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Profinet-Drehgeber sorgen im Papierwerke für höhere Produktivität

Bild 1. Bei Klingele kommen große, technologisch komplexe Maschinen für die Wellpappeproduktion zum Einsatz

Bild 2. Die Inline-Maschine wurde auf Sendix-Drehgeber mit Profinet-Schnittstelle umgestellt

Oberstes Ziel in jeder Produk­tion ist es, Stillstandzeiten zu reduzieren bzw. zu vermeiden. Vielfach gilt, je größer und komplexer die Maschine und je höher ihr Output, desto teurer sind Ausfälle. Eine jener Branchen, in denen tech­nologisch komplexe und allein von der Größe her gewaltige Maschinen zum Einsatz kommen, ist die Papier- und Well­pappeproduktion. Hier ist auch die Firma Klingele Papier­werke zu Hause. Zur Optimierung ihrer Produktion hat sie auf Profinet-Kommunikation umgestellt. Im Zuge dessen kommen nun Drehgeber mit Profinet-Schnittstelle von Kübler zum Einsatz.

Klingele ist Hersteller von Verpackungen aus Wellpappe und Wellpappenrohpapieren und beschäftigt allein in Deutschland rund 1 000 Mitarbeiter. Das Werk am bayerischen Standort Hilpoltstein wurde 1959 erbaut und produziert Wellkisten, Stanz- Faltboden und Spezialverpackungen in unterschiedlichen Formen und Größen. Dabei reicht die Produktpalette von Transport- und Versandverpackungen über präsentations- und regalgerechte Verkaufsverpackungen aus Wellpappe bis hin zu Wellpappverpackungen für Gefahrgut. Je nach Anforderung können alle Verpackungslösungen bedruckt oder unbedruckt, mit oder ohne Veredelung oder nach speziellen Vorgaben gefertigt werden.

Vorteile der Profinet-Vernetzung
In der Produktion stehen die riesigen Rollbahnsysteme, die tonnenschwere Paletten von den produzierenden Maschinen an die ­Lagerplätze autonom transportieren. „Ich war beeindruckt von der Anlage, als ich sie zum ersten Mal gesehen habe“, erinnert sich Josef Koprek. Der Entwicklungsingenieur bei Kübler hatte den Auftrag, diese Maschinen im Zuge eines Retrofittings mit Profinet-Technologie nachzurüsten. Gemeinsam mit dem technischen Leiter von Klingele, Matthias Seitz, und der Firma S Team 92, die alle Planungs- und Programmierarbeiten sowie die Lieferung der ­Umbauteile ausführte, zeichnete er für dieses Pro­jekt verantwortlich.
Die Zielsetzung war, mit Profinet die Rüstzeiten zu reduzieren. „Wir haben uns eine deutliche Kostenreduzierung versprochen, und das hat sich auch bewahrheitet“, berichtet M. Seitz.
Angesichts der Investitionen in Höhe von 230 Mio. € in die Modernisierung des Unternehmens in den vergangenen zehn Jahren, einer Kapazität von 250 000 t Papier und einer Produk­tion von 450 Mio. m 2 Wellpappe pro Jahr wird das Potenzial deutlich. „Hier zählt jede Minute“, so M. Seitz. Minuten, die dank der ­Profinet-Drehgeber eingespart werden können.
„Bei Profinet handelt es sich um eine ethernetbasierte Technologie, die mit Vollduplex und 100 Mbit/s für die Bandbreite sorgt, die für derartige Steuerungsaufgaben benötigt wird“, erklärt J. Koprek. Sie funktioniert als „gemütliche“ Realtime mit Zykluszeiten um 10 ms aber auch als harte isochrone Realtime mit 1 ms Zyklustakt und 1 µs Jitter, auch als IRT-Mode bekannt.

Mit seiner jüngsten Entwicklung, dem Absolut-Profinet-Drehgeber Sendix bietet Kübler einen Drehgeber an, der für solche Aufgaben prädestiniert ist. Das gilt für neue Maschinen ebenso wie für bestehende. Auch die neu mit Profinet-Drehgebern von Kübler ausgestattete Anlage verfügte bereits über ein Bussystem. Es handelt sich dabei um eine Inline-Maschine (Bild 1), die Wellpappe aller Formate und Qualitäten mit einer Arbeitsbreite von 600 mm bis 2 150 mm und einer Länge von 300 mm bis 900 mm verarbeitet. Die Anlage kann sektionsweise bedrucken, rillen, schlitzen, stanzen, bekleben und falten in einem Arbeitsprozess und produziert maximal 18 000 Bögen pro Stunde. Bis zur Umrüstung war sie mit einer Steuerung mit sechs CPU und Sinec-L1-Bus ausgestattet. Die Achsen wurden mit Inkrementalencodern und dazugehöriger PCU (Positioniersteuereinheit) verfahren. Die PCU wurden von einem Zentralrechner mit Maßdaten versorgt. „Die S5-Steuerung mit Sinec-L1-Bus machte zunehmend Probleme. Wir hatten sporadisch Fehler in der Signalübertragung und somit SPS-Fehler, die zeitweise zu Maschinenstillständen führten“, fasst M. Seitz die frühere Situation zusammen. Auch die Achssteuerung habe nur noch teilweise automatisch funktioniert. „Die Maßdaten wurden zwar noch übertragen, aber die Achsen liefen beim Auftragswechsel nicht automatisch auf das passende Maß“, erzählt der technische Leiter.

Beim Retrofit durch die Firma S Team 92 wurde im ersten Schritt der Sinec-L1-Bus durch Profinet ausgetauscht. Im zweiten Schritt wurde der Zentralrechner für Auftragswechsel und Achssteuerung durch einen Siemens-IPC und drei Touchpanel ersetzt. Gleichzeitig wurden alle 32 Encoder durch Kübler-Absolutwertgeber mit Profinet-Schnittstelle (Bild 2) getauscht. Die Verkabelung wurde sektionsweise mit Switchen gelöst. Am Anfang kam es zu Störungen der Geber, was an einer doppelten IP-Belegung der Profinet-Controller lag. Nach Updates der Kübler-Firmware und des Siemens-IPC läuft die Anlage nun absolut störungsfrei und sicher. Durch das Retrofit konnten sowohl die Anzahl der Stillstände als auch die Rüstzeiten wie gewünscht verringert werden. „Die Investition zahlt sich für uns in barer Münze aus, wir sind sehr zufrieden“, lautet das Fazit von M. Seitz.

Details zum Sendix-Profinet-Drehgeber
In die Profinet-Singleturn und Multiturn-Drehgeber Sendix ist das gesamte Drehgeber-Profil gemäß „Profile Encoder Version 4.1“ sowie „Identification & Maintenance-Funktiona­lität“ in Version 1,16 Zoll (IM 0, 1, 2, 3 und 4) implementiert. Die Geräte unterstützen den IRT-Mode (Isochronous Real-Time). Der IRT-Mode bietet durch Entkopplung der Echtzeitkommunikation von der Standardkommunikation (TCP/IP) eine Echtzeitlösung für alle hochperformanten Anwendungen, wie taktsynchrone Applikationen. Die kurze Zykluszeit von ≤1 ms ermöglicht einen flexiblen und vielseitigen Einsatz. Die Auflösung beträgt bei Singleturn-Geräten bis 16 bit und bei Multiturn-Geräten bis 28 bit Gesamt­auflösung.
Für eine Plug-and-play-Inbetriebnahme sorgt die im Lieferumfang enthaltene Software „Ezturn für Profinet“. Hiermit kann auch die Software des Drehgebers einfach aktualisiert werden. Mit diesem Firmware-Update lassen sich die Eigenschaften des Drehgebers erweitern, ohne den Drehgeber zu demontieren. Außerdem können Skalierungen, Preset-Werte und weitere Parameter über Profinet programmiert werden. Auch das visualisierte Monitoring der wichtigsten Parameter ist im Leistungskatalog der Ezturn-Software enthalten.

Spezieller Lageraufbau für hohe Sicherheit
Sendix-Profinet-Singleturn- und -Multiturn-Drehgeber gewähren dank des Safety-Lock-Lageraufbaus hohe Sicherheit. Das verblockte, größere Lager mit großem Abstand sorgt für Stabilität bei Vibrationen und verleiht eine Robustheit, die auch Installa­tionsfehler verzeiht. Dadurch werden Maschinenstillstände und Reparaturen vermieden. Durch die hochinte­grative Opto-Asic-Technologie von Kübler ist die Elektronik und optische Sensorik zugunsten einer höheren Zuverlässigkeit auf wenige Bauteile reduziert. Die Geräte sind im Druckgussgehäuse ausgeführt und bis IP67 geschützt. Sie sind in einem weiten Temperaturbereich von –40 °C bis 85 °C einsetzbar.

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Autor: Stefan Kech ist Teamleiter Marketing Kommunikation bei der Fritz Kübler GmbH in Villingen-Schwenningen.