So klappt die flexible Kommunikation mit mechatronischen Systemen

maxon entwickelt und produziert Mehrachs-Steuerungsmodule für die präzise Positionierung und Synchronisation von Antrieben. Diese können rasch in bestehende Systeme integriert werden. Darüber und über die weiteren Vorteile haben wir mit Fabian Vogel, Managing Director bei zub, gesprochen. 

MACS-Steuerungen regeln autark das hochdynamische Positionieren und Synchronisieren von bis zu 32 Achsen. Bevorzugt kommen die Controller dort zum Einsatz, wo SPS-Lösungen entweder zu teuer sind oder schlichtweg den hohen Anforderungen nicht gerecht werden. Mit den Steuergeräten der MACS6-Generation hat maxon zwei Geräte auf den Markt, die ultrakompakt sind und neue Massstäbe setzen:

Die MiniMACS6-AMP-4 bewegt bis zu vier BLDC-Motoren, sechs DC-Motoren oder drei Schrittmotoren und verfügt über integrierte Endstufen und Encoder-Eingänge.

Die MicroMACS6 hingegen ist ein reiner Mastercontroller ohne Endstufen und kommandiert ein bis sechs externe Endstufen über CANopen. Die MicroMACS6 ist eine der kompaktesten Steuergeräte auf dem Markt. Diese Motion Controller spielen eine zentrale Rolle bei der Zusammenführung von Antriebskomponenten zu einem mechatronischen System.

Warum sollte innerhalb eines funktionierenden mechatronischen Systems ein elementares Bauteil wie eine Steuerung ausgewechselt werden?

Die Beweggründe können vielfältig sein: Nehmen wir zum Beispiel ein Unternehmen, das über Jahre hinweg eine eigenen Positioniersteuerung verwendet hat. Lieferengpässe oder gar die Abkündigung von elektronischen Bauelementen erschweren dessen Produktion und stellen das Management vor grossen Herausforderungen. Wie können diese kurzfristig agieren und eine agile Lösung für das bestehende System finden? Eine Entwicklung einer eigenen Lösung kostet erfahrungsgemäss Zeit und Geld und ist nicht immer wirtschaftlich sinnvoll. Gleichzeitig müssen bestehende Anlagen «in time» weiterlaufen. Ein weiteres Szenario ist die Erweiterung eines bestehenden Systems um eine oder mehrere Achsen. Wie kann dies mit wenig Aufwand umgesetzt werden, ohne zu sehr ins bestehende System einzugreifen und dieses zu beeinträchtigen?

Wie kann maxon hierbei unterstützen?

Mit der MiniMACS6 und der MicroMACS6 bietet maxon eine kompakte, frei programmierbare Steuerung an. Dadurch ermöglichen wir eine einfache Integration und eine schnelle Umsetzung beim Endkunden.

Ein konkretes Beispiel?

Die maxon kann auf eine breite Hard- und Softwarebasis zurückgreifen und diese auf spezifische Anforderungen adaptieren. Innerhalb weniger Tagen können wir ein Funktionsmuster erstellen, das die angeforderte Performance vollumfänglich erfüllt. Nach einem erfolgreichen Einsatz, wie zum Beispiel eines Demo-Modells, ist die maxon in der Lage, eine funktionierende Lösung anzubieten.

Ist eine solche Integration in allen Systemarchitekturen umsetzbar? Wo liegen mögliche Einschränkungen?

Durch eine sorgfältige Abstimmung der Architektur und Konfiguration der Steuerung auf die Anforderungen der Anwendung gewährleisten wir eine sichere Integration in das bestehende System. In einigen Fällen kann jedoch zusätzliche Hardware oder leistungsfähigere Steuerungen erforderlich sein. effizientes Design und gezielte Programmierung tragen dazu bei, die Flexibilität und Leistungsfähigkeit der MACS-Steuerungen maximal zu nutzen. Dank ihrer Programmierbarkeit ermöglichen MACS-Steuerungen eine umfassende Auswahl an Architekturen für verschiedene Anforderungen. Die Steuerungen können sowohl als CiA402-Slave in konventionellen Anwendungen als auch als Master in Teil- oder Gesamtsystemen eingesetzt werden. 

Die Schnittstelle zu über- oder untergeordneten Systemen kann individuell definiert werden, was die Integration in bestehende Systeme erleichtert. Dies bietet Ingenieuren und Technikern mehr Möglichkeiten bei der Entwicklung mechatronischer Systeme und ermöglicht somit eine flexible Anpassung an sich verändernde Anforderungen zu jeder Zeit.

Wie kann mein System mit einer MACS-Steuerung kommunizieren?

Die MACS6-Generation bietet verschiedene Kommunikationsprotokolle, die sich zur Integration in unterschiedliche Systeme eignen. 

Dazu zählen zwei unabhängige CAN-Treiber sowie Schnittstellen für USB, TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) und EtherCAT (Slave). 

Für die Einbindung in Windows-Systeme wird eine Kommunikations-DLL bereitgestellt, während für Linux-Systeme eine Bibliothek zur Verfügung gestellt wird. Unabhängig davon können die MACS-Steuerungen über den Ethernet-Port auch als TCP-Client oder TCP[1]Server betrieben werden. Diese ermöglichen die Kommunikation zwischen der MACS-Steuerung und dem übergeordneten System und erleichtern die Integration der Steuerungen.

Welche Vorkenntnisse werden für den Einsatz einer MiniMACS6-Streuerung benötigt? 

Welche Schnittstellen werden benötigt? Mit der MiniMACS6 bieten wir beispielsweise die Standardschnittstellen CAN und CANopen als Master und Slave an. Dank eines integrierten SoC (System on-a-Chip) unterstützen wir auch Ethernet und das EtherCAT-Interface (ProfiNet nach Absprache). Auf Wunsch können wir auch eine USB-Anbindung bereitstellen. 

Die MicroMACS6 verfügt erstmals über eine BLE (Bluetooth Low Energy) Service- und Support Aufsteckoption. Damit ist erstmals eine kabellose Schnittstelle zu alle Knoten des CANopen Bus für den Service und Support über eine spezifische Smart Device-Applikation möglich.

Könnte es sein, dass keine passende Schnittstelle zur MACS6-Steuerungsgeneration vorhanden ist?

Welche Schnittstellen werden benötigt? Mit der MiniMACS6 bieten wir beispielsweise die Standardschnittstellen CAN und CANopen als Master und Slave an. Dank eines integrierten SoC (System on-a-Chip) unterstützen wir auch Ethernet und das EtherCAT-Interface (ProfiNet nach Absprache). Auf Wunsch können wir auch eine USB-Anbindung bereitstellen. Die MicroMACS6 verfügt erstmals über eine BLE (Bluetooth Low Energy) Service- und Support-Aufsteckoption. Damit ist erstmals eine kabellose Schnittstelle zu alle Knoten des CANopen Bus für den Service und Support über eine spezifische Smart-Device-Applikation möglich.

Warum entwickelt maxon eine Steuerung mit einer so umfangreichen Auswahl an Schnittstellen?

Als Spezialist für Mehrachspositionierung und -synchronisierung bieten wir nicht nur Standardlösungen, sondern vielfach auch kundenspezifische (OEM) Lösungen an. Das bedeutet, dass wir auf vielfältigste Weise mit den Systemen unserer Kunden interagieren und uns anpassen müssen. Ein weiterer Grund liegt darin, dass Schnittstellen in einer spezifischen Architektur gleichzeitig benötigt werden. Zum Beispiel werden Serviceschnittstellen für Debuggen oder Sicherstellung von Oszilloskop-Aufzeichnungen oder Überwachung von Bewegungsabläufen benötigt, ohne dabei die Kommunikation eines übergelagerten Systems zu unterbrechen. Diese Flexibilität ist eine unserer Stärken, auf die wir uns fokussieren.

Zurück zur Einbindung in ein mechatronisches System. Wo zieht maxon hier die Grenzen?

Bei der Applikationsentwicklung stellen sich automatisch Fragen, die die gesamte Architektur betreffen. Gibt es übergeordnete Steuerungen? Über welche Schnittstellen erfolgt die Kommunikation? Sind Anforderungen an die Echtzeitfähigkeit relevant? Welche und in welcher Form arbeiten die Achsen zusammen? Wie wirkt sich die Dynamik aus und welche Präzision wird benötigt? Hier befinden wir uns bereits mitten im Systemdenken. Hier zieht maxon eine klare Grenze: wir sind Systemexperten im Antriebsbereich.