Durchgängig und hochperformant: die Beckhoff Lösung für Steuerungs- und Antriebstechnikaufgaben in der Blechbearbeitung und Umformtechnik

PC-based Control erhöht die Produktivität in der Blechbearbeitung

Eine zunehmende Produktvielfalt, stark schwankende Losgrößen und ein ausgeprägtes Kostenbewusstsein erfordern von den Blechbearbeitern im weltweiten Wettbewerb ein Höchstmaß an Flexibilität. Genau hier bietet die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil: skalierbare und flexible Lösungen mit hoher Performance und hoher Präzision. Mit dem Beckhoff Automatisierungsbaukasten lassen sich Steuerungslösungen für die unterschiedlichsten Anwendungen und Anforderungen in der Blechbearbeitung – vom Pressen über das Schneiden und Schweißen, das Stanzen und Nibbeln bis zum Biegen – konfigurieren: Hochleistungs-PCs mit Industrie-Motherboards, Multitouch-Panels, schnelle I/O-Baugruppen, EtherCAT als offener und ultraschneller Feldbus, flexibel einsetzbare, dynamische Servoantriebstechnik und die Engineering- und Steuerungssoftware TwinCAT bilden die Grundlage für Ablaufsteuerung, Visualisierung, Motion Control, Robotik, Sicherheits- und Messtechnik sowie Condition Monitoring. Die klassischen Automatisierungsfunktionen werden von der Hardware abstrahiert und konsequent in Softwaremodule transformiert, die auf dem Industrie-PC zur Ausführung kommen. Die unmittelbaren Folgen sind ein deutlich reduzierter Kommunikationsaufwand, kürzere Reaktionszeiten und reduzierte Kosten, sowohl bei der Hardware als auch beim Engineering. Die geringere Steuerungskomplexität führt allein durch die Reduktion der eingesetzten Komponenten zu höherer Zuverlässigkeit und einfacherer Wartbarkeit von Maschinen und Anlagen.

Darüber hinaus bietet die auf Standards basierende, offene Steuerungsarchitektur mit ihren vielfältigen Schnittstellen in Hard- und Software ein hohes Maß an Flexibilität. So kann der Maschinenhersteller eine Vielzahl unterschiedlicher Geräte – auch von Drittherstellern – integrieren und Kundenwünsche einfach und kosteneffizient umsetzen. Gleichzeitig profitiert der Kunde vom effizienten Zusammenwirken aller Systemkomponenten und der maximalen Produktivität der Maschine. Die Unterstützung gängiger Feldbussysteme und Softwareprotokolle garantiert eine durchgängige horizontale und vertikale Kommunikation: von der Vernetzung der einzelnen Maschinen untereinander bis zur IT-Ebene und in die Cloud. Über das Datenanalyse-Softwaretool TwinCAT Analytics lässt sich außerdem die Produktivität der Anlage erhöhen: Umfassendes Condition Monitoring erlaubt eine vorausschauende Wartung und reduziert die Ausfallzeiten von Maschinen und Anlagen.

EtherCAT, der schnelle Feldbus: Weltstandard für die Blechbearbeitung

Die EtherCAT-Technologie wurde durch Beckhoff im Jahre 2003 auf den Markt gebracht und als offener Standard der Automatisierungstechnik zur Verfügung gestellt. Mit herausragender Leistung, flexibler Topologiewahl, umfangreicher Diagnose und einfacher Konfiguration eignet sich EtherCAT optimal für den Einsatz in Blechbearbeitungsmaschinen und gehört zu den am meisten genutzten Standards. Beckhoff liefert die größte Anzahl EtherCAT-kompatibler Automatisierungsmodule sowohl für I/Os als auch für die Antriebstechnik. Darüber hinaus steht aber auch eine Vielzahl an EtherCAT-kompatiblen Sensoren und Aktuatoren von Drittherstellern im Markt zur Verfügung, wodurch eine hohe Investitionssicherheit gewährleistet ist. Zukünftige TSN-Implementationen werden auf Basis des EtherCAT-Automation-Protokolls realisiert.

Die schnelle und hochpräzise Beckhoff Steuerungslösung eXtreme Fast Control (XFC) basiert auf dem Kommunikationsnetzwerk EtherCAT und speziellen, für XFC optimierten I/O-Baugruppen, die mit hoher Genauigkeit Signale aufnehmen bzw. Aktionen auslösen. Mit I/O-Response-Zeiten unter 100 μs wird der Zustand der Bearbeitungsmaschine bis zu 10.000 Mal pro Sekunde abgetastet, sodass maximal dynamische Prozesse hochpräzise und wiederholgenau gesteuert werden können. So wird die Produktivität von Blechbearbeitungsmaschinen erhöht, während Ausschuss und Ressourcenverbrauch reduziert werden.

Für den Einsatz in Hochleistungsmaschinen und hochkomplexen Anwendungen hat Beckhoff EtherCAT G auf den Markt gebracht. Als Fortführung des EtherCAT-Erfolgsprinzips stehen mit EtherCAT G Geschwindigkeiten von 1 GBit/s bzw. 10 GBit/s zur Verfügung. Die derzeit von EtherCAT benutzte Übertragungsrate von 100 MBit/s kann so um den Faktor 10 bzw. 100 erhöht werden. Beide Leistungsstufen verstehen sich als systemkonforme Ergänzungen der EtherCAT-Technologie; das bekannte „on the fly“-Funktionsprinzip bleibt erhalten. Das Branch-Konzept von EtherCAT G ermöglicht die Integration von 100-MBit/s-EtherCAT-Segmenten und verringert durch eine parallele Verarbeitung der Segmente die Durchlaufzeiten in großen Netzwerken.

Maximale Produktionseffizienz: XFC erhöht die Teilequalität

Das Stanzen ist ein hochdynamischer Prozess. Hubzahlen von mehr als 2.000 Hüben pro Minute sind keine Seltenheit. Bei diesen hohen Geschwindigkeiten bedarf es einer leistungsstarken Steuerungsplattform und einer extrem schnellen Kommunikation, um Anpassungen an der Mechanik im µm-Bereich vorzunehmen. Gerade bei Schnellläuferpressen können so die durch die hohen Fliehkräfte entstehenden dynamischen Effekte ausgeglichen werden.

TwinCAT, die Automatisierungssoftware, und EtherCAT, das Hochgeschwindigkeits-Kommunikationssystem, sind hierfür die Grundbausteine. Zykluszeiten im unteren Millisekunden- oder gar Submillisekunden-Bereich erlauben „a priori“ schnelle Reaktions- und Antwortzeiten. Nichtsdestotrotz lassen sich diese Zeiten nicht vollständig eliminieren. Dabei hilft XFC mit seinen Distributed Clocks (DC): Durch diese Technologie bekommt die Maschine eine nanosekundengenaue Systemzeit. Alle Signale aus dem Feld und Berechnungen innerhalb der Steuerung beziehen sich auf diese Zeit. Somit können mehrere Sensoren zeitgleich ausgewertet werden, da eine einheitliche Zeitbasis besteht.

Auch eine weitere Eigenschaft von XFC, das Oversampling, dient zur Prozessverbesserung. Immer wenn es darum geht, Signale aus der Maschine trotz bereits sehr kurz gewählter SPS-Zykluszeiten noch hochauflösender zu erfassen bzw. auszugeben, kommt diese Technologie zum Einsatz. Der Trick: In einem EtherCAT-Zyklus werden auf einen Schlag bis zu 100 zeitlich äquidistante Werte eines Signals übertragen; die zeitliche Auflösung des Signals erhöht sich adäquat ebenfalls um diesen Faktor. Die damit verbundenen, deutlich reduzierten Diskretisierungsverluste erhöhen die Positioniergenauigkeit von Antrieben oder die Genauigkeit bei der Erfassung von Werkstücken.

One Cable Technology minimiert Kabel- und Montagekosten und spart Platz im Schaltschrank

Für Linienanlagen und modulare Maschinenkonzepte bietet Beckhoff mit EtherCAT P eine überlegene Einkabellösung für die Feldebene. EtherCAT P integriert in einem Kabel die EtherCAT-Kommunikation, sowie die System- und Peripheriespannung. Darüber hinaus ermöglicht EtherCAT P eine Stromversorgungsweiterleitung direkt über die Teilnehmer. Alle Vorteile von EtherCAT, wie freie Topologiewahl, hohe Geschwindigkeit, optimale Bandbreitennutzung, Verarbeitung der Telegramme im Durchlauf, hochgenaue Synchronisation, umfangreiche Diagnose, etc., bleiben erhalten. Damit ist EtherCAT P in der Blechbearbeitung das optimale Bussystem für die Sensorik, Aktorik und die Messtechnik. Mit der One Cable Automation werden dezentrale Klemmenkästen und auch einzelne Maschinenmodule nur über ein Kabel mit Steuerungsdaten und Leistungen versorgt. Auf die bislang gewohnten, großen Schaltschränke kann damit teilweise oder ganz verzichtet werden, sodass sich der Footprint der Anlage deutlich reduziert. Durch EtherCAT P sind modulare Maschinen- und Anlagenkonzepte mit spürbar reduziertem Montage- und Inbetriebnahmeaufwand und sehr hoher Flexibilität umsetzbar. Materialkosten, Montage- und Zeitaufwand werden eingespart; die Fehlerhäufigkeit bei der Installation wird reduziert. Durch Wegfall der Versorgungseinspeisung lassen sich aber auch Sensoren und Aktoren kleiner dimensionieren; der benötigte Bauraum in Schleppketten, Schaltschränken und in der Maschine selbst wird reduziert. Mit EtherCAT P lässt sich somit eine überdurchschnittliche Performance zu geringen Anschaltkosten umsetzen.

TwinSAFE: die offene und skalierbare Sicherheitstechnologie

Mit TwinSAFE hat Beckhoff ein durchgängiges Sicherheitskonzept umgesetzt, das sichere Funktionalitäten in die Standard-Steuerungsplattform integriert: von der SPS, über die I/Os bis zur Antriebstechnik. Alle Safety-Funktionen, wie z. B. Not-Halt, Schutztürüberwachung, Zweihandbedienung, Trittmattenauswertung und Muting, sichere Position, sicher begrenzte Geschwindigkeit usw., sind mit der einheitlichen Engineering-Plattform TwinCAT programmier- bzw. konfigurierbar. Über die TwinSAFE-I/O-Module wird die Sicherheitstechnik nahtlos in den Klemmenstrang integriert, wobei sich die sicheren Signale beliebig mit den Standardsignalen mischen lassen.

Die typischen Sicherheitsfunktionen sind in einer TwinSAFE-Logic-Klemme, z. B. EL6910, oder der kompakten Safety-Steuerung EK1960 auf Basis von Standard-Safety-Funktionsbausteinen entsprechend den Sicherheitsanforderungen programmier- bzw. konfigurierbar. Alle Beckhoff Sicherheitssteuerungen eignen sich für Anwendungen bis SIL 3 nach IEC 61508 bzw. Performance-Level e der ISO 13849-1. Die Sicherheitssteuerungen unterstützen komplexe, sichere analoge Auswertungen, z. B. zur sicheren Limitierung prozesstechnischer Größen, wie Drücke, Temperaturen oder Drehzahlen frequenzgeregelter Antriebe.

Mit Hilfe der TwinSAFE-SC-Technologie ist es möglich, in beliebigen Netzwerken bzw. Feldbussen Standardsignale für sicherheitstechnische Aufgaben zu qualifizieren. Hierzu stehen entsprechende EtherCAT-Klemmen zur Erfassung und zum sicheren Transport dieser Signale über EtherCAT zur Verfügung.

Ausgedehnte, vernetzte Anlagen stellen besonders im Hinblick auf die Sicherheitstechnik große Herausforderungen an alle Beteiligten. Viele vernetzte Maschinen mit ihren eigenen Sicherheitsbereichen, verteilt auf große Produktionsflächen, erschweren den Überblick und machen spätere Erweiterungen und Anpassungen zu einer Herkulesaufgabe. TwinSAFE bietet die Möglichkeit, die Sicherheitsapplikation nach Bedarf vollständig oder teilweise zu dezentralisieren. Jede Maschine, im Bedarfsfall jedes Aggregat, kann einfach mit einer eigenen Sicherheitslogik ausgestattet werden. Die TwinSAFE-Logik ist Bestandteil jeder sicheren Ein- oder Ausgangsklemme und auch vieler Antriebskomponenten. Mit ihr lassen sich problemlos autarke Sicherheitsbereiche schaffen, die untereinander kommunizieren können. Sofern prozesstechnisch notwendig, können Sektionen im laufenden Betrieb − obwohl Bestandteil der Sicherheitskette − einfach rückwirkungsfrei abgeschaltet werden. Während der Produktion und Inbetriebnahme können einzelne Aggregate und Maschinen von der jeweilige Fachabteilung sicherheitstechnisch verifiziert und validiert werden.

TwinCAT: die durchgängige Engineering- und Runtime-Plattform

Die Automatisierungssoftware TwinCAT besteht aus Laufzeitsystemen zur Echtzeitausführung von SPS, HMI, NC-, CNC- und Robotikanwendungen und ist gleichzeitig die Entwicklungsumgebung für Programmierung, Diagnose und Konfiguration. Es stehen alle wichtigen Programmiersprachen der IEC 61131-3 für Echtzeitanwendungen zur Verfügung. Die objektorientierten Erweiterungen der IEC 61131-3 ermöglichen die Modularisierung des Programmiercodes, die softwareseitige Kapselung von Maschinenfunktionen und – damit einhergehend – die bessere Strukturierung, einfache Wartung, Wiederverwend- und Erweiterbarkeit der Software. Über vorhandene Schnittstellen können C/C++- und MATLAB^®/Simulink^®-Module in den IEC-Kontext eingebunden oder autark in der TwinCAT-Echtzeitumgebung betrieben werden. Offene Interfaces sowie die Nutzung neuester technologischer Standards auf der Basis von Windows-Betriebssystemen eröffnen dem Anwender darüber hinaus vielfältige Optionen, wie z. B. die Integration in bestehende Visualisierungs-, Leit- und Datenbanksysteme. Multi- und Manycore-Technologie werden von TwinCAT in vollem Umfang unterstützt.

Umfangreiche Softwarefunktionsmodule und -bibliotheken für branchentypische Anforderungen erleichtern das Engineering und die Umsetzung der Maschinenfunktionen.

• Das TwinCAT Automation Interface unterstützt den Anwender bei der automatischen Generierung von Maschinenkonfigurationen.
• Zahlreiche TwinCAT-Bibliotheken für Motion Control sowie Supplements für verschiedene Roboterkinematiken sparen Entwicklungszeit dank geprüfter und optimierter Algorithmen.
• Mit TwinCAT Hydraulic Positioning stehen alle notwendigen Softwarefunktionen für ventil- oder pumpengesteuerte Achsen bzw. Servopumpen zur Verfügung. Durch die Verwendung genormter PLCopen-Interfaces wird der Engineeringaufwand reduziert.
• Inbetriebnahme- und Serviceprozesse werden mithilfe von TwinCAT Scope, einem vollständig in die TwinCAT-Systemarchitektur integrierten Software-Oszilloskop, beschleunigt und verbessert und tragen damit zur Erhöhung der Maschinenqualität bei.
• TwinCAT Vision ermöglicht die Bildverarbeitung direkt in der Steuerungsplattform, d. h. die Konfiguration bzw. die Programmierung erfolgt in der gewohnten Umgebung und vereinfacht so das Engineering.
• Mit Hilfe der softwarebasierten Safety-Lösung wird die Verdrahtung komplexer Anlagen vereinfacht; Varianten können in Software abgebildet werden.
• Die integrierte, browserbasierte Visualisierungslösung TwinCAT HMI ermöglicht die komfortable Entwicklung und Pflege von Visualisierungsobjekten und Benutzeroberflächen. Die Präsentation der Informationen erfolgt entweder an den der Maschine oder via Internet über Webbrowser.
• Die TwinCAT-Schnittstellen zu Machine-Learning-Algorithmen erlauben die Nutzung von KI-Methoden im traditionellen Steuerungsumfeld und tragen zur Produkt- und Prozessoptimierung bei.

TwinCAT Hydraulic umfasst alle Softwarefunktionen für ventil- oder pumpengesteuerte Achsen

Die Softwarebibliothek TwinCAT Hydraulic (TF5810) stellt alle notwendigen Funktionen für ventil- oder pumpengesteuerte Achsen bzw. Servopumpen zur Verfügung. Sie ist prinzipiell herstellerunabhängig ausgelegt, sodass der Maschinenbauer den Hydraulikhersteller frei wählen kann. Durch die Integration der Bewegungssteuerung in die SPS werden separate Hardware-Controller überflüssig und zusätzlicher Kommunikationsaufwand entfällt. Zugleich bietet die softwarebasierte Steuerungsarchitektur ein Maximum an Flexibilität zur optimalen Bewegungsführung der Maschine.

Die Hydraulic-Library verwendet genormte PLCopen-Interfaces und reduziert damit den Engineering-Aufwand. Durch angepasste Sollwertgeneratoren, automatische Kennlinien-Identifikation, segmentierte Bewegungsabläufe und frei programmierbare Umschaltung zwischen Kraft-, Druck- und Positionsregelung kann jede Hydraulikachse optimal betrieben werden. Das Konzept der Hydraulic-Library erlaubt – bei passend ausgelegter CPU-Leistung – die Bewegungsführung einer beliebigen Achsanzahl. In Verbindung mit TwinCAT NC I oder TwinCAT CNC ist es möglich, hydraulische Achsen interpolierend zu betreiben. Hydraulische Antriebssysteme benötigen unterschiedliche Schnittstellen zu Sensoren und Hydraulikkomponenten. In Verbindung mit den Beckhoff I/O-Systemen hat TwinCAT Hydraulic Positioning sämtliche wichtigen Schnittstellen integriert. Für die Inbetriebnahme steht ein intuitiv zu bedienendes Inbetriebnahme-Tool bereit.

Beckhoff Antriebstechnik für das komplette Anwendungsspektrum

Die Beckhoff Antriebstechnik stellt, in Kombination mit den Motion-Control-Lösungen der Automatisierungssoftware TwinCAT, ein vollständiges Antriebssystem dar. Modular und hoch skalierbar bietet es für jeden Anwendungsbereich und jede Leistungsanforderung die richtige Lösung: von der ultrakompakten Servoklemme für die „kleine Antriebstechnik“ bis zu den EtherCAT-Servoverstärkern und AX5000 für die mittlere bis obere Leistungsklasse. Die integrierte Regelungstechnik der AX-Baureihen unterstützt schnelle und hochdynamische Positionieraufgaben. Das umfangreiche Programm an linearen und rotatorischen Servomotoren ist optimal auf die Servoverstärker zugeschnitten und eignet sich für mehrachsige Positionieraufgaben mit hoher Dynamik und Genauigkeit. Die Motorserie AM8000 zeichnet sich durch die One Cable Technology aus: Sie kombiniert Power und Feedbacksignale in einem Standardmotorkabel, sodass sich Material- und Inbetriebnahmekosten reduzieren und Werkzeugmaschinen kompakter und leichter gebaut werden können. Durch eine optionale Multi-Feedbackkarte können weitere Gebersignale (EnDAT 2.2) angeschlossen werden. Für Anwendungen, bei denen nur geringe Kräfte im Spiel sind, stellen die EtherCAT-Servoklemmen eine preiswerte und kompakte Alternative dar. Es stehen Lösungen bis 8 A im I/O-System sowie die Anschlussmöglichkeit von Schritt-, Servo-, DC- oder AC-Motoren in IP20 oder IP67 zur Verfügung.

Extrem platzsparend, flexibel erweiterbar und robust

Mit der Industrie-PC Baureihe C60xx begegnet Beckhoff den Anforderungen der Blechbearbeitungsindustrie hinsichtlich Robustheit, Skalierbarkeit der Leistung und geringem Platzbedarf. Das − wie immer bei Beckhoff − im eigenen Hause entwickelte Gerät, inklusive Motherboard, Netzteil und komplettem Gehäusekonzept, verfügt über eine Robustheit „by Design“. Das führt u.a. dazu, dass die Geräte trotz hoher Leistung bei Umgebungstemperaturen von bis zu 55°C betrieben werden können. Temperaturen, die in einem klimatisierten Schaltschrank typischerweise nicht vorkommen, außerhalb dieser klimatisierten Zonen, nahe an wärmeproduzierenden Aggregaten und in Ländern mit extremen Witterungsbedingungen aber schnell zu einer echten Herausforderung werden.

Widerstandsfähigkeit im industriellen Umfeld ist dennoch nicht das einzige Credo. Die Industrie-PC-Diagnose bietet dem Maschinenbauer und Betreiber jederzeit umfangreiche Informationen über den Betriebszustand des Gerätes: Informationen, die über einen einfachen Webbrowser zugänglich sind und in der SPS direkt ausgewertet und je nach Anforderung in der Anlagenvisualisierung angezeigt werden können. Zu diesen Daten gehört auch der Zustand der verwendeten Speichermedien (SSD) die, sofern z. B. zwei Speicher verwendet werden, im RAID-Betrieb arbeiten können. Und sollte doch einmal nach langer Betriebszeit der Wechsel eines Speichermediums erforderlich werden: Trotz der Kompaktheit des Gerätes ist eine einfache und schnelle Wartbarkeit sichergestellt.

TwinCAT IoT unterstützt die Kommunikation mit Cloud-Systemen

Für die Kommunikation zwischen der Maschinensteuerung und cloudbasierten Diensten hat Beckhoff die Softwarebibliothek TwinCAT IoT entwickelt. Sie unterstützt die standardisierten Protokolle OPC UA, AMQP und MQTT zur Kommunikation mit den gängigen Cloud-Systemen, wie Microsoft Azure™ und Amazon Web Services, sowie Private-Cloud-Systeme im unternehmenseigenen Netzwerk. Eingebaute Sicherheitsmechanismen verhindern den Missbrauch von Daten durch unbefugten Zugriff und schützen das geistige Eigentum des Unternehmens.

Über TwinCAT Analytics werden die Prozessdaten synchron zum Maschinenzyklus aufgezeichnet und ausgewertet. Aus den gespeicherten Daten lassen sich mit den entsprechenden Analysewerkzeugen alle notwendigen Informationen für Predective Maintenance oder zur energetischen und prozesstechnischen Optimierung der Maschine ableiten. Post-Mortem-Analysen, Diagnose sporadischer Fehler, frühzeitige Detektierung von Qualitätseinbußen und Erkennung von Produktionsengpässen erhöhen die Anlagenzuverlässigkeit und -verfügbarkeit. Die Datenanalyse liefert dem Hersteller ggf. auch umfangreiche Kenntnisse über das Betriebsverhalten seiner Maschine, die er – mit dem Ziel der Kostensenkung und einer idealen Maschinenauslegung – bei zukünftigen Konstruktions- und Fertigungsprozessen nutzen kann.

Mit TwinCAT Cloud Engineering wird eine Instanziierung und Verwendung der existierenden TwinCAT-Engineering- und -Runtime-Produkte direkt in der Cloud ermöglicht. Der Zugriff erfolgt einfach über die Beckhoff Webseite. Registrierte Anwender verfügen hier unter anderem über die Möglichkeit, TwinCAT-Cloud-Engineering-Instanzen zu erzeugen. Die Ankopplung realer Steuerungshardware an die TwinCAT-Cloud-Engineering-Instanz erfolgt über einen sicheren Transportkanal. Der Anwender bekommt so Zugriff auf alle Vorzüge der TwinCAT-Architektur direkt in der Cloud, wodurch z. B. die Zusammenarbeit mehrerer Entwickler vereinfacht wird.

Control Panels und Panel-PCs als Alleinstellungsmerkmal Ihrer Maschine

Die ergonomische Bedienung und das unverwechselbare Erscheinungsbild einer Maschine spielen für den Maschinenbauer eine nicht unwesentliche Rolle, um am Markt erfolgreich zu sein. Neben Design und Farbgebung kommt hierbei dem Control Panel als Frontend einer Maschine ein hoher Stellenwert zu. Immer mehr Maschinenbaukunden wünschen sich daher eine branchen- oder kundenspezifische Bedienerschnittstelle als Alleinstellungsmerkmal. Aufbauend auf einem umfangreichen Portfolio an Standard-Control-Panels und -Panel-PCs bietet Beckhoff hier ein breites Lösungsspektrum hinsichtlich der technischen Ausgestaltung und des Designs.

Ein in Farbgestaltung und Abmessungen zum Erscheinungsbild der Maschine passendes Panel-Design unterstreicht deren innovativen Charakter. Hierbei sind der Ausgestaltung der Kundenwünsche keine Grenzen gesetzt: vom werksseitig eingefügten kundenspezifischen Firmenlogo über die zum Maschinendesign passende Farbgebung bis zum komplett individuell gestalteten Panel auf Basis einer individuellen Gerätekonstruktion.

Um den Bedürfnissen der Branche nach ergonomischer Bedienung entgegen zu kommen, bietet Beckhoff Control Panels und Panel-PCs an, die für die verschiedenen Verfahren optimal geeignet sind. Die bedarfsgerechte Ausgestaltung der Standardpanels durch die Integration von Handbedientastern und Schaltern gestaltet die Maschinenbedienung komfortabler. Aufbauend auf der profunden Kenntnis der einzelnen Prozessschritte in der Blechbearbeitung, entsteht − ohne großen Entwicklungs- und Kostenaufwand − aus einem Standard- ein branchenspezifisches Panel.

Hochskalierbar, hocheffizient: die Beckhoff CNC-Lösung

TwinCAT NC Interpolation (NC I) ist das NC-System für interpolierende Bahnbewegungen und Robotik, das herkömmliche Achsbaugruppen substituiert. Durch die direkte Anbindung an die TwinCAT PLC und die TwinCAT-Motion-Funktionen können NC-Aufgaben in unterschiedlichen Bearbeitungsmaschinen gelöst werden. Leistungsfähige Softwarelibraries für verschiedene Roboterkinematiken ergänzen die TwinCAT NC I für diverse Motion-Aufgaben. TwinCAT NC I nutzt die PC-Leistung und ermöglicht die Achsregelung unter Windows.

Parallel dazu bietet TwinCAT CNC umfangreiche CNC-Funktionalität als reine Softwarelösung auf PC-Basis. Der gesamte Bereich klassischer CNC-Bahnsteuerungen bis hin zum Highend-System für komplexe Bewegungs- und Kinematikanforderungen wird mit TwinCAT CNC abgedeckt. Es können bis zu 128 interpolierende Achsen mit bis zu 20 Kanälen sowie umfangreiche Koordinaten- und Kinematiktransformationen kontrolliert werden. Durch Multicore- und 64-Bit-Betriebssystem-Unterstützung erschließt TwinCAT 3 Leistungsreserven, die beispielsweise zur hochpräzisen Steuerung von Highspeed-Laserschneidmaschinen genutzt werden können. Die .Net-basierte CNC-Bedienoberfläche umfasst standardmäßig die Grundfunktionalitäten, wie Online-Sprachumschaltung, Einrichtfunktionen, globales Meldesystem und Benutzerverwaltung. Über die applikationsspezifische Parametrierung und Erweiterbarkeit lassen sich kundenseitige Anforderungen flexibel und schnell umsetzen. Die skalierbare Beckhoff CNC-Lösung ist in allen Leistungsklassen verfügbar: vom kompakten Embedded-PC mit integrierter I/O-Schnittstelle bis zum Industrie-PC mit Multicore-Prozessor. Der Anwender kann zwischen optionalen Funktionen und skalierbaren Hardwareplattformen wählen und erhält so eine leistungsgerechte, effiziente und wirtschaftliche CNC-Steuerung.

Modulares Designkonzept für größtmögliche Flexibilität und Platzersparnis

Mit dem dezentralen Servoantriebssystem AMP8000 eröffnen sich neue Wege für modulare Maschinenkonzepte. Der AMP8000 integriert den Servoantrieb in sehr kompakter Bauform in den Servomotor. Durch die Verlagerung der Leistungselektronik direkt an die Maschine reduziert sich der Platzbedarf im Schaltschrank auf ein einziges Koppelmodul, das mit nur einem Kabel über ein Verteilermodul mehrere Servoantriebe versorgt. Dies führt zu einer signifikanten Einsparung von Material, Platzbedarf, Kosten und Montageaufwand. Ein in hoher Schutzart ausgeführtes Versorgungsmodul verlagert sogar das gesamte System in die Maschine. Mit nur wenigen Komponenten ist das AMP8000-System sehr einfach zu konfigurieren; es wird nur ein einziger Kabeltyp benötigt, um Versorgungs-, Verteilermodule und Antriebe miteinander zu verbinden. Weitere Komponenten, wie Motordrosseln, Sicherungen oder Filter, sind für den Betrieb des Systems nicht erforderlich. Alle Verbindungs- und Versorgungsmodule haben zusätzlich einen EtherCAT P-Anschluss für das Beckhoff I/O-Portfolio. Dies vereinfacht die Verbindung zu weiteren Eingängen, Encodern oder Latch-Units signifikant.

Steuerungsintegrierte Bildverarbeitung sichert die Teilequalität bei der Blechbearbeitung

In der Blechbearbeitung gibt es ein breites Anwendungsspektrum für eine steuerungsintegrierte Bildverarbeitung: Bei der Teilezufuhr kann die Lage und Form der Rohmaterialien erkannt und der Zuführroboter darauf vorbereitet werden, wie ein Teil zu greifen ist. Des Weiteren kann durch die Lage und Form des Rohmaterials aber auch bestimmt werden, wie zum Beispiel ein Schachtelplan bei einer Schneidmaschine angepasst werden kann, um den Verschnitt zu minimieren. Auch die optische Qualitätsüberwachung ist in der Blechbearbeitung seit Langem bekannt. Aufgrund der Integrationsaufwendungen und des Fehlens vollständiger Lösungen hat sie sich bisher jedoch noch nicht als Standard durchgesetzt. Der Ansatz der PC-basierten Steuerungstechnik von Beckhoff bietet hier die ideale Lösung: Mit TwinCAT Vision werden die Bildverarbeitungsfunktionalitäten komplett in die bekannte Engineering-Umgebung des Maschinenprogrammierers integriert. Dadurch vereinfacht sich die Programmierung und der Testlauf deutlich vereinfachen. Alle aus der Bildverarbeitung abgeleiteten Steuerungsfunktionen, wie z. B. die exakte Positionsbestimmung des Werkstücks oder das Auslösen der Kamera und der Lichtquelle, werden in Echtzeit synchronisiert. Damit hat die integrierte Bildverarbeitungslösung gegenüber separaten Systemen einen entscheidenden Vorteil.

Servoelektrische Antriebstechnik für dynamisches und präzises Verfahren von Hybridachsen

In den verschiedensten Biegemaschinen kommen hydraulische, elektrische oder hybride Antriebstechniken zum Einsatz. Mit den TwinCAT-Technologiemodulen für Motion Control erhält der Maschinenbauer Zugriff auf das langjährige Beckhoff Know-how auf allen Gebieten der Motion Control und kann die unterschiedlichen Antriebsarten in einer Engineering-Umgebung entwickeln.

Mit TwinCAT NC lassen sich elektrische Antriebskonzepte für Biegemaschinen realisieren. Sie eignet sich hervorragend für ablösende Regelkonzepte, wie Positions- und Druckregelung. Sollwertgeneratoren mit Ruckbegrenzung reduzieren die mechanische Anregung und erhöhen die Lebensdauer und Genauigkeit der Maschine.

Biegemaschinen nutzen häufig noch hydraulische Antriebskonzepte. Die Softwarebibliothek TwinCAT Hydraulic Positioning stellt alle dazu notwendigen Funktionen zur Verfügung. Es werden unterschiedliche Hydraulikkonzepte, wie ventil- oder pumpengesteuerte Achsen bzw. Servopumpen, unterstützt. Durch angepasste Sollwertgeneratoren, automatische Kennlinien-Identifikation, segmentierte Bewegungsabläufe und frei programmierbare Umschaltung zwischen Kraft-, Druck- und Positionsregelung kann jegliche Hydraulikachse optimal betrieben werden.

Eine Kombination aus elektrischer und hydraulischer Antriebstechnik, wie sie in Hybrid-Maschinen zum Einsatz kommt, wird mit TwinCAT in einer identischen Motion-Control-Umgebung entwickelt. Hiermit wird die Entwicklung einer Anlage deutlich vereinfacht.

Effizientes Energiemanagement

Der Energieverbrauch beim Stanzen oder auch Nibbeln variiert je nach Verfahren, ist aber grundsätzlich sehr hoch und stellt einen erheblichen Kostenfaktor dar. Energieeffizienz ist deshalb ein wesentlicher Baustein für eine nachhaltige Produktion. Beckhoff liefert leistungs- und kostenoptimierte Soft- und Hardwarekomponenten zur laufenden Überwachung des Energieverbrauchs zur detaillierten Verbrauchsanalyse von Neuentwicklungen:

• Die Softwarebibliothek TwinCAT 3 Power Monitoring TF3650 ist eine SPS-Bibliothek zur Auswertung von Strom- und Spannungsrohdaten, die durch die EtherCAT-Klemmen bereitgestellt werden. Zur Berechnung von RMS-Werten für Strom, Spannung und Leistung stehen entsprechende Funktionsbausteine zur Verfügung.

• Die EtherCAT-Klemmen EL3443 und EL3453 ermöglichen die direkte Messung aller relevanten elektrischen Daten des Versorgungsnetzes im EtherCAT-I/O-System. Damit ist eine integrierte Beobachtung der Energieeffizienz einer Anlage einfach realisierbar.

• Die Netzmonitoring-Klemmen EL3773 und EL3783 sind für die detaillierte Zustandserfassung eines 3-phasigen Wechsel- oder Gleichspannungsnetzes konzipiert.

Die modulare Industrie-PC-Serie für die Hutschiene

Mit den Embedded-PCs der Serie CX kombiniert Beckhoff die PC-Technik mit der modularen I/O-Ebene auf der Hutschiene im Schaltschrank. Durch Hinzufügen oder Entfall von Baugruppen und Interfaces werden nur die Komponenten verbaut, die der Anwender für die jeweilige Applikation benötigt. Auf diese Weise eröffnen die Embedded-PCs ein breites Anwendungsfeld.

Aufgrund seiner Robustheit eignet sich der CX als leistungsstarke und zuverlässige Steuerung unter rauen Industriebedingungen, wie Vibration oder Hitze. Die feine Skalierbarkeit in unterschiedlichen Geräteklassen ermöglicht dem Anwender, genau die zu seiner Applikation passende Leistungskategorie auszuwählen. Mit dem CX5100 und dem CX5200 stehen beispielsweise leistungsstarke Steuerungs-PCs für Nibbelmaschinen oder deren Peripherie zur Verfügung. Die Geräteserien CX20xx und CX20x2 sind Highend-Steuerungen, welche aufwändige User-Interfaces, die Integration der Bildverarbeitung, die Realisierung von Machine Learning oder die Aggregation großer Datenmengen erlauben.

Die kompakte Bauform der Embedded-PC-Geräte wird von der Serie der Ultrakompakt-Industrie-PCs noch unterboten und eignet sich daher als Alternative, insbesondere wenn es um die Minimierung von Einbauraum geht. Während der C6015 für Steuerungsaufgaben der unteren Leistungskategorie geeignet ist, erfüllt der C6030 die Anforderungen einer Standardsteuerung. Ein weiterer Vorteil ist die flexible Montage: Während der CX nur horizontal verbaut werden kann, ermöglichen die Geräte der Serie C60xx jede beliebige Einbaulage.

Ein weiteres Plus der Embedded-PCs – wie des gesamten Industrie-PC-Portfolios von Beckhoff – ist die langjährige Verfügbarkeit von Ersatzteilen, die dem Kunden eine hohe Investitionssicherheit bietet.

C6015 als leistungsfähiges IoT-Edge-Device zur Nachrüstung älterer Maschinen

Moderne, auf Industrie 4.0 bzw. das Internet of Things (IoT) ausgerichtete Anlagenkonzepte bieten zahlreiche Vorteile hinsichtlich Prozesseffizienz, -kosten und -qualität. Für die standardisierte Kommunikation zwischen Maschinen und Leitrechnern und zur sicheren Datenübertragung in Cloud-Systeme hat Beckhoff OPC-UA-Schnittstellen in seine Automatisierungsplattform integriert. Ältere Maschinengenerationen lassen sich mit dem Ultra-Kompakt-Industrie-PC C6015 für die Erfordernisse der digitalen Fabrik fit machen. Als kompaktes und leistungsfähiges IoT Edge Device übernimmt er das Verdichten und Sammeln der Daten.

Da bei Maschinen im Feld häufig der Einbauraum für zusätzliche Steuerungskomponenten fehlt, bietet Beckhoff für diesen Fall die Ultra-Kompakt-Industrie-PCs aus der Serie C70xx in der Schutzklasse IP65/67 an. Der C7015 wird außen an die Maschine montiert. Über die EtherCAT P-Schnittstelle werden Sensoren, zum Beispiel für Condition Monitoring, mit Hilfe der EtherCAT P-Box-Module eingelesen. So ist eine schnelle, unkomplizierte Nachrüstung vorhandener Anlagen mit standardisiertem Zugang in die Cloud möglich.