Was heißt hier eigentlich intelligent?

Die Software-Funktion Smart Energy Monitoring wird mit der Softdrive PLC des Baumüller-Umrichters realisiert. © Baumüller

Sind Safety-Funktionen direkt im Antrieb, entfallen also die entsprechenden Feldbus-Totzeiten. Dies kann dazu führen, dass Geschwindigkeit und Prozesszykluszeit der Maschine verbessert werden können, ohne dass das Risiko an der Maschine steigt. Auch wenn es nicht um Safety, sondern um die Synchronisation vieler dynamischer Antriebe geht, ist es sinnvoll, diese Feldbus-Totzeiten zu umgehen und die Sollwertvorgabe direkt über die Antriebe zu realisieren. Die schnellen Reaktionszeiten bringen auch Vorteile bei der Verarbeitung von Materialien mit schwankenden Materialeigenschaften. Die performante Kommunikation macht hier den Einsatz einer adaptiven Regelung möglich, die diese Materialunterschiede ausgleicht. Dadurch wird eine gleichbleibend hohe Qualität des Endproduktes bei hoher Produktionsgeschwindigkeit erreicht.

PLC-Projekte vereinfachen

Durch den Einsatz dezentraler Intelligenz werden PLC-Projekte weniger komplex. Bei einer zentralen Steuerung werden alle Berechnungen zentral durchgeführt. Das beginnt beim Hochfahren der Maschine über die Berechnung aller Soll- und Istwerte für jeden Motor und endet bei zusätzlichen Aufgaben wie der Datenerfassung und -verarbeitung für IoT. Ist die Maschine modular aufgebaut, können alle Aufgaben, die das jeweilige Maschinenmodul betreffen, im intelligenten Antrieb gerechnet werden. Dies reduziert die Komplexität des PLC-Projektes in der zentralen Steuerung erheblich. Gleichzeitig lassen sich so verschiedene Maschinenmodule individuell miteinander kombinieren.

Für die Überwachung der Verfügbarkeit des Antriebs­systems ist der Einsatz dezentraler Intelligenz sinnvoll. Zum Beispiel lassen sich durch Schwingungsanalysen über die Firmware das System auch ohne externe Sensorik überwachen und so Probleme frühzeitig erkennen. Besteht dann noch eine Verbindung in eine Cloud oder zu einem Edge PC, kann das System zum Beispiel über OPC-UA IoT-fähig werden. Dann kann der Maschinenhersteller seinen Kunden erweiterte Services anbieten und sich damit neue Geschäftsmodelle erschließen.

Intelligente Antriebe fungieren als Data-Hub und liefern ohne externe Sensorik Daten beispielsweise für Condition Monitoring (links). Die Antriebe können in Kombination mit externer Sensorik auch als Sensor-Hub eingesetzt werden und Daten unter anderem von intelligenten Getrieben erfassen. © Baumüller

Eine weitere Möglichkeit, die Daten aus dem Antrieb zu nutzen, ist die Verbesserung der Energieeffizienz. Intelligente Umrichter sind in der Lage, ohne zusätzliche Hardware den Energieverbrauch zu messen und die maximale Auslastung der elektrischen Antriebe bei Leistungsspitzen zu überwachen. Mit diesen Informationen lassen sich Einsparpotenziale und die optimale Antriebsdimensionierung ermitteln oder Warnschwellen bei einer ungewollten Veränderung des Produktionsprozesses einstellen. Dies optimiert den Energiebedarf und damit den CO₂-Footprint, stabilisiert und optimiert die Prozesse und rechnet sich obendrein.

Erfolgreicher Einsatz von KI

Künstliche Intelligenz wird in den kommenden Jahren aus den Produktionshallen dieser Welt nicht mehr wegzudenken sein. Grundlage für einen erfolgreichen Einsatz ist die richtige Bereitstellung der Daten. Intelligente Servoantriebe können durch die Nähe zum Prozess diese Daten schneller als die zentrale Steuerung zur Verfügung stellen, fungieren als Data Hub und ermöglichen so eine optimale Performance für KI-Anwendungen. Zusätzlich lassen sich die Antriebe in Verbindung mit externer Sensorik auch als Sensor Hub nutzen.

Um Funktionen von der zentralen Steuerung in den Regler zu verlagern, bietet Baumüller zwei antriebsintegrierte Steuerungslösungen: Die B MaXX SoftdrivePLC mit einer Zykluszeit von ≥62,5 µs sowie die B MaXX PLC Di mit einer Feldbus-Zykluszeit von ≥250 µs. Die softwarebasierte B MaXX SoftdrivePLC für Einachsanwendungen kombiniert Motion-Control- und SPS-Funktionalitäten und ist gemäß IEC 61131 programmierbar. Mit der B MaXX PLC Di werden komplexere Motion-Control-, Technologie- und Steuerungsfunktionen direkt im Drive möglich.

Da die PLC Di auch als EtherCat-Master zur Steuerung weiterer Servoumrichter eingesetzt werden kann, kann die zentrale SPS entlastet oder verkleinert werden oder sogar komplett entfallen.

Die Verlagerung der Intelligenz von der Steuerung in den Servoantrieb kann die Lösung für viele Herausforderungen im Maschinenbau sein. Die Hard- und Software dafür ist verfügbar, und der Übergang von der zentral zur dezentral projektierten Maschine ist unkompliziert möglich. Damit lassen sich Maschinen im Sinne einer schnelleren Time to Market modular und effizient aufbauen und sind eine Investition in die Zukunft der Automatisierung für KI- und IoT-Anwendungen.