Offene Antriebsreglerplattform

Abstract

Die ständig steigenden Anforderungen bezüglich Genauigkeit und Dynamik, sowie die Notwendigkeit neuer Funktionen, wie z. B. für die Prozess- und Maschinendiagnose haben nicht nur Auswirkungen auf die Konstruktion der Werkzeugmaschine, sondern auch auf die Antriebsregelung. In der heutigen Antriebstechnik werden spezialisierte Signalprozessoren und Mikrocontroller eingesetzt, um die Anforderungen erfüllen zu können. Um durch hohe Stückzahlen kostengünstige Prozessoren fertigen zu können, sind diese auf die Standardantriebsregelung optimiert. Sie bieten daher wenig Offenheit und Flexibilität, um neue Technologien zu integrieren. Die Integration neuer Technologien sind nur mit hohem Aufwand und Änderungen in Soft- oder Hardware des Antriebsreglers verbunden. Die optimale Anpassung des Antriebsreglers an den Prozess oder die Maschine ist daher meist sehr kostenaufwendig. In dieser Arbeit wird ein Antriebsregler vorgestellt, der die Anforderungen heutiger und zukünftiger Antriebstechnik erfüllen kann, offen für neue Technologien ist und flexibel an den speziellen Prozess oder die Maschine angepasst werden kann. Die Flexibilität wird durch den Einsatz frei programmierbarer Logik erreicht. Eine Funktionsbibliothek stellt alle für die Antriebsregelung benötigten Module zur Verfügung. Darüber hinaus bietet sie weitere Funktionen für die Prozess- und Maschinendiagnose, für die Signalauswertung sowie grundlegende Funktionen zum Aufbau anwenderspezifischer Schaltungen. Hardwareseitig stellt die Antriebsreglerarchitektur Schnittstellen zur Verfügung, über die Hardwarekomponenten, wie z. B. Feldbusmodule, oder Geberschnittstellen flexibel in das System eingebunden werden können. Es wird eine Architektur vorgestellt mit der ein offenes Antriebsreglersystem realisiert werden kann. Es wird die Modularisierung der Antriebsfunktionen betrachtet, sowie eine Infrastruktur entwickelt, die benötigt wird, um die Ausführung der Module, sowie die Kommunikation zwischen den Modulen zu koordinieren und zu überwachen. Des weiteren wird ein Entwicklungswerkzeug vorgestellt, das benötigt wird um den Anwender bei der Entwicklung von Antriebsreglern unterstützt.

The increasing demands of dynamics and accuracy in machine tools and the requirement of many additional features, like process or machine monitoring, effect not only the construction of tool machines but also the drive control. In the drive control of the present days, specialized digital signal processors and microcontrollers are used. Because they are made for standard drive control with high quantities and low prices, there is a lack of flexibility and openness towards new sensors or control algorithms. To include new technologies in an existing drive control severe changes in both software and hardware are required. This makes it difficult and expensive to adjust the drive control to the special needs of manufacturing processes and machines differing from the standard. In this thesis a new approach for drive control is shown which fulfills the requirements of present-day machines and future developments in that it is flexible and open so it can be easily adjusted to special processes and machines. This flexibility is achieved by a hardware based on programable logic. A library provides modules, containing all the functions for the drive control, process control, sensors analysis, machine monitoring, etc. The drive controller can be configured out of this library so that it provides exactly the functions needed by the process or machine. Besides the programable logic, the drive control provides slots where hardware interfaces towards sensors, actors, or fieldbusses can be added. This thesis introduces the architecture of an open drive control, covering the modularization of the drive functions, the infrastructure needed for execution of the modules, for communication in between the modules, and for monitoring them. The openness and flexibility of the system requires special development tools also shown here. As verification of this concept, an implementation of the open drive control architecture is shown controlling a linear direct drive, which demonstrates a basic library of drive function and a drive control configured with modules from this library.