PC-based Control treibt Digitalisierung im Werkzeugmaschinenbau voran
Durchgängig digital vom Modell zur Maschine
Werkzeugmaschinen sind das Rückgrat industrieller Fertigung - und ihre Leistungsfähigkeit hängt zunehmend von der Qualität der eingesetzten Steuerungstechnik ab. Wer CNC-Systeme heute entwickelt, steht vor der Herausforderung, Echtzeitanforderungen, Digitalisierungsstrategien und wachsende Datenmengen unter einen Hut zu bringen. Shenyang CASNC Technology zeigt, wie sich das mit einer durchgängigen, PC-basierten Steuerungsplattform umsetzen lässt - und warum offene Software-Architekturen dabei den entscheidenden Unterschied machen.
Bild: CASNC TechnologyShenyang CASNC Technology hat sich auf die Entwicklung und Herstellung von CNC-Systemen, Servoantrieben, Robotersteuerungen sowie digitalisierter Fertigungstechnik spezialisiert. Ergebnis sind unter anderem 5-achsige Bearbeitungszentren. Für die durchgängige Nutzung von Sensoren, Datenerfassungssystemen und Netzwerkkommunikationstechnologien setzt das Unternehmen auf die Automatisierungssoftware Twincat 3 von Beckhoff, um Betriebsstatus, Verfahrensabläufe und Maschinenzustände von Werkzeugmaschinen in Echtzeit überwachen und analysieren zu können.
Ein zentrales Argument für Twincat ist die Unterstützung von Standardprogrammiersprachen nach IEC61131-3, was mit den etablierten Debugging-Praktiken der Anwender übereinstimmt. Daneben profitiert CASNC Technology von den Digitalisierungs- und Virtualisierungsmöglichkeiten der Plattform. Matlab und MapleSim bieten grafische Designumgebungen zur Modellierung komplexer Systeme. Mit Twincat 3 Target for FMI lassen sich die aus MapleSim exportierten Modelle direkt in der Entwicklungsumgebung XAE ausführen. Von Twincat 3 NC I interpolierte Positionsbefehle werden dabei in das Modell eingespeist, das seinerseits Spannungs- und Stromdaten ausgibt. Über Twincat 3 ADS wird die tatsächliche Position der Werkzeugmaschinenbewegung dynamisch in der Schnittstelle angezeigt. Das ermöglicht Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulationen und digitale Zwillinge ohne physische Objekte - und erlaubt eine frühzeitige Bewertung von Bahnplanung und Fräseffizienz.
Die Grundlage dafür ist eine offene Software-Plattform. Twincat bietet durch die Integration in Visual Studio sowie einen eigenen Echtzeitbetriebskern inhärente Vorteile. In der Projektentwicklungsphase lassen sich ECAD-Tools über Twincat 3 XCAD Interface einbinden, um Daten direkt in die Twincat-PLC zu importieren. Das reduziert Schnittstellenfehler zwischen Hard- und Software und steigert die Programmiereffizienz. Für die Codequalität steht Twincat 3 PLC Static Analysis zur Verfügung, das Mehrdeutigkeiten im Quellcode identifiziert. Twincat 3 PLC Profiler analysiert das Laufzeitverhalten von PLC-Projekten und ermöglicht die Identifikation zeitintensiver Programmsegmente. Twincat 3 Realtime Monitor wiederum eignet sich zur Diagnose und Verbesserung des Zeitverhaltens bei Mehrkern- und Multitasking-Programmen. Mit Twincat 3 Scope View lassen sich Daten mit Zeitstempeln erfassen und als XY-, YT- oder XYZ-Diagramme darstellen - einschließlich ereignisgesteuerter Aufzeichnungen.
Twincat 3 Ethercat Simulation ermöglicht virtuelles Debugging ohne reale Hardware. Unterstützt werden neben grundlegenden PDOs auch Funktionen für CoE, SoE, AoE und verteilte Uhren; darüber hinaus lassen sich Fehler simulieren, um entsprechende Mechanismen und Code zu testen. Twincat 3 Interface for Inventor ermöglicht die interaktive Verbindung zu 3D-CAD-Systemen. Für MIL-, HIL- und SIL-Simulationen stehen Twincat 3 Target for Simulink, for Matlab, for Embedded Coder sowie for Matlab and Simulink bereit.
Im konkreten Kooperationsprojekt wurden über Twincat 3 Target for FMI Modelle der Werkzeugmaschinenachsen aus MapleSim in Twincat 3 exportiert. Die Modelle erfassen Ausgangspositionen aus dem Beckhoff-Interpolationsalgorithmus, der Positionssignale intern in Strom- und Spannungssignale umwandelt. Durch Simulation von Trägheit und weiteren Lastfaktoren berechnet der Algorithmus die erreichbare Geschwindigkeit und Position der jeweiligen Achse. Diese wird dann an eine Host-Software zur Darstellung der tatsächlichen Motorposition übermittelt. Die Kommunikation erfolgt über ADS mit Latenzen im Millisekundenbereich. In neuen Projekten werden zusätzlich Vibrationssensoren eingebunden, deren Daten mittels eigens entwickelter Algorithmen für vorausschauende Wartung und Lebenszyklusmanagement genutzt werden.
Bild: CASNC TechnologyEthercat-basierte Hardware als Steuerungsbasis
Als Steuerungskern setzt CASNC Technology den Industrie-PC C6030 mit Intel-Core-i5-Prozessor ein. Dessen Multicore-Rechenleistung lässt sich über Twincat voll ausschöpfen, was zu kürzeren Regelzyklen für die Servoachsen und gesteigerter Regelgenauigkeit führt. In Kombination mit Ethercat-XFC-Klemmen ist eine präzise Steuerung über Multi-Timestamps unabhängig vom Task-Zyklus möglich.
Die Ethercat-Master-Schnittstelle des C6030 ermöglicht eine direkte Verbindung zu den Ethercat-Servoantrieben. Dank der Topologiefreiheit von Ethercat lassen sich mit Kopplern wie EK1100 und EK1110 lineare Netzwerke aufbauen; mit Ethercat-Abzweigen wie EK1122 sind auch Stern-Topologien realisierbar. Die analoge Eingangsklemme EL3351 ermöglicht statische und dynamische Wiegefunktionen sowie Dehnungsmessung. Über Analog-Eingangsklemmen EL3632 können IEPE-Vibrationssensoren direkt angeschlossen werden, ohne zusätzlichen Wandler. Die erfassten Daten lassen sich mit der Twincat-3-Vibrationsanalysebibliothek - für Frequenzbereich, Zeitbereich und Hüllkurvendiagramme - oder über kundeneigene Algorithmen und Drittanbieter-Bibliotheken auswerten. Analoge Temperaturmessklemmen wie EL3204 und EL3314 greifen direkt auf Widerstands- und Thermospannungsinformationen zu und wandeln diese über integrierte Kennlinien in präzise Temperaturwerte um - eine weitere Grundlage für vorausschauende Wartung.
Servoantriebe für Werkzeugmaschinen
Werkzeugmaschinen stellen hohe Anforderungen an Genauigkeit und Dynamik der Achsbewegungen. Die Positions-, Geschwindigkeits- und Stromregelkreise des Servoverstärkers AX5000 erreichen eine Zykluszeit von 62,5ms. Jeder Kanal - ein- oder zweikanalig - ist mit bis zu zwei Rückmeldesignalen ausgestattet. Mit der Twinsafe-Drive-Optionskarte AX5805 lassen sich sichere Stoppmethoden wie SLS, SSR und STO realisieren, bei hohen Synchronisationsanforderungen in Verbindung mit der Gantry-Funktion des AX5000. Für Vertikalachsen werden interne und externe Bremsen sowie Parametereinstellungen für Gewichtsausgleichssysteme unterstützt. Twincat 3 Bode Plot ermöglicht die Identifikation von Resonanzpunkten über kontrollierte Schwingungen und die Auswahl passender Filter - zur Verbesserung von Stabilität, Steifigkeit und Folgefehlerreduktion.
Das Multiachs-Servosystem AX8000, bestehend aus Einspeisemodul und Achsmodulen, eignet sich für die Ansteuerung der Beckhoff-Servomotoren AM8000. Ein Kondensatormodul zur Zwischenkreisstützung sowie die Netzrückspeisung AX8820 zur Rückführung regenerativer Energie ergänzen das System. Das reduziert den Gesamtstromverbrauch, senkt die Kosten für Bremswiderstände und verringert die thermische Belastung im Schaltschrank. Für den Trend zur schaltschranklosen Automatisierung steht neben dem MX-System auch das dezentrale Servoantriebssystem AMP8000 bereit, das Servoantriebstechnik direkt an der Maschine platziert und den Schaltschrankbedarf reduziert.
Werkzeugmaschinen sind das Rückgrat industrieller Fertigung - und ihre Leistungsfähigkeit hängt zunehmend von der Qualität der eingesetzten Steuerungstechnik ab. Wer CNC-Systeme heute entwickelt, steht vor der Herausforderung, Echtzeitanforderungen, Digitalisierungsstrategien und wachsende Datenmengen unter einen Hut zu bringen. Shenyang CASNC Technology zeigt, wie sich das mit einer durchgängigen, PC-basierten Steuerungsplattform umsetzen lässt - und warum offene Software-Architekturen dabei den entscheidenden Unterschied machen.
Bild: CASNC TechnologyShenyang CASNC Technology hat sich auf die Entwicklung und Herstellung von CNC-Systemen, Servoantrieben, Robotersteuerungen sowie digitalisierter Fertigungstechnik spezialisiert. Ergebnis sind unter anderem 5-achsige Bearbeitungszentren. Für die durchgängige Nutzung von Sensoren, Datenerfassungssystemen und Netzwerkkommunikationstechnologien setzt das Unternehmen auf die Automatisierungssoftware Twincat 3 von Beckhoff, um Betriebsstatus, Verfahrensabläufe und Maschinenzustände von Werkzeugmaschinen in Echtzeit überwachen und analysieren zu können.
Ein zentrales Argument für Twincat ist die Unterstützung von Standardprogrammiersprachen nach IEC61131-3, was mit den etablierten Debugging-Praktiken der Anwender übereinstimmt. Daneben profitiert CASNC Technology von den Digitalisierungs- und Virtualisierungsmöglichkeiten der Plattform. Matlab und MapleSim bieten grafische Designumgebungen zur Modellierung komplexer Systeme. Mit Twincat 3 Target for FMI lassen sich die aus MapleSim exportierten Modelle direkt in der Entwicklungsumgebung XAE ausführen. Von Twincat 3 NC I interpolierte Positionsbefehle werden dabei in das Modell eingespeist, das seinerseits Spannungs- und Stromdaten ausgibt. Über Twincat 3 ADS wird die tatsächliche Position der Werkzeugmaschinenbewegung dynamisch in der Schnittstelle angezeigt. Das ermöglicht Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulationen und digitale Zwillinge ohne physische Objekte - und erlaubt eine frühzeitige Bewertung von Bahnplanung und Fräseffizienz.
Die Grundlage dafür ist eine offene Software-Plattform. Twincat bietet durch die Integration in Visual Studio sowie einen eigenen Echtzeitbetriebskern inhärente Vorteile. In der Projektentwicklungsphase lassen sich ECAD-Tools über Twincat 3 XCAD Interface einbinden, um Daten direkt in die Twincat-PLC zu importieren. Das reduziert Schnittstellenfehler zwischen Hard- und Software und steigert die Programmiereffizienz. Für die Codequalität steht Twincat 3 PLC Static Analysis zur Verfügung, das Mehrdeutigkeiten im Quellcode identifiziert. Twincat 3 PLC Profiler analysiert das Laufzeitverhalten von PLC-Projekten und ermöglicht die Identifikation zeitintensiver Programmsegmente. Twincat 3 Realtime Monitor wiederum eignet sich zur Diagnose und Verbesserung des Zeitverhaltens bei Mehrkern- und Multitasking-Programmen. Mit Twincat 3 Scope View lassen sich Daten mit Zeitstempeln erfassen und als XY-, YT- oder XYZ-Diagramme darstellen - einschließlich ereignisgesteuerter Aufzeichnungen.
Twincat 3 Ethercat Simulation ermöglicht virtuelles Debugging ohne reale Hardware. Unterstützt werden neben grundlegenden PDOs auch Funktionen für CoE, SoE, AoE und verteilte Uhren; darüber hinaus lassen sich Fehler simulieren, um entsprechende Mechanismen und Code zu testen. Twincat 3 Interface for Inventor ermöglicht die interaktive Verbindung zu 3D-CAD-Systemen. Für MIL-, HIL- und SIL-Simulationen stehen Twincat 3 Target for Simulink, for Matlab, for Embedded Coder sowie for Matlab and Simulink bereit.
Im konkreten Kooperationsprojekt wurden über Twincat 3 Target for FMI Modelle der Werkzeugmaschinenachsen aus MapleSim in Twincat 3 exportiert. Die Modelle erfassen Ausgangspositionen aus dem Beckhoff-Interpolationsalgorithmus, der Positionssignale intern in Strom- und Spannungssignale umwandelt. Durch Simulation von Trägheit und weiteren Lastfaktoren berechnet der Algorithmus die erreichbare Geschwindigkeit und Position der jeweiligen Achse. Diese wird dann an eine Host-Software zur Darstellung der tatsächlichen Motorposition übermittelt. Die Kommunikation erfolgt über ADS mit Latenzen im Millisekundenbereich. In neuen Projekten werden zusätzlich Vibrationssensoren eingebunden, deren Daten mittels eigens entwickelter Algorithmen für vorausschauende Wartung und Lebenszyklusmanagement genutzt werden.
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 2 (März) 2026 - 12.03.26.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
