Was ist eine High-Speed Steuerung?

Unter einer High-Speed-Steuerung versteht man in der Industrie und Automatisierungstechnik ein System, dass Signale mit hoher Geschwindigkeit und minimaler Verzögerung verarbeitet. Herkömmliche Steuerungen (wie klassische SPS) rechnen in Millisekunden, High-Speed-Systeme arbeiten oft im Mikrosekunden- (μs) Bereich.

Eine High-Speed-Steuerung bezieht sich auf ein Steuerungssystem, das in der Lage ist, sehr schnelle Reaktionen und präzise Steuerungen in industriellen Anwendungen oder Automatisierungssystemen zu ermöglichen. Diese Art von Steuerung wird häufig in Bereichen eingesetzt, in denen schnelle Bewegungen, präzise Positionierung oder hohe Datenverarbeitungsgeschwindigkeiten erforderlich sind.

Was sind die Merkmale einer High-Speed-Steuerung?

• Schnelle Reaktionszeiten: Sie können Eingaben und Änderungen in Echtzeit verarbeiten, was für Anwendungen wichtig ist, die sofortige Anpassungen erfordern.
• Hohe Verarbeitungsleistung: Sie sind insbesondere bei unseren ZX-Steuerungen mit leistungsstarken FPGAs ausgestattet, die komplexe Berechnungen und Algorithmen schnell ausführen können.
• Präzise Steuerung: Sie ermöglichen eine genaue Steuerung von Motoren, Aktuatoren und anderen Komponenten, um die gewünschten Bewegungen und Positionen zu erreichen.
• Echtzeitkommunikation: Oft nutzen sie Protokolle, die eine schnelle und zuverlässige Kommunikation zwischen verschiedenen Komponenten des Systems ermöglichen.

High-Speed-Steuerungen sind entscheidend für die Effizienz und Produktivität in modernen Fertigungs- und Automatisierungsprozessen.

Was sind die Einsatzgebiete von High-Speed Steuerungen?

• Spritzgussmaschinen: Die Steuerung überwacht den hochdynamischen Einspritzvorgang in Echtzeit, um eine gleichbleibende Materialqualität bei minimalen Zykluszeiten zu garantieren.
• Schneidautomaten: Bei Laser-, Wasserstrahl- oder Messerschneidanlagen sorgt die schnelle Signalverarbeitung für exakte Konturen selbst bei sehr hohen Vorschubgeschwindigkeiten.
• Etikettieranlagen: Die Steuerung synchronisiert die Etikettenausgabe präzise mit der Geschwindigkeit des Förderbands, sodass Aufkleber auch bei Tausenden Objekten pro Stunde perfekt sitzen.
• Robotik: In der Hochgeschwindigkeits-Robotik ermöglicht die Steuerung komplexe Bahnplanungen und extrem schnelle Pick-and-Place-Zyklen ohne Schwingungsverluste.
• Verpackungstechnik: Sie koordiniert das Zusammenspiel von Zuführung, Befüllung und Versiegelung in Sekundenbruchteilen, um den Durchsatz ganzer Produktionslinien zu maximieren.
• Druckmaschinen: High-Speed-Systeme regeln das Register und den Farbauftrag bei Papierbahnen, die mit mehreren Metern pro Sekunde durch die Maschine rasen.
• Prüf- und Sortieranlagen: In der Qualitätssicherung werden Produkte im Vorbeiflug gescannt, analysiert und bei Fehlern sofort über Druckluftdüsen oder Schieber aussortiert.

ZX Steuerungen

Folgende Eigenschaften unserer ZX-Steuerungen finden sie hier:

Ein- und Ausgänge:

Anbindungen:

ZX09-Serie

Alle ZX09 werden über die Ethernetschnittstelle programmiert und hierüber werden auch vernetzte Applikationen einfach und schnell realisiert. Natürlich programmieren Sie unsere ZX09 genauso einfach wie Sie es von jeder SPS gewohnt sind - mit Strukturiertem Text nach IEC 61131-3, mit der Software EX_PRESS 5.

• ZX09 besonders schnell und kostengünstig, verfügt über 10 digitale Eingänge und 4 digitale Ausgänge und einen High-Speed Analogeingang
• ZX09A hat zusätzlich RS485 / SSI Schnittstellen
• Analog-Varianten mit 6 analogen High-Speed Eingängen sowie 2 digitalen Eingängen und 4 digitalen Ausgängen sind verfügbar (ZX09D, ZX09E).

ZanderLink verbindet bis zu drei zykluszeitfreie Steuerungen der Baureihen ZX09A / ZX09D / ZX09E in einem ultra schnellen Netzwerk.

• Analoge und digitale Sensorsignale super schnell verarbeiten und vernetzen
• Garantierte Zykluszeit im gesamten Netzwerk unter 10 µs
• Maximaler Jitter zwischen den Steuerungen unter 100 ns
• Einfache Konfiguration über vordefinierte Funktionsbausteine

ZX20-Serie

Auch die ZX20 werden über die Ethernetschnittstelle programmiert und hierüber werden auch vernetzte Applikationen einfach und schnell realisiert. Ebenso werden unsere ZX20 genauso einfach programmiert wie Sie es von jeder SPS gewohnt sind - mit Strukturiertem Text nach IEC 61131-3, mit der Software EX_PRESS 5.

• ZX20T verfügt über 20 digitale Eingänge und 16 digitale Ausgänge und bietet somit mehr Ein- und Ausgänge als die ZX09-Serie.
• Spezielle Bus-Varianten mit integriertem PROFINET und EtherCAT stehen zur Verfügung.
• Zudem verfügt die ZX21TP Variante auch über eine größere Chip-Kapazität / Rechenleistung für komplexe, multi-vernetzte Applikationen.

Applikationen

Applikationsbeispiel ZX20

Aufgabe: Modernisierung einer alten Entblisterungsanlage

• Ein kontinuierlicher Zufluss an Küvetten muss sortiert und entsprechend recycelt werden
• Die Herausforderung: Eine stetig wachsende Menge an Küvetten müssen entgegengenommen, automatisch identifiziert, sortiert und recycelt werden

Lösung: Ersetzen der langsamen Mikroprozessor-basierten Steuerungen mit einer High-Speed FPGA-basierten Steuerung ZX20TP

• Ersetzen von physikalischen Bedienelementen durch das flexible HMI MVisio7“
• Erstellen und Bereitstellen neuer Bedienmodi wie die einfache, individuelle Parametrierung mit dem MVisio7“
• Eröffnen der Möglichkeit einer optischen Erfassung und Verarbeitung gepaart mit einer High Speed SPS

Applikation: Teilesortierung an Förderband

Drehgeber und Sensoren an Förderband

• Drehgeberdaten über SSI-Schnittstelle
• Exakte Positionsbestimmung von Teilen auf Förderband
• 6 Sensorstationen an Förderband
• Schnelle Aussortierung verschiedenster Teile
• Aussortierung über Zuordnung der Teile zu Schleusen

SPEEDY-Serie

SPEEDY arbeitet Ihr Programm intern absolut parallel in Echtzeit ab, ohne Zykluszeit.

ZX8T - mit 9 E / 8 A

Die Programmierung erfolgt über unsere Software EX_PRESS 4 in Structured Text (ST) gemäß IEC 61131-3.

Applikationsbeispiele zu unserer SPEEDY-Serie finden Sie hier.

Programmiersoftware

EX_PRESS 5 für ZX09- und ZX20-Serie

EX_PRESS 4 für SPEEDY-Serie

Einige Grundlagenentwicklungen im Bereich der High-Speed Steuerungen  wurden gefördert im Rahmen von Forschungsförderungen der Bundesregierung:

Steuerungen: Kommunikation in Echtzeit

Zander hat die Familie der FPGA-basierten Kompakt-Industriesteuerungen ZX09 um vier Neuerungen erweitert.

Neben den analogen High-Speed-Steuerungen ZX09B und ZX09C, die jeweils sechs analoge Eingänge zur schnellen Aufnahme und Verarbeitung analoger Strom- und Spannungssignale innerhalb von 10 µs ermöglichen, wurden die High-Speed-Steuerungen ZX09D und ZX09E entwickelt, die zusätzlich zu den sechs analogen Eingängen über eine RS485-Schnittstelle verfügen.

Lesen Sie hier weiter: Steuerungen: Kommunikation in Echtzeit - Computer & Automation 16.04.2020