Wesentliche Komponenten des Bewegungssteuerungssystems:Steigern Sie die Fertigungseffizienz

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Moderne Hersteller müssen die Effizienz ihrer Abläufe steigern, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Bewegungssteuerungssysteme, die Geschwindigkeit, Beschleunigung, Position und Drehmoment in industriellen Automatisierungsgeräten präzise steuern, können Herstellern dabei helfen, höhere Produktivitätsniveaus zu erreichen. Diese hochentwickelten Systeme bestehen aus vier wesentlichen Komponenten:einem Controller, einem Antrieb, einem Motor und einem Feedback-Gerät. Zu verstehen, wie sie zusammenarbeiten, ist der Schlüssel zur Optimierung der Leistung Ihrer automatisierten Produktionsmaschinen.

In diesem Blog werden diese Komponenten im Detail untersucht, um einen Einblick zu geben, wie die Präzision und Wiederholbarkeit eines gut konzipierten Bewegungssteuerungssystems Ihnen beim Erreichen Ihrer Produktionsziele helfen kann. Als Ihr vertrauenswürdiger Partner in der Automatisierung ist JHFOSTER bereit, Sie bei der Implementierung von Bewegungssteuerungslösungen zu unterstützen, damit Sie effizienter arbeiten können.

Vier wesentliche Komponenten von Bewegungssteuerungssystemen

Zu den vier Komponenten eines Bewegungssteuerungssystems gehören ein Bewegungscontroller, ein Motorantrieb, ein Motor und Feedback-Geräte. 

Motion-Controller: Der Motion Controller wird oft als Gehirn des Bewegungssteuerungssystems bezeichnet und koordiniert die Motorantriebe. Manchmal werden mehrere Antriebe gleichzeitig gesteuert. Basierend auf der programmierten Zielposition und den Bewegungsprofilen erstellt der Motion Controller die entsprechenden Trajektorien, denen die Motoren folgen sollen. Wie das menschliche Gehirn sendet es den Befehl, auf eine präzise Geschwindigkeit zu beschleunigen und am gewünschten Ort abzubremsen und zum Stillstand zu kommen. Die Anzahl der in einer Anwendung verwendeten Controller hängt von der Anzahl der einzelnen Prozesse ab, die gesteuert werden müssen. Jede Steuerung in einem System empfängt Anweisungen von dem Computer oder der SPS, die die Maschine oder Linie steuert, und sendet Rückmeldungen an diese.

Motorantrieb: Der Antrieb dient als Übermittler zwischen Motion Controller und Motor. Seine Funktion besteht darin, das Befehlssignal von der Steuerung zu empfangen, den Befehl zu interpretieren und dann den Motor mit der richtigen Leistung zu versorgen, um eine genaue Bewegung der Maschine zu gewährleisten. Antriebe sind als digitale, analoge, lineare, schaltende, Schritt- und Servoantriebe erhältlich. Jeder Antriebstyp weist unterschiedliche Eigenschaften auf. Digitale Antriebe verfügen über diskrete Ein- und Ausgangsfunktionen, während analoge Antriebe über variable Ein- und Ausgangsfunktionen verfügen. Zur geradlinigen Bewegung werden Linearantriebe eingesetzt. Schaltantriebe verwenden eine Technik namens Pulsweitenmodulation, um die Spannung schnell ein- und auszuschalten, um eine bestimmte Bewegung oder Geschwindigkeit zu erzeugen. Schrittantriebe bieten ein niedriges bis mittleres Drehmoment und sorgen für eine gleichmäßige Rotation über einen weiten Drehzahlbereich. Servoantriebe interpretieren Befehlssignale und interne Rückkopplungsschleifen, um Bewegungen in Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeitsanwendungen präzise zu steuern.

Motor: Der Motor funktioniert wie ein Muskel. Seine Aufgabe besteht darin, die elektrische Eingabe vom Motorantrieb zu empfangen und in Bewegung umzuwandeln. Es gibt zwei Arten von Elektromotoren:Wechselstrom- und Gleichstrommotoren. Beide wandeln mithilfe von Magnetfeldern Elektrizität in Bewegung um. Gleichstrommotoren werden mit Gleichstrom betrieben, während Wechselstrommotoren mit Wechselstrom betrieben werden. Die Drehzahl von Gleichstrommotoren wird typischerweise durch Variation der angelegten Spannung gesteuert. Die Drehzahl von Wechselstrommotoren wird normalerweise durch Variation der Frequenz der angelegten Spannung gesteuert.  Wechselstrommotoren werden häufiger verwendet. 

Feedback-Geräte: Feedback-Geräte werden nur in Bewegungssteuerungssystemen mit geschlossenem Regelkreis verwendet und liefern Informationen zur Motorposition an den Bewegungscontroller, damit dieser seine Befehle zum richtigen Zeitpunkt anpassen kann. Encoder, die Position, Geschwindigkeit und Richtung messen und melden, sind die beliebtesten Feedbackgeräte. Bewegungssteuerungssysteme mit geschlossenem Regelkreis können komplexe Bewegungen präzise ausführen, was mit Bewegungssteuerungssystemen mit offenem Regelkreis nicht möglich ist.

Wie funktioniert die Bewegungssteuerung?

Bewegungssteuerungssysteme erstellen einen präzisen Bewegungsablauf, der als Bewegungsprofil bezeichnet wird, und passen dann den Betrieb des Motors kontinuierlich an den vorgegebenen Ablauf an. So funktioniert ein Bewegungssteuerungssystem:

Schritt 1: Der Motion Controller empfängt den Zielbefehl.

Schritt 2: Der Controller berechnet die gewünschte Trajektorie (das Bewegungsprofil).

Schritt 3: Der Controller sendet ein Befehlssignal an den Motorantrieb.

Schritt 4: Der Antrieb versorgt den Motor mit der notwendigen elektrischen Energie.

Schritt 5: Der Motor führt die Bewegung aus.

Schritt 6: In einem System mit geschlossenem Regelkreis misst das Rückkopplungsgerät die tatsächliche Bewegung und sendet diese Informationen an die Steuerung zurück.

Schritt 7: Der Controller vergleicht die tatsächliche Bewegung mit der gewünschten Bewegung und passt die Befehle (den Regelkreis) an, um etwaige Fehler zu korrigieren und so eine präzise Bewegung sicherzustellen.

Bewegungssensoren verstehen

Bei der industriellen Bewegungssteuerung ist der „Bewegungssensor“ das Rückkopplungsgerät, bei dem es sich meist um einen Encoder handelt. Um Feedback zu geben, messen Encoder die tatsächlichen Bewegungsparameter wie Position, Geschwindigkeit und/oder Richtung und leiten sie zur Systemkorrektur an die Steuerung weiter.

Was löst einen Bewegungssensor aus?

In einem industriellen Bewegungssteuerungssystem mit geschlossenem Regelkreis wird der Bewegungssensor (normalerweise ein Encoder) durch die Bewegung der Motorwelle oder des Lineartisches ausgelöst. Der Encoder ist mit dem Motor verbunden, sodass der Encoder bei Bewegung des Motors diese Bewegung erkennt und ein Signal aussendet.

Woher wissen Sie, ob Ihr Bewegungssensor funktioniert?

Es gibt drei gängige Methoden, um festzustellen, ob Ihr industrieller Bewegungssensor funktioniert.

Feedbackdaten überwachen: Die zuverlässigste Methode zur Überprüfung, ob Ihr Encoder betriebsbereit ist, besteht darin, die Positions- oder Geschwindigkeitsdaten zu überprüfen, die über die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) oder die Maschinensoftware an den Bewegungscontroller gesendet werden. Wenn sich die Maschine bewegt und die Daten korrekt aktualisiert werden, funktioniert der Encoder.

Suchen Sie nach Fehlern: Wenn der Sensor in einem Bewegungssteuerungssystem mit geschlossenem Regelkreis ausfällt, wird ein Fehler oder Alarm ausgelöst, da die Steuerung die Motorposition nicht überprüfen oder korrigieren kann.

Bewegungsgenauigkeit überprüfen: Probleme wie das Versäumnis der Maschine, ihre Position zu halten oder übermäßige Vibrationen zeigen, können auf eine Fehlfunktion oder ein falsch abgestimmtes Feedback-Gerät hinweisen.

Wo wird Motion Control verwendet?

Um die Effizienz zu steigern und die Betriebskosten zu senken, automatisieren immer mehr Hersteller ihre Produktionslinien, und die Bewegungssteuerung spielt eine Schlüsselrolle bei der effektiven Automatisierung. Bewegungssteuerungssysteme finden sich in Anwendungen, in denen komplizierte Bewegungen wiederholbar, präzise und anpassbar sein müssen, darunter:

• Pick-and-Place-Roboter für Palettier- und Verpackungsaufgaben.
• Roboter/Cobots werden zum Schweißen, Montieren, Schneiden und für andere Aufgaben verwendet, die präzise Bewegungen erfordern.
• Präzise CNC-Bearbeitung.
• 3D-Drucker.
• Automatisierte Materialtransportsysteme.
• Anwendungen in der Automobilmontage.

Da die Integration automatisierter Geräte immer weiter zunimmt, sind Bewegungssteuerungssysteme für präzise, wiederholbare Bewegungen unerlässlich, was Ihnen hilft, die Produktivität zu maximieren und die Betriebskosten zu senken.

JHFOSTER, Ihr Partner für Automatisierung, ist bereit, Sie bei Ihren Bewegungssteuerungsanforderungen zu unterstützen. Kontaktieren Sie uns noch heute, um die Genauigkeit und Effizienz Ihrer Anwendung zu steigern.

• Senior Vice President für Automatisierung, Tavoron

  Scott Wojciak, ein erfahrener Manager mit umfassender Erfahrung in der industriellen Automatisierung und im Vertrieb, fungiert als Senior Vice President of Automation bei Tavoron. Zuvor leitete er die Abteilung Fluid Power, Automation und Engineered Solutions bei Singer Industrial und hatte Führungspositionen bei BW Rogers inne, unter anderem als Vice President of Sales, Director of Sales und Regional Business Unit Manager. Scott ist für seinen ergebnisorientierten Ansatz und seine kundenorientierte Führung bekannt und hat seine gesamte Karriere damit verbracht, die Geschäftsstrategie und die Betriebsleistung im gesamten Automatisierungssektor voranzutreiben. Er begann seine Karriere als Vertriebsingenieur und erhielt zu Beginn seiner Amtszeit die Auszeichnung „Verkäufer des Jahres“ von BW Rogers.

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