Sie sind hier: HomeFeldebeneVernetzung

Motion Control: Bewegungssteuerung per Schrittmotoren über Sercos

Lassen sich mit vergleichsweise kostengünstigen Schrittmotoren auch komplexe Motion-Control-Aufgaben über den Automatisierungsbus Sercos erledigen? Dieser Frage ging ein industrienahes Entwicklungsprojekt an der Hochschule Fulda nach.

Motion Control mit Schrittmotoren Bildquelle: © Hochschule Fulda / Robert Gross

Schrittmotoren kleiner Leistung eignen sich besonders dort, wo preisgünstigere Lösungen realisiert werden sollen, als sie mit Servomotoren möglich wären. Gegenüber letzteren haben Schrittmotoren jedoch auch verschiedene Nachteile wie beispielsweise unerwünschte Rastmomente oder ein bei höheren Drehzahlen stark abfallendes Drehmoment. Mittels Inkrementalgebern und einer hochauflösenden Mikroschrittsteuerung lassen sich allerdings sowohl etwaige Schrittverluste vermeiden als auch die Drehmomentwelligkeit stark reduzieren, so dass die angesprochenen Nachteile im Kontext des erforderlichen Kosten-Nutzen-Verhältnisses akzeptierbar sind.

Sofern nun aber mit Schrittmotoren komplexe Motion-Control-Aufgaben wie beispielsweise synchrone oder koordinierte Achsbewegungen unter Nutzung des dafür prädestinierten Automatisierungsbusses Sercos durchgeführt werden sollen, ist es hilfreich, wenn die Programmiermethoden und Antriebsfunktionalitäten von modernen Servoantrieben vorhanden sind. Vor diesem Hintergrund wurde an der Hochschule Fulda ein Projekt initiiert mit dem Ziel, die Möglichkeit der Kommandierung der Motoren an Schrittmotorantrieben mit Matlab unter Nutzung des Motion-Kernels im Motion-Controller zu untersuchen. Ein weiteres Teilziel der Untersuchung war die Entwicklung einer Testumgebung, die aus Gründen der Entwicklungseffizienz automatisierte und reproduzierbare Testszenarien ermöglicht.

1_Versuchsaufbau an der Hochschule Fulda Bildquelle: © Elmar Engels

Bild 1: Der Versuchsaufbau an der Hochschule Fulda.

Grundsätzlich bietet der Markt für solche Anwendungen nur eine sehr geringe Auswahl an Antriebsreglern. Für die Projektdurchführung entschieden sich die Verantwortlichen letztlich für die Kombination eines Sercos-Schrittmotorantriebs der Firma Cannon Automata (SMC3) mit einem Motion-Controller vom Typ IndraMotion MLC von Bosch Rexroth unter Verwendung der Rapid-Control-Prototyping-Software von Mathworks (Bild 1). Beim IndraMotion MLC handelt es sich um einen Motion-Controller mit Sercos-Master-Funktionalität, der die Berechnung der Antriebsbewegungen in der Steuerung übernehmen kann. Beispiele für komplexe Bewegungsprozesse sind die elektronische Getriebesynchronisation oder Kurvenscheibenbewegungen. Der Schrittmotorregler SMC3 ist ein relativ junges Produkt, das die Sercos-Parameter des ‚sercos function specific profile drive‘ (FSP-Drive) unterstützt.