Ob für mechanische Anwendungen, Automatisierungslösungen oder additive Fertigungsverfahren – so vielfältig wie die Einsatzgebiete sind auch die Positioniersysteme, die sich am Markt etabliert haben. Doch wie lassen sich Bauteile, Werkzeuge und Werkstücke mit hoher Präzision und Wiederholgenauigkeit bewegen und positionieren?

Positioniersysteme im Nanometerbereich stellen sehr hohe Anforderungen an die Steuerung. Für viele Anwendungen ist dafür häufig eine komplexe Programmierung notwendig, für welche das entsprechende Know-how teilweise fehlt. Das wiederum bedeutet, dass mehr Zeit für die Anwendungsentwicklung sowie die Erfüllung des Auftrags eingeplant werden muss.

Aerotech: Spezialist für Motion-Control- und Positioniersysteme

Aerotech, mit einer Niederlassung im fränkischen Fürth, zählt seit über 50 Jahren zu den Spezialisten für Motion-Control- und Positioniersysteme. Die Softwareentwickler am Hauptsitz in Pittsburgh arbeiten kontinuierlich an Softwarelösungen für die Bewegungssteuerung von Laserscan-Köpfen, Servomotoren, Tischen und Roboter-Hexapoden. Das jüngste Ergebnis ihrer Arbeit ist die Steuerungsplattform Automation1, die in der aktuellen Version mit zahlreichen neuen Funktionen ausgestattet ist.

„Vor sechs Jahren haben wir uns das Ziel gesetzt, den leistungsfähigsten Controller mit der benutzerfreundlichsten Schnittstelle zu entwickeln. Aber nicht nur das – wir wollten unseren Anwendern auch die einfachste Entwicklungsplattform bieten“, erklärt Brett Heintz, Control Product Management Group Leader bei Aerotech. Für letzteres wurde ein Compiler entwickelt, der die Eigenentwicklung von Motion-Lösungen so unkompliziert wie möglich macht. „Noch nie lagen Leistung und Benutzerfreundlichkeit so nah beieinander – und wir stehen erst am Anfang dieser Reise.“

Konnektivität und Peripheriesteuerung

Konnektivität und Peripheriesteuerung sind weitere Säulen von Automation1. So lässt sich die Plattform nahtlos mit Sicherheitssteuerungen, SPS, Industrielasern, Kameras, Sensoren und mehr verbinden. Die Automation1-Antriebe haben auch mehr integrierten Speicher als andere Servomotorantriebe, was eine präzise und schnelle Datenerfassung ermöglicht. Zudem bieten sie Schnittstellen wie analoge und digitale E/A, einen Funktionsgenerator auf Antriebsebene und Ausgangssignale. Die positionssynchronisierten Ausgänge sorgen für eine ultraschnelle und latenzarme Steuerung. „Unsere Schnittstellenhardware ermöglicht Automation1 die Integration mit Systemen geringerer Genauigkeit und anderen Geräten von Drittanbietern über Ethercat, Modbus und mehr“, erklärt Brett Heintz. „Unser Fokus liegt also darauf, nicht nur die Bewegung zu optimieren, sondern auch die Verbindung zwischen dem Prozess und der Bewegung.“

Integration starrer Linearportale von Drittanbietern und nicht standardisierter Produkte

Die Plattform bietet einen intuitiven Konfigurationsassistenten für die Maschineneinrichtung, EasyTune-Servotuning mit Zugriff auf Geräte von Drittanbietern und die Möglichkeit, mithilfe von AeroScript-Bibliotheken benutzerdefinierte Werkzeuge zu erstellen, um Präzisionsprojekte schnell in Gang zu bringen. „In den aktuellen Versionen haben wir unsere Bewegungssteuerung verbessert, indem wir den Programmiersprachen AeroScript und G-C und Arbeitsoffsets hinzugefügt haben. Die Zugriffskontrolle und die sichere Kommunikation mit dem kryptografischen TLS-Protokoll sind nun standardmäßig in den antriebsbasierten Steuerungen von Automation1 enthalten. Damit ist sichergestellt, dass proprietäre Bewegungsprofile und Prozessrezepte jederzeit geschützt sind“, erläutert Brett Heintz den aktuellen Stand der Entwicklung. Das MachineApps-HMI-Entwicklungstool wurde ebenfalls um neue Funktionen wie Anzeigeleuchten, Kameramodule und Zugangskontrolle erweitert. Die Plattform integriert nun auch starre Linearportale von Drittanbietern und nicht standardisierte Produkte in den Gerätekatalog sowie die Maschineneinrichtung. Zudem wurde die Unterstützung für Absolutwertgeber weiter verbessert und eine Socket-Schnittstelle für die Übertragung von Binär- und Stringdaten hinzugefügt. „Mit dem neuen Release funktioniert Automation1 nun als komplette Maschinensteuerung mit allen Komponenten und bietet damit weit mehr als nur Motion Control“, so Brett Heintz.

CNC-Benutzeroberfläche wird ersetzt

Mit dem vollständig anpassbaren MachineApps-HMI-Entwicklungstool setzt Aerotech neue Maßstäbe bei Benutzeroberflächen für Antriebssysteme. Das benutzerfreundliche Tool ermöglicht es Anwendern, maßgeschneiderte Oberflächen ohne Programmierkenntnisse zu erstellen. Es beschleunigt dadurch die Anwendungsentwicklung und ermöglicht die Erstellung spezifischer Anwendungen für verschiedene Benutzertypen oder Funktionen.

Laut Aerotech kann jede Automation1-Steuerung über Launchpad eine oder mehrere MachineApps ausführen, die auf verschiedene Benutzertypen oder Maschinenfunktionalitäten ausgerichtet sind. Benutzer können Module per Drag-and-Drop in vordefinierte Bereiche ziehen und sie nach Bedarf konfigurieren. Dazu gehören typischerweise Kameramodule, Datenvisualisierungsmodule, Jog-Pad-Module und mehr. Auch das Erscheinungsbild der Oberfläche kann angepasst werden, so dass beispielsweise das Branding des eigenen Unternehmens verwendet werden kann. „Unterm Strich reduziert MachineApps die Entwicklungszeit erheblich und stellt so eine flexible Lösung für Maschinenbauer dar, die spezielle HMIs benötigen“, betont Brett Heintz.

Ethercat-Kompatibilität für SPS-basierte Systeme

Die antriebsbasierten Steuerungen von Automation1 können als Ethercat-Slave-Geräte konfiguriert werden. „Um die Leistungsfähigkeit von Ethercat in Verbindung mit Automation1 zu verstehen, ist es wichtig, das HyperWire-Netzwerk und den systembasierten Ansatz von Aerotech zu durchdringen“, so Brett Heintz. „Mit HyperWire, unserem proprietären Hochleistungs-Lichtwellenleiter-Bewegungssteuerungsbus, können bis zu 32 Achsen mit Servomotor-Trajektorien bei jeweils 20 kHz mit weniger als 1ns Takt-Jitter erzeugt und verteilt werden. Dies ist ein Leistungsniveau, das auf dem heutigen Markt der Bewegungssteuerung unerreicht ist.“

Zudem unterstützt die Plattform 100-kHz-Trajektoren für die Laserscan-Kopfsteuerung, einschließlich fortschrittlicher Trajektor-Vorsteuerungselemente, die in den meisten Servoantrieben auf dem Markt nicht verfügbar sind. „Die Integration von Ethercat ermöglicht es unseren Anwendern, die Vorteile des HyperWire-Netzwerks von Antrieb zu Antrieb voll auszuschöpfen. Auf diese Weise können sie die Automation1-Steuerung und ein komplettes Netzwerk von Antrieben über HyperWire zu einer umfassenden Automatisierungslösung hinzufügen, die über Ethercat kommuniziert“, so Brett Heintz weiter. Anwender von Präzisionslösungen erhalten so die Performance eines Automation1-HyperWire-Netzwerks und profitieren gleichzeitig von der Interoperabilität und den umfassenden Automatisierungsfunktionen von Ethercat.

Erfahrener Integrationspartner

Aerotech bietet seinen Anwendern auch zuverlässige Unterstützung bei Tests, Diagnose und Inbetriebnahme. Die Experten verfügen über ein breites, branchenübergreifendes Wissen sowie über leistungsstarke Werkzeuge für die Prüfung, Inbetriebnahme, Fehlersuche und Diagnose von Steuerungssystemen. Das Programmiermodul, die Programmiersprache AeroScript, der Data Visualizer und die Programmautomatisierung arbeiten im Automation1 Studio zusammen. Das Programmiermodul bietet Entwicklern einen einfachen Zugriff auf Code-Snippets und intelligente Autovervollständigung, was die Entwicklungsgeschwindigkeit erhöht und Fehler reduziert. AeroScript bietet leistungsstarke Task- und Programmsteuerungsfunktionen sowie Debugging-Befehle. Der Data Visualizer ist ein leistungsfähiges digitales Oszilloskop, das dem Anwender Hunderte von Steuerungs-, Achsen- und Tasksignalen zur Verfügung stellt. Benutzerdefinierte AeroScript-Bibliotheksfunktionen helfen, die Automatisierung dieser Diagnosewerkzeuge zu vereinfachen. Kompilierte Bibliotheksdateien können zu den Programmautomatisierungsfunktionen hinzugefügt werden, so dass diese benutzerdefinierten Funktionen im Programmiermodul und in den Steuer-APIs verfügbar sind, als wären sie Standard-AeroScript-Funktionen.

Tools für den direkten Zugang

Mit dem Instrumententreiber für LabView und der Python-API können Entwickler, die mit diesen Umgebungen vertraut sind, direkt auf das Leistungsspektrum der Motion-Control-Plattform zugreifen. Mit dem Instrument Driver for LabView können sie sich mit dem Automation1-Motion-Controller verbinden, den Status abfragen, Befehle ausführen und viele weitere Controller-Funktionen nutzen. Diese Funktionalitäten können auch mit anderen Instrumententreibern kombiniert werden, um leistungsstarke Automatisierungslösungen zu erstellen. Zudem ermöglicht eine Python-API die Interaktion mit einer Automation1-Steuerung. Diese API kann auf Windows- oder Linux-Rechnern installiert werden und bietet somit die Möglichkeit, leistungsfähige Python-Anwendungen zu erstellen. Python eignet sich nicht nur für die Datenverarbeitung und -analyse, sondern auch für die Verbesserung von Benutzeroberflächen durch einfachen Zugang zu UI-Tools.

Autor:
Brett Heintz
Controls Product Management Group Leader