Hohe Anforderungen an die Dynamik

Übersicht über die Gesamtanlage mit zwei koppelbaren Verpackungslinien

© Sigmatek

Gesamtheitlich betrachtet ist die Verpackungslinie eine Anlage mit über 60 Bewegungsachsen, viele davon sind hochdynamisch. Die modular aus einzelnen Maschinen und Förderanlagen aufgebaute Linie hat daher Bedarf an schneller Synchronisation der einzelnen Servo­motoren, um die starre Vertaktung der Produktions-, Förder- und Verpackungsvorgänge sicherzustellen. Mit anderen Worten: Bis zu 500 Einheiten müssen pro Minute positionsgenau befördert werden. Wichtig dabei ist die exakte Beschleunigung, die innerhalb eines bestimmten Zyklus mit wenigen Millisekunden beginnt beziehungsweise endet.

"Bei dieser Anlagenkomplexität war mit der früher eingesetzten Technik der Entwicklungs-, vor allem aber der Wartungsaufwand recht hoch geworden", erinnert sich Johan Greymans, Gründer und Eigentümer von Greymans Paktech BV. Zudem hatte die mangelnde Offenheit des damaligen Systems, welches auf traditioneller Feldbustechnik und traditionell verketteter Fördertechnik bestand, die Flexibilität von Greymans eingeschränkt.

Für die hoch dynamischen Antriebe des Puffers kommen Servoantriebe für je zwei Motoren zum Einsatz, die direkt über Varan angesprochen werden (links). Die Ansteuerung von Antrieben mit weniger hohen Anforderungen (rechts) erfolgt über CANopen

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Grund genug für den Maschinenbauer, sich im Jahr 2010 auf die Suche nach einem modernen, einfach handzuhabenden und vor allem sehr offenen System zu machen. Fündig wurden die Ver­packungsspezialisten schließlich bei dem niederländischen Sigmatek-Vertriebspartner Sigmacontrol, der seither alle Greymans-Anlagen mit der durchgängigen Automatisierungslösung von Sigmatek ausstattet. Diese ist unter anderem gekennzeichnet durch die Verbindung aller Anlagenteile über 'Varan'. Mit dieser schnellen, hart echtzeitfähigen Industrial-Ethernet-Kommunikationslösung sind die Steuereinheiten der einzelnen Förderbänder, die Verpackungsmaschine sowie die beiden Control Panels vom Typ ETV 0551 an den Puffereinrichtungen vor den Flow Wrappern verbunden. Die Panels steuern die hintereinander liegenden unterschiedlichen Maschinen unabhängig voneinander und schließen letztere zu einer Einheit mit gemeinsamem Materialfluss zusammen. Konkret handelt es sich dabei um frontseitig IP65-geschützte 5,7-Zoll-Panels mit Farb-Touchscreen, je acht digitale Ein- und Ausgänge und Edge-Technology-Prozessor, der hohe Performance mit niedriger Verlustleistung kombiniert.

Als vorteilhaft sieht Greymans vor allem den geringen Verkabelungsaufwand durch den Einsatz des Varan-Busses und die Möglichkeit, die Anlage sehr modular aufzubauen, ohne jeden Anlagenteil mit hoher Eigenintelligenz ausstatten zu müssen. Die Fördereinrichtungen mit weniger aufwendigen Steuerungsanforderungen benötigen keine eigene CPU. Die für diese Zwecke zuständigen I/O-Module der C-Dias-Serie werden über ein entsprechendes Anschaltmodul direkt mit dem Varan-Bus an die zentrale Einheit angeschlossen. Als zentraler Teil des Automatisierungssystems führen die Control Panels das Steuerungsprogramm aus, das auf einer wechselbaren Micro-SD-Karte auf einfache Weise getauscht werden kann.

Die höchsten Anforderungen an Dynamik und Synchronität der Antriebe stellt die Angleichung der Riegel-Abstände in den Puffern vor den Flow Wrappern. Dort kommen daher die Zwei-Achs­module der modularen und kompakten Dias-Drive-100-Serie zum Einsatz. Sie werden direkt über Varan angesprochen. Die Antriebe in den anderen Förderbandmodulen kommen mit einer geringeren Dynamik aus und sind daher über CANopen angebunden. Hierzu dient das Interface-Modul CIV 521, das den Varan-Bus um den CAN-Bus sowie um zahlreiche weitere Standard-Schnittstellen erweitert.

Aufgrund des modularen Aufbaus des E/A-Systems lassen sich die sicheren und nicht sicheren Komponenten beliebig kombinieren. Da sich mit Varan standard- und sicherheitskritische Daten mit demselben Bussystem übertragen lassen, entfällt die kostenintensive separate Verdrahtung der Sicherheitskomponenten.

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Die Offenheit des Systems war einer der ausschlaggebenden Gründe dafür, dass sich Greymans Paktech für die Sigmatek-Lösung entschieden hat. "Sie macht es uns einfach, Fremdsysteme einzubinden und gestattet es uns auch, Wartungskonzepte mit Ferndiagnose über Internet zu realisieren", bemerkt der Firmeninhaber Johan Greymans in diesem Zusammenhang und nennt noch einen weiteren Vorteil der integrierten Lösung: "Intern ist die Varan-Verbindung vor allem für die Sicherheitsstopps sehr wichtig. Wird eine Maschine gestoppt, hält auch die nächste an." Zur Gewährleistung der Sicherheit von Mensch und Maschine ist die C-Dias-Safety-CPU CSCP 011 zuständig. Sie verarbeitet die Signale von vier eingebauten sicheren Eingängen und kommuniziert über den Ethernet-Bus mit anderen, ebenfalls abgesetzten sicheren Ein- und Ausgängen.

Ein großer Effizienzsprung gelang schließlich mit dem Umstieg auf die objektorientierte Software-Entwicklungsumgebung 'Lasal' für das Programmieren der gesamten Anlage. Dabei werden Code und Daten in logische Einheiten – so genannte Objekte – zusammengefasst und nach außen gekapselt, sodass eine ungewollte Beeinflussung ausgeschlossen werden kann. Der eigentliche Programmcode wird in den gebräuchlichen Hochsprachen implementiert. Die einzelnen Software-Module (Objekte) lassen sich dabei wie in einem Baukastensystem zusammensetzen, und über die modulare Struktur sind bereits erstellte Applikationsteile einfach erneut verwendbar.

Die Umstellung auf die objektorientierte Programmierung führte zum einen zu einer erheblichen Beschleu­nigung und besseren Übersichtlichkeit der Software-Ent­wicklung; zum anderen bringt die Arbeit innerhalb einer einheitlichen Entwicklungsumgebung für alle Teilaspekte der Automatisierungslösung eine deutliche Produk­tivitätssteigerung und Vereinfachung des Engineerings. So ist in Lasal nicht nur die Ablauf­steuerung, sondern auch die Antriebstechnik program­mierbar und nicht zuletzt die Visua­lisierung. Selbst die Konfi­guration der sicherheitsgerichteten Steuerungsapplikation lässt sich mit dem 'Safety Designer', welcher Bestandteil der Programmierumgebung ist, einfach erledigen.