Bild 1: AC-Regelventile – mit integrierter Achsregelung und Multi-Ethernet-Schnittstelle

Achsregler unabhängig vom Steuerungshersteller einbinden

Hydraulische Antriebe so einfach und komfortabel automatisieren wie elektrische Antriebe und alle Technologien gemeinsam überwachen und fernwarten – diesen wirtschaftlich immer bedeutsameren Anspruch lösen Ventile mit integriertem Achsregler (IAC) ein. Was leisten sie und wie gelingt eine herstellerunabhängige Integration in die Steuerungsebene?

Bild 1: AC-Regelventile – mit integrierter Achsregelung und Multi-Ethernet-Schnittstelle

Bild 1: AC-Regelventile – mit integrierter Achsregelung und Multi-Ethernet-Schnittstelle(4WRPDH, 4WRLD, 4WRPNH, 4WREF, 4WREQ, STW165)

Bussysteme nehmen eine Schlüsselrolle in der Automatisierung ein. Sie stellen einen flexiblen, zeit- und kostensparenden Weg dar, um hydraulische Antriebe in übergeordnete Steuerungsnetzwerke zu integrieren. Um hohe Freiheitsgrade beim Engineering zu erreichen, sollte dies aber möglichst unabhängig vom Hersteller der Steuerung möglich sein.

 

Ethernet – offener Kommunikationsstandard

Die Basis für diese herstellerunabhängige Kommunikation bildet der Netzwerkstandard Ethernet. Dank des großen Adressbereichs und der Möglichkeit zur Switch-Kaskadierung lassen sich Netzwerke beliebig skalieren und einer nahezu unbegrenzten Teilnehmerzahl einen gleichberechtigten Buszugriff zu gestatten. Die in der Industrieautomatisierung gängigsten Ethernet-basierten Bussysteme für die hydraulische Achsregelung bilden SERCOS, Profinet RT, Ethernet/IP, EtherCAT, Powerlink und Varan. All diese Bussysteme lassen sich mithilfe von Multi-Ethernet-Schnittstellen flexibel verfügbar machen – sowohl für das Engineering als auch für den Endanwender.

 

Was leisten IAC-Ventile mit Multi-Ethernet-Schnittstelle?

In Regelventilen mit integriertem digitalem Achscontroller (IAC) stellen Multi-Ethernet-Schnittstellen eine Schlüsselkomponente dar. Denn über den integrierten Switch (Bus in und Bus out) lassen sich hydraulische Antriebe einfach und ganzheitlich in ein einheitliches Steuerungskonzept einbinden. Mittels standardisierter M12-Technologie können zudem verschiedene Sensoren effizient eingebunden werden. Besonders interessant für den Anwender sind die software-basierten Regelungsfunktionen, dank derer die Motion Control einen hydraulischen Antrieb wie einen elektrischen behandeln kann, und sich letztlich beide Antriebsarten in Bedienung und Handhabung gleich darstellen lassen.

Bild 3: Anschlüsse eines IAC-Regelventils mit Multi-Ethernet-Schnittstelle

Bild 3: Anschlüsse eines IAC-Regelventils mit Multi-Ethernet-Schnittstelle

 

Hydraulikspezifische Achsreglerfunktionen

Genau betrachtet besteht ein IAC (Integrated Axis Controller) aus einem im Ventil integrierten digitalen Regler mit Steuer- und Regelungsalgorithmen sowie allen benötigten Sensorschnittstellen, um Position, Druck, Kraft und Volumenstrom zu regeln. Zum erweiterten Funktionsspektrum zählen die ablösende Regelung (Position, Kraft) und Zustandsrückführungen für die Lageregelung. So lassen sich hydraulische Bewegungsabläufe schnell und ohne Programmierung realisieren. Von Vorteil ist weiterhin, dass sich die im Ventil integrierten Regelalgorithmen und -parameter von der übergeordneten Steuerung anwendungsspezifisch auswählen lassen. Gegebenenfalls ergänzt durch elektrische Antriebe lassen sich so letztendlich maßgeschneiderte Maschinenkonzepte und individuelle Applikationsanforderungen kosteneffizient umsetzen.

 

Inbetriebnahme, Monitoring und Engineering

Zugunsten einer schnelleren Inbetriebnahme senkt die standardisierte M12-Technologie den Verkabelungsaufwand. Weitere Zeit- und Kostenersparnisse bringt ein in die Software integrierter Wizard, der den Anwender in wenigen Schritten zur fertigen Inbetriebnahme führt und zusätzlich alle notwendigen Regelparameter berechnet. Wichtig für die Verfügbarkeit der Anlage sind Monitoring-Funktionen, die unter anderem Schleppfehler feststellen und Verfahrgrenzen überwachen.

Ergänzend dazu stellen einige Hersteller auch begleitende Software-Tools breit, die den Anwender bei Inbetriebnahme, Parametrierung und Diagnosefunktionen wie Mehrkanal-Oszilloskope oder Datenlogger des Motion Control Systems unterstützen, um mit einer möglichst geringen Zahl von Schnittstellen schneller und einfacher projektieren zu können.

 

Integrierte Maschinensicherheit (sicherer Halt)

Für das Engineering stellen IAC-Ventile letztlich eine modulare Systembauweise zur Verfügung, um Anlagenkonzepte flexibel zu erweitern. Dazu gehören nicht zuletzt auch intern angelegte DGUV-geprüfte Sicherheitsfunktionen. So lässt sich etwa mittels Abschaltung eines Kanals nach EN 13849-1 die Grundlage für einen sicheren Maschinenhalt legen und auch bei ausgedehnten Anlagen die Vorgaben der Maschinenrichtlinie wirtschaftlich und zukunftssicher erfüllen.

Bild 5: Mit integrierten Sicherheitsfunktionen lassen sich die Vorgaben der Maschinenrichtlinie wirtschaftlich und zukunftssicher umsetzen.

Bild 5: Mit integrierten Sicherheitsfunktionen lassen sich die Vorgaben der Maschinenrichtlinie wirtschaftlich und zukunftssicher umsetzen.

 

Praxisbeispiel 1: hoch präzise Regelungsaufgaben

Welche Rolle IAC-Ventile für die Genauigkeit der Werkzeugmaschine spielen, wird am Beispiel einer neuen Rundtaktmaschine mit 54 elektrischen und hydraulischen CNC-Achsen deutlich. Für die Neuentwicklung setzte der Hersteller neben einer leistungsfähigen CNC-Systemlösung und einer Echtzeitkommunikation via SERCOS eine Reglerbaugruppe im Controller-Format ein, deren Software bereits alle Besonderheiten der Fluidtechnologie berücksichtigt und somit die Antriebs- und Steuerungsebene zu entkoppeln vermag. Die Maschine kann somit kompakter ausfallen und der Wärmeeintrag verringert sich. Dank der stabilen Temperatur erreichen die schwingungsgedämpften Pinolen für die kreisförmig angeordneten Bearbeitungsachsen eine Wiederholgenauigkeit der hydraulischen Servoachsen von weniger als +/-1 μm, was 5 μm am Werkstück entspricht. Die Verfahrgeschwindigkeit beträgt bis zu 30m/min.

Praxisbeispiel 2: Retrofit einer Kernschießmaschine

Neben Neukonstruktionen eröffnen IAC-Ventile mit Multi-Ethernet-Schnittstelle auch großes Potential zur Modernisierung von Altmaschinen. So brachte etwa ein durchdachtes Retrofit einer 50 Jahre alten Kernschießmaschine in Kombination mit neuen Hydraulikkomponenten eine deutliche Effektivitätssteigerung. Insgesamt acht IAC-Ventile regeln die Hydraulikzylinder anhand der Positionssollwerte einer CNC-Steuerung. Dank deren Möglichkeiten und hohen Wiederholgenauigkeit sanken die Kennzahlen für Rüstzeit (Wechselsystem) und Ausschuss (Kernbruch). Unterm Strich stieg die Verfügbarkeit der Maschine trotz Dreischichtbetrieb um mehr als 10 Prozent, was 500 Std. entspricht. Mit einer sicheren Logiksteuerung wurde zudem die Sicherheit auf den aktuellen Stand gebracht.

Fazit

IAC-Ventile mit Multi-Ethernet-Schnittstelle und integriertem Achsregler versetzen Maschinenhersteller in die Lage, gleichsam das Produktivitätspotenzial
hydraulischer und hybrider Antriebe zu erschließen. In Kombination mit Engineering-Tools inklusive Branchen- und anwendungsspezifischen Reglerstrukturen
lassen sich so maßgeschneiderte Maschinenkonzepte und Modernisierungen kosteneffizient realisieren, um schlussendlich die Produktionsergebnisse schneller und einfacher zu optimieren.

Mehr Informationen: www.boschrexroth.de/iac

Video: https://www.youtube.com/watch?v=gvdERPBxsG0

Über den Autor:

Theobald Herrmann ist bei der Bosch Rexroth AG im Bereich Produktmanagement für die Industriehydraulik tätig. Hier übernahm er die Aufgabe „Feldbusventile mit integrierte Achsregelfunktion und proportional Druck und Stromventile“ Er arbeitete 15 Jahre als Konstruktion und Inbetriebnahmeingenieur im Bereich Anwendungstechnik und nahm weltweit hydraulische und elektrische Anlagen mit SPS Steuerungen in Betrieb. 2005 wechselte er ins Produktmanagement.

Ein Kommentar bei “Achsregler unabhängig vom Steuerungshersteller einbinden

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.