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01 Aufbauschema der komplexen Tubenproduktion

Komplexe Tubenproduktion zuverlässig gesteuert

02 Hauptantrieb mit 15 kW Leistung der Beschneidemaschine

03 Pressenmodul mit Mäanderzwischenspeicher

04 Das individuelle Design wird als Mehrfarbendruck im Druckmodul aufgetragen

Moderne Automatisierungstechnik verlangt von den eingesetzten Steuerungen eine hohe Rechenkapazität, schnelle Reaktionszeiten sowie eine möglichst einfache Programmierung und Bedienung. Eine neue Maschinensteuerung trägt diesen Forderungen Rechnung. Sie basiert auf der Erkenntnis, dass jede Kette nur so stark ist wie ihr schwächstes Glied. Daher setzten die Entwickler von vornherein auf eine stabile Gesamtlösung.

Fertigungsstraßen für Tuben sind ein gutes Beispiel für komplexe Anlagen. Ein Spezialist für solche Lösungen, die Firma Mall + Herlan aus Pfinztal-Berghausen, setzte beim Bau seiner neuen Anlage auf die All-in-One-Maschinensteuerung Sysmac von Omron. Ausschlaggebend für die Entscheidung war die Möglichkeit, die unterschiedlichen Abschnitte der Anlage jeweils für sich optimal zu steuern und gleichzeitig die Kommunikation untereinander wie auch zur Leitebene über den passenden Bus sicherzustellen.

Tubenproduktion verlangt Know-how
In der Theorie ist die Produktion von Tuben einfach: Ein Metallrohling wird tiefgezogen, innen und außen lackiert, bedruckt, eingezogen und verpackt. Allerdings erfordern diese fünf Schritte für einen reibungslosen Ablauf große Erfahrung und ein komplexes Anlagendesign. Schon die Ausmaße der Produktionslinie mit rund 80 m Länge zeigt, dass bei dieser Anlage neben der Steuerung im einzelnen Produktionsabschnitt auch vielfältige Abstimmungsaufgaben über die gesamte Anlage notwendig sind. Die Tubenproduktion (Bild 1) besteht aus folgenden Abschnitten: In der Presse wird aus der Ronde in einem Zug eine Tube gepresst (Bild 2). Die Beschneidemaschine bringt die Tuben auf die gewünschte Länge und rollt das Gewinde auf. Nach diesem Schritt laufen die Tubenrohlinge in einen Zwischenpuffer, der die Pressenstation von der nachfolgenden Innenbeschichtung entkoppelt (Bild 3). In einem Glühofen wird der metallische Tubenkörper weichgeglüht und dann mit einem poren- und nahtlosen, chemisch inerten Überzug versehen, um später den Inhalt zu schützen. Danach wandern die so beschichteten Tuben in einen Trockenofen und von dort in einen weiteren Zwischenspeicher. Es folgt die Außenbeschichtung (Bild 4). Hier wird über eine Lackier- und Druckmaschine die schützende äußere Grundierung sowie das individuelle Dekor als Mehrfarbendruck aufgetragen und über Öfen getrocknet. Durch einen Pufferspeicher laufen die Tuben in die Hütchenaufschraubmaschine zum Aufbringen der individuellen Verschlüsse. Danach erfolgt die Weiterleitung in den Verpackungsabschnitt, wo sie für den Transport zum Abfüller in schützende Kartons verpackt werden. Über die gesamte Fertigungslinie müssen alle Prozesse nahtlos und präzise gesteuert werden, um sicherzustellen, dass der dünne, empfindliche Tubenkörper ohne Beulen und Falten beim Kunden eintrifft.

05 In der Anlage arbeiten mehrere Sysmac-NJ-Maschinencontroller zusammen und gewährleisten das optimale Zusammenspiel aller Komponenten

06 HMI-Bedienfelder sorgen für Information und einfache Bedienung

Hohes Steuerungspotenzial
Um das optimale Zusammenspiel aller Komponenten zu gewährleisten, arbeiten in der Anlage mehrere Controller der Serie NJ zusammen (Bild 5). Alle Anlagensignale, die Servoantriebe und Frequenzumrichter sind über Ethercat mit dem Sysmac Controller verbunden, während die einzelnen Controller untereinander über Ethernet/IP kommunizieren. Antriebsseitig werden ausschließlich MX2-Frequenzumrichter sowie Accurax-G5-Servosysteme eingesetzt. Die visuelle Information und Bedienung vor Ort wird durch acht HMI-Bediengeräte mit 5-Zoll- und 12-Zoll-Monitoren sichergestellt (Bild 6). Die komplexe Steuerung benötigt acht Controller: Im Pressenmodul arbeitet ein Controller für 19 Achsen, für die Innenbeschichtung ist ein weiterer Controller für 32 Achsen zuständig. Fünf vierachsige und eine 16-achsige Ausführung übernehmen die Steuerung der übrigen Abschnitte. Da in der Anlage Asynchron- und Servomotoren eingesetzt werden, sind für die Motorensteuerung sowohl Frequenzumrichter als auch Servosysteme nötigt. Die Druckwerkverstellung beispielsweise erfordert eine exakte Positionierung und synchrone Bewegung mehrerer Achsen; hier kommen daher 100-W-Servomotoren über G5-Servosysteme mit Ethercat-Bus gesteuert zum Einsatz. Auch bei der Innenlackierung ist für die Sprühdüse ein exakter Bewegungsablauf wichtig. Dafür wird der 15-kW-Antrieb ebenfalls per Servosystem geregelt. Für die Presse dagegen sind absolute exakte Positionen nicht ausschlaggebend, hier zählen Kraft und Preis. MX2-Frequenzumrichter mit Eigenintelligenz und ebenfalls integriertem Ethercat-Anschluss regeln diese Motoren mit Leistungen von 10 kW bis 15 kW.

Umfassende Unterstützung
Die Umstellung einer Anlage auf eine neue Steuerung ist keine Arbeit „im Vorbeigehen“, zumal wenn, wie in diesem Fall, die Termine für Fertigstellung und Inbetriebnahme wenig Spielraum erlauben. Hier kann die All-in-One-Lösung für die Maschinensteuerung ihre Vorzüge ausspielen. Die neue Automatisierungsplattform Sysmac vereint alle wesentlichen Komponenten unter einem Dach. Schnelle Echtzeitkommunikation über Ethercat, Netzwerküberwachung für komplexe Aufgaben oder Frequenzumrichter und Servosysteme, alles läuft unter einer gemeinsamen Oberfläche. Das erleichtert Entwicklung, Programmierung und Inbetriebnahme der Anlagen. Für den Neueinstieg bei begrenztem Zeitfenster bietet Omron für die Kunden weitgehenden Support an. Jürgen Martin, Leiter Elektrokonstruktion bei Mall + Herlan sagt dazu: „Um die neue Steuerung schnell in die Produktionsanlage einbinden zu können, nutzten wir die Unterstützung des Herstellers bei der Einarbeitung ins System. Parallel zum ,learning by doing‘ programmierten zu uns abgestellte Experten von Omron wesentliche Module für die Anlage. Durch diese zweigleisige Arbeit ließ sich der übliche Zeitrahmen für die Umstellung auf die neue Anlagensteuerung drastisch reduzieren.“ Da das Sysmac Studio IEC-61131-konform ist und alle Motion-Funktionen nach PLC open programmiert werden, ist ein Transfer von bereits bestehendem Know-how auf die neue Plattform einfach umzusetzen. Der Anwender kann auf bestehende Erfahrung zurückgreifen, unter bekannter Programmieroberfläche arbeiten und zudem bestehende strukturierte Texte beziehungsweise Motion-Funktionalitäten in die Programme der Sysmac-Steuerung importieren.

Gute Performance
Erste Praxistests an den einzelnen Anlagenmodulen der Tubenproduktionsanlage ergaben eine gute Performance der neuen Steuerungslösung und ein gelungenes Zusammenspiel der einzelnen Komponenten. „Gerade bei der Zusammenstellung bzw. bei nachträglich festgestellten Ergänzungen und Änderungen einzelner Komponenten war der Lieferservice exzellent. Alle benötigten Teile waren immer vorrätig und sehr schnell vor Ort. Verzögerungen durch Wartezeiten auf Komponenten gab es nicht“, stellt J. Martin zufrieden fest. Die hohe Rechenleistung in Verbindung mit dem schnellen Ethercat-Bus und den „Distributed Clock“ in den Slaves erlaubt die optimale Abstimmung auch zeitkritischer Abläufe über die gesamte Anlagentopografie. Die Automatisierungsplattform Sysmac vereint alle Arbeitsabläufe von der Programmierung über virtuelle Testläufe bis hin zu Sicherheitsfunktionen unter einem gemeinsamen Softwaredach. Hohe Rechenleistung und schnelle Busanbindung zu den Slaves prädestinieren das System für den Einsatz in komplexen und zeitkritischen Anwendungen. Eine umfangreiche Herstellerunterstützung nicht nur während der Einarbeitungsphase reduziert die sonst übliche „Time to Market“ beim Umstieg auf ein neues bzw. moderneres Steuerungssystem. Zusammen mit dem schnellen Lieferservice für alle Komponenten spart der Anwender so wertvolle Zeit bei Entwicklung und Inbetriebnahme. (mh)

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Autoren:
Thorsten Veit ist als Field Sales Engineer Automation & Drives bei Omron in Langenfeld tätig. thorsten.veit@eu.omron.com

Dipl. Chem. Andreas Zeiff ist Fachautor im Redaktionsbüro Stutensee. azeiff@rbsonline.de