Antriebstechnik
Energierückgewinnung in der Produktion
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Erweiterung der Maschinensteuerung
Bei den betrachteten programmgesteuerten Produktionsmaschinen (Robotern, Werkzeugmaschinen) wird durch eine Positionsvorgabe die komplette Bahn der Maschinenachsen in der Steuerung vorbereitet. Es stellt eine Herausforderung dar, dass die Interpolationsmechanismen dabei komplett verborgen sind. Diese spielen nämlich eine sehr wichtige Rolle bei der Ermittlung der Verbrauchswerte einer Bewegung.
Von den Herstellern gängiger Maschinen- und Robotersteuerungen werden virtuelle Steuerungen angeboten, z.B. OfficeLite für Kuka-Roboter oder Siemens VNCK für CNC-Maschinen mit Sinumerik-Steuerung, die Bearbeitungsprogramme komplett offline interpretieren können. Sie decken den vollen Funktionsumfang realer industrieller Maschinensteuerungen auf einem PC virtuell ab. Die Konfiguration der realen Steuerung kann dabei bequem übernommen werden; die Maschinenachsen werden virtualisiert. Während das originale Bearbeitungsprogramm in der virtuellen Steuerung Zeile für Zeile abgearbeitet wird, werden Positionswerte für die Antriebe des damit gekoppelten Simulationsmodells vorgegeben. Die damit berechneten Verbrauchswerte werden zwischengespeichert, so dass die Information der realen Maschinensteuerung zur Verfügung gestellt werden kann.
Der Ladezustand des realen Schwungmassenspeichers muss während der Bewegung der Maschine auch kontinuierlich angepasst werden. Die Vorgabe soll so erfolgen, dass die aktuelle Leistung des Energiespeichers die Differenz zwischen einem bekannten Spitzenverbrauch und der vorausstehenden Leistungsaufnahme der Maschine ausgleicht.
Die im Schwungmassenspeicher gespeicherte Energie steht im quadratischen Zusammenhang mit der Drehzahl des Schwungrades. Mit Hilfe einer Formel können die aus dem Simulationsmodell ermittelten Verbrauchswerte in Drehzahlwerte des Schwungrades umgerechnet werden. Die reale Maschinensteuerung muss während der konkreten Bewegung diese Werte vorgeben. Aufgrund der komplexen Kinematik einer Produktionsmaschine ändert sich jedoch der Verbrauch während einer Bewegung stark nichtlinear. Aus diesem Grund kommen herkömmliche Achsinterpolationsmechanismen, z.B. lineares Beschleunigen, für die Drehachse des Schwungmassenspeichers nicht in Frage.
Um ein komplexes Fahrprofil mit einer Achse fahren zu können, bieten gängige Antriebssteuerungen sogenannte Kurventabellen an. Dadurch können auch nichtlineare Abhängigkeiten zwischen Bewegungen zweier Maschinenachsen – der sog. Leit- und Folgeachse – vorgegeben werden.
Es handelt sich dabei um eine Datentabelle mit zwei Spalten: In jede Zeile werden zusammengehörige Werte (Position, Geschwindigkeit) der Leitachse und der Folgeachse fein aufgelöst angegeben. Wenn die Leitachse sich im definierten Bereich bewegt, ist die Folgeachse gezwungen, ihre Bahn abhängig vom Leitachsenwert abzuarbeiten. Zwischen den angegebenen diskreten Achswerten wird linear interpoliert.
Der beschriebene Mechanismus von Leit- und Folgeachse kann auch mit der Drehachse des Schwungmassenspeichers angewandt werden. Dabei wird sie stets als Folgeachse betrachtet. Als Leitachse wird die Maschinenachse verwendet, welche für den jeweiligen auszuführenden Bewegungsbefehl relevant ist. Bevor eine Bewegung tatsächlich ausgeführt wird, muss die entsprechend vorbereitete Kurventabelle geladen werden (Bild 4). Hierfür werden Befehle vor der jeweiligen Programmzeile in das originale Steuerungsprogramm eingefügt.
- Energierückgewinnung in der Produktion
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