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Servotechnik für anspruchsvolle Bewegungssteuerung

Dass die Registerstanzmaschine Rega 3 extrem hohe Anforderungen an die Dynamik und Präzision der Achsbewegungen stellt, belegen folgende technische Daten: Insgesamt 21 Servoachsen sorgen dafür, dass bis zu 50 Blätter Papier pro Sekunde gezählt werden und bis zu sechs Mal pro Sekunde ein Stanzvorgang erfolgen kann. Dabei werden 17 Achsen über einen 1-kanaligen Servoverstärker AX5112 beziehungsweise über neun 2-kanalige Servoregler AX52xx gesteuert und über die dynamischen Servomotoren der Baureihe AM8000 – mit und ohne Haltebremse – bewegt. Zum Teil kommen hierbei auch die Servomotoren AM85xx zum Einsatz, die durch ein erhöhtes Rotorträgheitsmoment eine besonders hohe Regelgüte ergeben. Die übrigen vier beim Zählvorgang eingesetzten Achsen sind extrem kompakt mit den Servomotorklemmen EL7201 und den entsprechenden Servomotoren AM8100 aufgebaut.

Die 21 Servoachsen übernehmen konkret folgende Bewegungsaufgaben: Bei den beiden Ein- und Auslagestationen sind es je eine Achse für den Buchtransport sowie eine y- und z-Achse für das Hochbiegen des Buches. Bei der Zähleinheit bewegt eine z-Achse die Formatbacke, die Servomotorklemmen steuern jeweils zwei Mal das Zählen und Puffern der Papierseiten. Hinzu kommen zwei Achsen für das Schwenken sowie vier Achsen – zwei davon gekoppelt über ein elektronisches Getriebe – für das Verschieben der Zählmechanik. Beim Stanzen kommen schliesslich drei Servoachsen zum präzisen Verschieben und eine weitere Achse für die Stanzbewegung des Messers zum Einsatz.

Alle eingesetzten Servomotoren verfügen über die One Cable Technology (OCT), bei der Power- und Feedbacksystem in der Standard-Motorleitung zusammengefasst sind. Die Vorteile erläutert Patrick Suter folgendermassen: «Dadurch, dass für den Motoranschluss nur noch ein Kabel erforderlich ist, reduziert sich der Verdrahtungsaufwand um ungefähr 20 bis 30 Prozent. Ausserdem können einige Maschinenkomponenten konstruktiv leichter gestaltet werden, da nur noch ein Kabel durchgeführt werden muss.» Zusätzlich konnte er neben der erwähnten Safety-Integration auch vom vereinfachten Software-Engineering profitieren: «Ein grosser Teil unserer Software-Entwicklungsarbeit betrifft die Berechnung der Positionierungen. Hier bieten die vorgegebenen Motion-Bausteine in TwinCAT grosse Vorteile. Sie vereinfachen die Achsprogrammierung deutlich und decken alle unsere Bewegungsanforderungen ab.»

Dezentrale I/O-Module reduzieren Installationsaufwand

Zusätzlich zur Einkabelanschlusstechnik OCT reduzierte sich der Installationsaufwand durch die dezentral installierbaren IP-67-EtherCAT-Box-Module, die den Grossteil der I/O-Signale in der Maschine umfassen. Im Schaltschrank selbst sind mit den EtherCAT-Klemmen EL1008 und EL2008 lediglich acht digitale Ein- beziehungsweise Ausgänge sowie mit der TwinSafe-PLC EL6900 und den TwinSafe-Klemmen EL1904 und EL2904 zwölf Safety-Ein- und vier Safety-Ausgänge untergebracht. Alle übrigen I/Os sind mit den EtherCAT-Box-Modulen in der Anlage verteilt, insgesamt 56 Digital-Eingänge, 24 Digital-Ausgänge und 16 digitale Safety-Eingänge. Verbaut wurden hierfür zwei EP2339 (16-Kanal-Digital-Ein- oder -Ausgang), drei EP2316 (8-Kanal-Digital-Eingang und 8-Kanal-Digital-Ausgang), zwei EP2816 (16-Kanal-Digital-Ausgang mit D-Sub-Buchse) sowie zwei TwinSAFE-EtherCAT-Box-Module EP1908 (8-Kanal-Digital-Eingang).

Zu den konstruktiven Vorteilen erläutert Patrick Suter: «Durch die EtherCAT-Box-Module hat sich zum einen der Kabelbaum verkleinert und zum anderen der Verdrahtungsaufwand halbiert. Wir können nun die digitalen Signale direkt im Prozess erfassen, an die kompakten IP-67-I/O-Module weiterleiten und dann gesammelt per EtherCAT in den Schaltschrank führen. Die Verdrahtung der Maschine mit vorkonfektionierten Kabeln hat sich hierdurch ebenfalls deutlich vereinfacht.» <<

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