Die Entgratmaschinen Countersink CS 21.x des dänischen Maschinenbauers O&J Højtryk A/S übernehmen die Finish-Bearbeitung von Bohrungen, welche in die Matrizen für Pelletierpressen eingebracht werden. Die auf Trommeln aufgespannten Matrizen haben einen Durchmesser von bis zu 2000 mm, eine Breite von bis zu 600 mm und besitzen bis zu 80 000 Löcher, durch die der Futterbrei zur Herstellung von Futterpellets gepresst wird. Darüber hinaus kommen die Entgratmaschinen zur Grunderneuerung der Matrizen zum Einsatz.

Das Entgraten der Bohrungen ist eine anspruchsvolle Aufgabenstellung, da die Lochabstände variieren können und bei einer Taktzeit von 0,5 s pro Loch nur 250 ms für die exakte Positionierung des Entgratwerkzeuges - in diesem Fall ein Senker - zur Verfügung stehen. Die Pelletiermatrize wird dabei auf zwei Achsen an der Oberseite der Maschine aufgesetzt.

Verstellbare Aufnehmerstufen an den beiden Achsen ermöglichen eine Anpassung der Aufnahme an die jeweilige Breite und den Durchmesser der Matrizentrommeln. Zur Realisierung der hierfür notwendigen Steuerungs- und Antriebstechnik kamen folgende Automatisierungskomponenten des Herstellers ABB zum Einsatz:

• Eine skalierbare speicherprogrammierbare Steuerung AC500 vom Typ PM581- ETH. Die Zentraleinheit der Steuerung verfügt über 256 kByte Anwendungsprogrammspeicher, einen SD-Memory- Card-Slot, zwei konfigurierbare RS232/ 485-Schnittstellen, acht Funktionstasten für Diagnose und Status sowie über einen integrierten Ethernet-TCP/IP-Koppler mit Motion Control Library.
   
• Zwei ACSM1-Servoumrichter aus der so genannten Machinery-Drives-Reihe mit einer Leistung von 0,75 kW. Diese steuern jeweils einen Servomotor der Serie 9C mit einem Nennstrom von 2,5 A, einer Nennleistung von 0,88 kW und einer Nenndrehzahl von 3000 Umdrehungen pro Minute. Der Servoumrichter ACSM1 zeichnet sich durch seine hohe Flexibilität in der Hard- und Software aus. Es können Multiachskonzepte mit einer Umrichter-Umrichter- Kommunikation mit Einspeise- und Rückspeise- Einheiten und verschiedene Gebersysteme realisiert werden.
  
  Die Firmware ist derart gestaltet, dass sich durch Parametrierung und eine interne IEC-61131-Programmierung individuelle Kundenprogramme erstellen lassen - das Ganze bei Anwendungen von Open-Loop-Drehzahlregelung bis hin zu Positionierung und Winkelsynchronlauf mit elektronischer Getriebefunktion. Für den Entgrater CS21 erfolgte die Anbindung der beiden Servoumrichter über Profibus ohne spezielle Programmierung im ACSM1.
• Drei so genannte „General Machinery Drives" vom Typ ACS350 mit einer Leistung von 1,5 kW, 2,2 kW und 4,0 kW. Jeder Drive steuert jeweils einen Standard- Asynchronmotor. Die General Machinery Drives sind für allgemeine drehzahlgeregelte Anwendungen im Maschinenbau ausgelegt; hier unterstützt die Parametrierung die jeweilige Antriebsaufgabe. Das heißt: Der Anwender kann durch auswählbare Applikationsmakros sehr schnell Lösungen für die entsprechende Anwendung realisieren. Die Ansteuerung der Drives erfolgt im vorliegenden Anwendungsfall über Profibus von der SPS.
• Ein Touchpanel mit 6,5-Zoll-TFT-LCFarbdisplay im IP66-Aluminiumgehäuse. Das Panel verfügt über zwei serielle Schnittstellen, eine Ethernet-Schnittstelle sowie einen CF-Card-Slot und hat einen Webserver on board. Die Verbindung zum Touchpanel ist über Modbus-TCP/IP realisiert.

Geberrückführung für exaktes Positionieren

Einer der beiden Servoumrichter übernimmt die Positionierung der X-Achse, die für das Drehen der Trommel und damit für den Vorschub zum nächsten Loch verantwortlich ist. Dabei wird nur eine Achse über ein Getriebe und eine Kupplung angetrieben, während sich die zweite Achse durch das Gewicht der Trommel frei mitdreht. An deren Ende sitzt ein Absolutwertgeber, der die genaue Position der Trommel auf den Servoumrichter zurückführt. Die Drehzahlrückführung geschieht über einen Resolver im Servomotor der ersten X-Achse.

Die AC500-SPS lässt sich auf der rechten Seite durch bis zu zehn I/OModule erweitern, links können vier Feldbus- und Kommunikationsmodule angereiht werden. Zwei serielle Schnittstellen und Ethernet sind bereits on board. Auch der Servoumrichter ist auf dem unteren Steckplatz mit verschiedenen Feldbus- Adaptern ausstattbar, während auf den oberen Steckplätzen unterschiedliche Encoder- oder I/O-Erweiterungsmodule platziert werden können. Safe-Torque-Off-Funktion und Drive-To-Drive-Schnittstelle sind standardmäßig integriert.

© ABB

Die besondere Herausforderung bei dieser Anwendung bestand darin, dass die zu entgratenden Löcher keine gleichen Abstände haben. Würde der Senker stets auf denselben Abstand positioniert werden, bestünde die Gefahr, dass er das Loch nicht mittig trifft und es vergrößert. Um dies zu verhindern, wird beim Einführen des Senkers in das Loch die starre Verbindung von der antreibenden Achse zum Motor gelöst. Der Senker zentriert die nun frei bewegliche Trommel beim Einfahren in das Loch.

Dabei ermittelt die Steuerung die Abweichung zur ursprünglichen Position und berechnet eine Zielkorrektur für das Anfahren des nächsten Loches. Insgesamt stehen für diese Aktion nur 250 ms zur Verfügung. Der zweite Servoumrichter regelt den Spindellinearantrieb für den Vorschub auf die nächste Lochreihe. Die drei Standard- Frequenzumrichter sorgen für die Drehbewegung des Entgratwerkzeugs (Senkers) sowie für das Heben und Senken des Senkers beziehungsweise für das Heben und Senken des Hubtisches.

Die SPS übernimmt schließlich die Steuerung der kompletten Maschine. Neben der Ansteuerung der Antriebe werden hier die Vorgabewerte der Matrizentrommel sowie statistische Daten und Alarme verarbeitet. Die Möglichkeit zur Fernwartung der SPS war für Olesen & Jensen ein weiterer wichtiger Grund, sich für die AC500 zu entscheiden. Dabei kann der Maschinenhersteller die SPS direkt via Internet und VPN-Zugriff programmieren, Daten abfragen und den Ablauf online beobachten.

Das Touchpanel stellt die Schnittstelle zum Bediener dar. Hierüber werden die Vorgabewerte wie Umfang und Lochanzahl der Matrizentrommel sowie Geschwindigkeit des Entgraters und die Taktrate eingegeben. Danach lässt sich die Maschine vom Panel aus manuell fahren oder der Automatikbetrieb starten.

MC-Library vereinfacht Programmierung

Die Entgratmaschinen von O&J Højtryk sind eine der ersten Anwendungen, bei der die AC500-Steuerung mit der neuen Motion- Control-Funktionsbaustein-Bibliothek (PS551-MC) im Zusammenspiel mit ABBFrequenzumrichtern zum Einsatz kommt. Diese Anwendungsbibliothek auf Basis des PLCopen-Motion-Control-Standards wurde speziell für OEMs aus dem Maschinenbau und für Systemintegratoren konzipiert und ist für Applikationen ausgelegt wie zum Beispiel den Materialtransport und auch für Anwendungen in der Verpackungs-, Kunststoff-, Druck- sowie der Textilindustrie.

Die nach PLCopen standardisierten Motion-Control-Funktionsblöcke werden über die AXIS_REF-Variable an den spezifischen Antriebs-Access-Baustein angebunden. Auf diese Weise wird die Verbindung mit dem eingesetzten Antrieb hergestellt. Für jeden Funktionsblock gibt es Templates, über die die Achse auch direkt von der Visualisierung aus gesteuert werden kann.

© ABB

Wichtige Funktionen in diesem Zusammenhang sind die Drehzahl und Lagevorgabe mit den Parametern Positioniergeschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung sowie das standardmäßige Homing. Ziel der Entwicklung war es, komplexe Funktionen über ein leicht zu bedienendes Motion-Control-Antriebsmodul zu lösen und damit Zeit und Kosten bei der Programmierung der Steuerung zu sparen. Die Funktionsbausteine lassen sich einfach aus einer Liste aufrufen. Besondere Programmierkenntnisse sind hierbei nicht erforderlich; Grundkenntnisse der Funktionsbaustein- Programmierung reichen aus.

Auf der Basis der grafischen Programmieroberfläche kann der Anwender rasch erkennen, wie sich beispielsweise die Positioniervorgabe und deren Ein- und Ausgänge darstellen. Verknüpfungen der einzelnen Funktionsblöcke lassen sich per Mausklick erzeugen oder auftrennen und damit anwendungsspezifische Applikationen schaffen. Zur Visualisierung der Funktionsblöcke ist kein zusätzliches Softwarewerkzeug erforderlich. Mit dem integrierten Visualisierungs-Tool des SPSProgrammiersystems kann der Anwender im Kontext der Applikationsentwicklung Visualisierungsmasken in ein- und derselben Oberfläche erzeugen.

Die Erstellung der PLCopen-Motion- Control-Bibliothek erfolgte nach der Spezifikation „Function blocks for motion control V1.1" der PLCopen-Organisation. Zusätzlich zu den in der Spezifikation vorgegebenen Funktionsblöcken hat ABB weitere Funktionsbausteine implementiert, wie zum Beispiel MCA_Move- VelocityContinuous, der die kontinuierliche Verstellung der Geschwindigkeit an einem aktiven Baustein ermöglicht und hier für die Ansteuerung der ACS350-Drives zum Einsatz kommt.

Durch die Verwendung der einheitlichen Programmiersoftware (Codesys) für sämtliche Typen der AC500-Serie ist auch die Motion- Control-Bibliothek mit allen Zentraleinheiten und in allen vorhanden Programmiersprachen wie Funktionsplan, strukturierter Text, Kontaktplan und Ablaufplan verwendbar.

Autor: Stefan Buchholz ist Applikationsingenieur SPS bei ABB Stotz- Kontakt in Heidelberg.

Der Anwender

Das 1919 gegründete dänische Unternehmen „Olesen & Jensen AS" hat sich über die Jahre vom ehemaligen Elektroinstallationsbetrieb zum mittlerweile größten Unternehmen in Westjütland entwickelt.

Heute ist das Unternehmen mit etwa 160 Mitarbeitern in den Bereichen Elektro, Sicherheitstechnik, Kommunikation, Industrieautomation und Elektromechanik tätig. Als Systemintegrator liefern sie die Elektrotechnik für die Entgratmaschinen Countersink CS 21.x an den Maschinenbauer „O&J Højtryk A/S", der auch zur Olesen&Jensen-Gruppe gehört.