Was macht ein Motion Controller?

Ein Motion Controller ist ein programmierbares Gerät, das angeschlossene elektronische Antriebe und Motoren steuert, um bestimmte Funktionen zur Automatisierung und Steuerung von Maschinen auszuführen.  Motion Controller können von sehr einfachen Mikroprozessorchips, die in die Elektronik von 3D-Druckern eingebettet sind, bis hin zu ausgereiften mehrachsigen CNC-Systemen reichen, die Präzisionsbearbeitungszentren betreiben. Als programmierbare Geräte beruhen die Motion Controller auf im Speicher hinterlegten Programminformationen, wobei das Programm durch Eingaben von einem an eine HMI-Bedienkonsole angeschlossenen Host-Computer initiiert wird.  Die Anforderungen an die Kodierung variieren von Steuerung zu Steuerung, wobei die IEC 61131-3 Programmiersprachen heute in der Industrie am weitesten verbreitet sind. Die IEC 61131-3 Programmiersprachen sind ein Überbleibsel aus der historischen SPS-Programmierung und viele neuere Programmierer wollen C-basierte Sprachen, BASIC, Python oder andere Sprachen verwenden, die üblicherweise mit Computerprogrammierung in Verbindung gebracht werden.

Einige der heutigen Steuerungen, die der Einfachheit halber Motion Controller genannt werden, sind vollständige Maschinensteuerungen, die sowohl die Bewegungssteuerung für die Antriebe und Motoren als auch die Steuerung anderer Geräte direkt oder über externe E/A integrieren. Bei diesen Steuerungen ist ein separater Host-Computer nicht unbedingt erforderlich, um alle Maschinenfunktionen zu automatisieren.

Es ist die Aufgabe des Motion Controllers die Bewegung der Achsen gemäß den spezifischen Programmen, die in der Steuerung hinterlegt sind, zu steuern.  Stellen Sie sich einen Motion Controller als Dirigent eines Orchesters vor.  Der Dirigent leitet eine Reihe von Musikern an, das zu spielen, was der Komponist geschrieben hat, und gibt das Grundtempo vor, während er den verschiedenen Instrumenten signalisiert, sich der Partitur entsprechend zu beteiligen.  Seine Bewegungen am Dirigentenpult steuern jeden Musiker des Orchesters, um die vom Komponisten erwünschten schönen Klänge zu erzeugen.  In ähnlicher Weise steuert ein Motion Controller eine Sammlung von Antrieben, Eingaben und Ausgaben, um die vom Programmierer geschriebene Bewegung zu erzeugen, indem er die zugrundeliegende Synchronisation bereitstellt und jeder Achse signalisiert, sich auf koordinierte Weise zu bewegen.  Die von der Steuerung an die einzelnen angeschlossenen Geräte gelieferten Signale erzeugen die vom Programmierer beabsichtigte Präzisionsbewegung.

Auf der Grundlage der Bewegungsanforderungen legt der Motion Controller Bewegungstrajektorien fest, signalisiert den Antrieben, die Bewegung einzuleiten, und analysiert dann alle Rückführkreise, um feine Korrekturen vorzunehmen, damit die richtigen Bewegungsprofile beibehalten werden. Wie bereits erwähnt, verwalten vollständige Maschinensteuerungen zusätzlich andere Funktionen im Zusammenhang mit dem Maschinenbetrieb, wie z. B. sichere Bewegungsanforderungen, spezifische Ein- und Ausgaben der Maschine und andere kritische Funktionen.  Mit der Einführung von IoT und Industrie 4.0 in neue Maschinenabläufe kann die Steuerung bei der Übermittlung der kritischen Leistungsdaten an Host-Computersysteme eine Rolle spielen.  Diese Daten werden im Hinblick auf den Maschinenbetrieb und den Bedarf an vorbeugender Wartung analysiert.

Um als Bewegungssystem zu funktionieren, integriert ein Motion Controller mehrere Komponenten, darunter die Hardware der Bewegungssteuerung, Servoantriebe, Schrittantriebe und Frequenzumrichter, HMI, Eingabe-/Ausgabe-Hardware, Stromversorgung, Feedback- und Kommunikationskabel, Firmware und Software.  Bei dem Motion Controller kann es sich um einen ASIC-Chip, einen dedizierten Industrie-PC, eine Einsteckkarte (PCI, cPCI, PCI Express etc.), die an den internen Bus eines PCs angeschlossen ist, oder um einen autonome Steuerung handeln, die vollständig in einem einzigen Gehäuse untergebracht ist.  Die Software umfasst die eigentliche Bewegungssteuerung, Automatisierungselemente und andere Schnittstellenprogramme.