeschlossenen Controller und stellt auch Analysemöglichkeiten in Form von Statusanzeigen und grafischem Trace-Fenster zur Signalüberwachung zur Verfügung. Bild: FAULHABER

Grafische Unterstützung bei der Parametrierung vereinfacht die Bedienung. Die Software Motion Manager 6 erlaubt einen komfortablen Zugriff auf die Einstellungen und Parameter der angeschlossenen Controller und stellt auch Analysemöglichkeiten in Form von Statusanzeigen und grafischem Trace-Fenster zur Signalüberwachung zur Verfügung.

Alle drei Ausführungen nutzen die gleiche Technologiebasis, bieten die gleichen Schnittstellenoptionen, dieselbe Bedienphilosophie und die gleiche Funktionalität. Für nahezu alle denkbaren Applikationen steht damit eine passende Lösung bereit und Anwender aus den unterschiedlichsten Bereichen können von den flexiblen Anschlussmöglichkeiten, Betriebsarten und Regelungsmöglichkeiten profitieren.

In völlig neuem „Look and Feel“ präsentiert sich der Motion Manager in der Version 6, der wie bisher kostenlos auf der Internetseite downloadbar ist. Bekannte Funktionen wie die grafische Analyse von internen Signalen wurden weiterentwickelt. So stehen jetzt auch ein Software-Oszilloskop für Vorgänge direkt im Regler sowie viele andere Funktionen über grafische Dialoge direkt zur Verfügung. Durch die Assistenzfunktionen zum Verbindungsaufbau, der Motorauswahl und der Reglerkonfiguration ist die erste Inbetriebnahme nach 5 Minuten erledigt. Weitere grafische Dialoge unterstützen den Anwender bei der Feinabstimmung der Applikation und beim Test der verschiedenen Betriebsarten (Bild 5). Diagnosefunktionen erlauben die laufende Überwachung des Antriebs. Die Verbindung zum Motion Controller bzw. Motion Control System ist dabei ohne Einschränkung sowohl über USB, RS232 oder CANopen möglich. Über Visual Basic können Bedienabläufe z.B. für die Inbetriebnahme oder für wiederkehrende Tests automatisiert werden. Neu ist auch die Projektverwaltung, die die Einstellungen und Daten eines Antriebs in einem Projektfile zusammenfasst und damit die Versionierung und Pflege vereinfacht.

Neue Funktionen und höhere Dynamik

Die in den Controllern integrierten Funktionen erleichtern dem Anwender den Umgang mit der Technik und schaffen flexible Einsatzmöglichkeiten. An den Motion Controller MC 5010, MC 5005 und MC 5004 lässt sich der jeweilige Motortyp einstellen, Anwender können also frei wählen, ob ein DC-Kleinstmotor, ein bürstenloser DC-Servomotor oder ein linearer DC-Servomotor angesteuert werden soll. Für die integrierten Servoantriebe der Motion Control Systems Reihe ist der entsprechende Motor dagegen werksseitig bereits vorkonfiguriert. Wahlweise können dann Position, Geschwindigkeit oder Strom (Drehmoment oder Kraft) geregelt werden. Unterstützt werden dabei auch die für den synchronisierten Betrieb mehrerer Achsen üblichen Cyclic Modes CSP, CSV und CST aus dem CANopen / EtherCAT Umfeld.

Über den integrierten Profilgenerator können alternativ Punkt zu Punkt Bewegungen an die Dynamik der Anwendung angepasst werden, so sind auch komplexe Profile umsetzbar. Zusätzlich sind Position, Geschwindigkeit oder der Strom aber auch über analoge Vorgaben unabhängig vom Feldbus regelbar. Vielfältige Varianten für Referenzfahrten über Referenz- und Endschalter stehen ebenfalls zur Verfügung. Erstmalig ist als Standard auch eine Referenzierung an einem mechanischen Anschlag integriert. Durch eine neue Reglerstruktur konnte außerdem die Dynamik gegenüber den Vorgängerprodukten deutlich erhöht werden. Für den Schutz der Motoren und der Elektronik insbesondere im hochdynamischen Betrieb sorgen thermische Modelle für die Motorwicklung und die Leistungselektronik.

Geberschnittstellen und Digitaleingänge

An der Motorschnittstelle stehen im Standard jetzt zwei Geberschnittstellen zur Verfügung, an die optische bzw. Inkrementalgeber, Absolutwertgeber (12 Bit AES/BiSS, 12 Bit SSI) oder die im Motor integrierten digitalen bzw. analogen Hallsensoren angeschlossen werden können. Bei den Hallsensoren beträgt die Auflösung 4096 Inkremente pro Umdrehung, also ebenfalls 12 Bit. Zusätzlich können jetzt auch analoge oder PWM- Signale als Positions- und Geschwindigkeitsrückmeldung genutzt werden. Wie bisher sind dabei auch zwei Sensoren verwendbar, um Geschwindigkeit und Position getrennt zu erfassen.

Die Motion Controller der Generation V3.0 bieten bereits im Standard mindestens drei Digitaleingänge, zwei flexibel verwendbare analoge Eingänge und zwei digitale Ausgänge, über die jetzt auch Haltebremsen direkt angesteuert werden können. Über die Eingänge lassen sich wie bisher auch ein weiterer Referenzencoder für Positionsvorgaben (Gearing-Mode) oder ein Puls-/Dir-Signal zur Vorgabe der Position anschließen. Alternativ kann die Bewegung des Antriebs über einen Referenzencoder und den Touch-Probe-Eingang auf eine laufende Bewegung aufsynchronisiert werden. Die Sollwertvorgabe ist über Feldbus, USB-Schnittstelle, diskrete Ein-/Ausgänge oder Ablaufprogramme möglich. Dabei sind bis zu acht in BASIC geschriebene Ablaufprogramme in den Motion Controllern speicherbar; eines davon kann als Auto-Start Option gewählt werden.

Bestens vernetzt

Auch in puncto Kommunikation erfüllen Motion Controller alle Wünsche: So stehen für unterschiedliche Aufgaben insgesamt vier Schnittstellen zur Verfügung. Die Konfiguration geschieht beispielsweise über die USB-Schnittstelle. Für die Anbindung an die Automatisierungstechnik sind RS232 und CANopen als Standard-Feldbusse vorgesehen. Zusätzlich gibt es dann noch EtherCAT mit CoE (CANopen over EtherCAT) als Option. Dabei gilt: Alle Funktionen und Betriebsarten sind über alle Schnittstellen verfügbar und die Konfiguration ist angelehnt an das CANopen Servo-Drive Profil (CiA 402).

Die Motion Controller sind für den industriellen Einsatz ausgelegt. Die Gehäuseversionen erfüllen die Anforderungen der Schutzart IP40, die Motion Control Systems die der Schutzart IP54. Der Anschluss erfolgt über robuste Steckverbinder. Die gehäusten Controller sind ausgelegt für eine Motorversorgung von 0 bis 50 V; die Spannungsversorgung für die Elektronik liegt zwischen 12 und 50 V. Der Dauerstrom wird mit 5 bzw. 10 A angegeben, wobei Spitzenströme von 15 bzw. 30 A möglich sind. Die Controller eignen sich für Drehzahlbereiche von 0 bis 30.000 U/min (Motoren mit Sinus-Kommutierung) bzw. 0 bis 60.000 U/min (Motoren mit Blockkommutierung). Damit stehen für die unterschiedlichsten Anwendungen intelligente, leistungsfähige Antriebssysteme zur Verfügung, die sich gut in moderne Automatisierungslandschaften integrieren lassen und dabei doch einfach zu bedienen sind.

Über Faulhaber
Die FAULHABER-Gruppe mit ihren 1.900 Mitarbeitern ist spezialisiert auf Entwicklung, Produktion und Einsatz von hochpräzisen Klein- und Kleinstantriebssystemen, Servokomponenten und Steuerungen bis zu 200 Watt Abgabeleistung. Dazu zählt die Realisierung von kundenspezifischen Komplettlösungen ebenso wie ein umfangreiches Programm an Standardprodukten wie bürstenlose Motoren, DC-Kleinstmotoren, Encoder und Motion Controller. Die Marken der FAULHABER GROUP gelten weltweit als Zeichen für hohe Qualität und Zuverlässigkeit in komplexen und anspruchsvollen Anwendungsgebieten wie Medizintechnik, Fabrikautomation, Präzisionsoptik, Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie Robotik. Vom leistungsstarken DC-Motor mit 200 mNm Dauerdrehmoment bis zum filigranen Mikroantrieb mit 1,9 mm Außendurchmesser umfasst das FAULHABER Standardportfolio mehr als 25 Millionen Möglichkeiten, ein optimales Antriebssystem für eine Anwendung zusammenzustellen. Dieser Technologiebaukasten ist zugleich die Basis für Modifikationen, um auf besondere Kundenwünsche hinsichtlich Sonderausführungen eingehen zu können.

Alle Bilder: Faulhaber

Dr. Andreas Wagener

Leitung Motion Control & Firmware bei FAULHABER

Volker Hausladen

Produktmanager Motion Control bei FAULHABER

Ellen-Christine Reiff

Ellen-Christine Reiff

Studium der deutschen Philologie, danach tätig bei Theater und Fernsehen, seit 1986 freie Journalistin beim Redaktionsbüro Stutensee mit Schwerpunkt Optoelektronik, elektrische Antriebstechnik, Elektronik und Messtechnik.

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