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CNC-Steuerungen

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100 µs auf CNC-Steuerungen

Seit 10 Jahren entwickelt das chinesische Unternehmen NanJing Washing CNC CNC-Steuerungen. Voriges Jahr verkaufte das Unternehmen 8.000 CNC-Steuerungen und zählt damit zu den drei führenden Anbietern in China. Bei der Entwicklung einer neuen CNC-Steuerung konnte Washing CNC durch den Einsatz von POWERLINK die Zykluszeit auf 100 µs senken.

Die Anforderungen der Kunden ändern sich kontinuierlich. Gleichzeitig nimmt die Anzahl der Mitbewerber im Bereich automatischer Steuerungssysteme stetig zu. Auch die Erwartungen an Genauigkeit, Bearbeitungsgeschwindigkeit und Funktionalität müssen durch immer leistungsfähigere Bussysteme erfüllt werden. Seit 2010 arbeitet das Unternehmen Washing CNC an einer noch produktiveren CNC-Steuerung. Bei diesem zukunftsweisenden Entwicklungsprojekt muss einerseits auf eine unabhängige Technik, andererseits auf einen wettbewerbsfähigen Budgetrahmen geachtet werden.

Vor diesem Hintergrund ist insbesondere das offene Echtzeit-Protokoll POWERLINK für Washing CNC von Bedeutung. Die Funktionsweise dieses Ethernet-Standards bietet höchste Performance und kompromisslose Echtzeitfähigkeit auf Basis der weltweit etablierten Standard-Ethernet-Technologie nach IEEE 802.3. Durch den Einsatz von POWERLINK wurden die Verdrahtung – und damit die Verdrahtungskosten – reduziert sowie neue Maschinendesigns ermöglicht.

Die richtige strategische Auswahl treffen

Für die Entwickler war es besonders wichtig, die am besten geeignete Plattform auszuwählen. Der Geschäftsführer von Washing CNC, Zhelu Li, für den dieses langfristige Projekt von sehr großer Bedeutung ist, entschied sich gemeinsam mit dem Entwicklungsteam für den Einsatz von POWERLINK bei der Konstruktion der Hochleistungs-CNC-Steuerung. Die Entwicklung einer solchen Steuerung erfordert nicht nur umfangreiches technisches Wissen, sondern auch große Erfahrung im Entwicklungsbereich. Die Ingenieure von Washing CNC verfügen über das notwendige Know-how und konnten dieses bereits in der Entwicklung von Hardware, wie FPGA oder ARM, sowie Software – zum Beispiel Plattformen basierend auf Linux und Windows CE – sammeln.

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Die POWERLINK Slave Station basierend auf einem XILINX FPGA.

CNC-Steuerung mit einer Zykluszeit < 100 µs

Washing CNC Geschäftsführer Zhelu Li hatte eine wesentliche Anforderung an das Entwicklungsteam gestellt: eine auf internationalen Standards basierende CNC-Steuerung zu bauen die ein hohes Prozessdatenaufkommen verarbeiten kann und gleichzeitig Zykluszeiten von unter 100 µs erreicht. Nur so kann gewährleistet werden, dass die CNC-Technologie von Washing CNC auch in den kommenden 5 bis 10 Jahren führend ist.

POWERLINK ist auf unterschiedlichen Plattformen wie ARM, Power PC, Intel X86 oder FPGA lauffähig. Die geplanten WA730/740 Serien von Washing CNC sind High-End CNC-Steuerungen mit hohen Echtzeit-Anforderungen.

FPGA stellt dafür die optimale Lösung dar. Die Entscheidung fiel für einen Chip der Marke XILINX. Dieser FPGA-Chip verfügt über eine Funktion zur Uhrensynchronisation, deren Jitter-Zeit zwischen 20 und 60 ns beträgt. Dieser Chip bildet die Hardwarebasis für die POWERLINK-Integration in der neuen Hochleistungs-CNC-Steuerung.

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POWERLINK bietet als Nachfolgetechnologie der klassischen Feldbusse höchste Performance und kompromisslose Echtzeitfähigkeit auf Basis der weltweit etablierten Standard Ethernet Technologie. Mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 100 MBit/s und einer Synchronisationsgenauigkeit von < 100 ns lassen sich selbst anspruchsvollste Aufgaben aus den Bereichen Steuerungstechnik, Robotik, CNC und Motion Control beliebig in einem einzigen Netzwerk kombinieren.

Komplette Lösungsplattform

Das Open-Source-Projekt POWERLINK umfasst nicht nur den Quellcode des Stacks für die POWERLINK-Kommunikation, sondern bietet zugleich auch ein komplettes System für die Entwicklung der Netzwerkanschaltung und Konfiguration der Netzwerkkommunikation. Es bietet den Entwicklern zahlreiche Möglichkeiten, etwa die Entwicklung von Referenzschaltungen, Codierung und Dokumentation, Prüfwerkzeuge wie den XDD Checker oder das CONFORMANCE Tool. Der openCONFIGURATOR wird zur Netzwerkkonfiguration verwendet und kann als Plugin für Engineeringtools verwendet werden. Außerdem kann das Open-Source-Diagnosewerkzeug Wireshark für die Systemdiagnose eingesetzt werden, um die Entwicklungsabläufe zu vereinfachen.

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„Eine wesentliche Anforderung an das Entwicklungsteam war es, die beste auf internationalen Standards basierende CNC-Anlage mit hoher Datenbelastung und Zykluszeit unter 100 µs zu bauen. Nur so können wir gewährleisten, dass wir auch in den kommenden 5 bis 10 Jahren marktführend sind.“ Jiang Chen, Research & Development Director bei Washing CNC

Leistung der Spitzenklasse

Auf der IAS (Industrial Automation Show) 2013 präsentierte Washing CNC zum ersten Mal die neuesten Produktreihen WA730/740. Mit einer Reaktionszeit von 100 µs überzeugte das Unternehmen Washing CNC und seine POWERLINK-Produktserien das anwesende Fachpublikum.

POWERLINK wird weiterhin das Kernprodukt von Washing CNC bleiben. In der Zukunft wird sich daher Washing CNC auch weiterhin auf die Verbesserung und Weiterentwicklung der POWERLINK Produktserien konzentrieren, um die individuellen Bedürfnisse von Kunden zu erfüllen.

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