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Automatisierung
Zahlen, Daten, Fakten
Leonardo da Vinci (1452 bis 1519) war auch als Ingenieur seiner
Zeit voraus. Zur Belustigung der Fürsten hat er einige Automaten
entworfen, darunter den Ritter, dessen Schultern, Ellenbogen und
Handgelenke sich bewegen konnten. Ein ähnlicher Automat scheint
der Bremer Salutierautomat zu sein. Der geharnischte Mann
(Complimentarius) aus dem 17. Jahrhundert wurde über einen
Mechanismus gesteuert, der im Inneren der Figur verlief und sich
bi ld: fotolia
unter dem Boden fortsetzte. Die Figur öffnete beim Eintritt in den
Saal mit dem linken Arm das Visier seines Helms und hob sodann
die rechte Hand zum Gruß. Der nächste Schritt bewirkte ein Nicken
des Kopfes, das Visier schloss sich wieder
und die Arme senkten sich.
In Deutschland gab es am Ende des Mittelalters viele Feinmechaniker,
die führend im Automatenbau waren. Der Augsburger Hans Schlottheim
(1545 bis 1625) stellte um 1585 das berühmte Schiff Karls V. her. Am Bug hissen Matrosen Segel,
während andere einen Kontrollgang machen. Am Heck sitzt der Kaiser selbst auf einem Thron,
foto: Musée d‘art et d‘h istoi re
senkt sein Zepter und wendet seinen Kopf, während Würdenträger um ihn herum sich verbeugen.
Pierre Jaquet-Droz, 1721 geboren entwarf und baute zusammen
mit seinem Sohn Henri-Louis und seinem Mechaniker JeanFrédéric Leschot um 1770 drei der schönsten Automaten. Der
Schreiber ist 70 Zentimeter hoch und hat eine Gänsefeder in der
Hand. Er kann jeden beliebigen Text mit bis zu 40 Buchstaben schreiben. Zunächst taucht er die Feder in die Tinte und schüttelt sie leicht ab, dann schreibt
er und beachtet wie ein echter Schreiber die Auf- und Abwärtsstriche richtig.
Editorial
Aus wirtschaftlicher
Notwendigkeit
Die zukünftig notwendige
Automatisierung passt sich
an immer wieder ändernde
Fertigungsstrukturen an. Im
Maschinen- und Anlagenbau
sehen wir verschiedene EntHerbert Wegmann
wicklungsrichtungen. Einerseits
Vorstandsvorsitzender
liegt die Betonung auf Kompoim VDMA Fachverband
Elektrische Automation
nenten und Geräten, die auf
der untersten Ebene für den
Massenfertigungsprozess erforderlich sind, andererseits werden
weiterhin Maschinen mit Losgröße 1 eingesetzt, die individuell
konfiguriert werden müssen, zugleich immer wieder Bausteine
und wiederverwendbare Elemente nutzen. Als dritte Ebene steht
der Anlagenbau mit der Vielzahl von miteinander verbundenen
Prozessschritten und Maschinen. Hier sind Automatisierungslösungen erforderlich, die das komplette Verfahren einschließen
und auch in den einzelnen Prozessschritten anpassbar und erweiterungsfähig sind.
Automatisierungstechnik, wie wir sie heute kennen und einsetzen, wird sich im Laufe der kommenden Jahre stark verändern.
Ein Beispiel ist die Produktion in Hochlohnländern für technologisch anspruchsvolle Kleinserienfertigung und individualisierte
Massenfertigung. Sie benötigt Instrumente zur Vernetzung neuartiger Geräte, die das so genannte „lnternet der Dinge“ (lnternet
of Things, loT) nutzen.
In allen Märkten werden sich schnell Technologien für autonome
Instandhaltung, wartungsfreie Produkte, Wartungsdienstleistungen sowie anpassungsfähige und einfach konfigurierbare Lösungen ausbreiten. Zudem benötigt die Industrie bessere Lösungen
für das Energie- und Ressourcenmanagement, um mit den Erfordernissen und Vorschriften in puncto Nachhaltigkeit Schritt halten
zu können. Dabei geben ideologische Gründe immer weniger den
Ausschlag als vermehrt die pure wirtschaftliche Notwendigkeit
und Ressourcen-Knappheit.
Für eine schnellere Marktreife sowie die Optimierung von Fertigungszyklen und Lieferketten sind Daten nötig, die bereits bei
dem Design der zu fertigenden Produkte und bei der Simulation
von Industrieanlagen bereits massenhaft generiert werden – „Big
Data“. Diese Daten gilt es mit Informationen der Lieferkette und
der Betriebswirtschaft abzugleichen und zu analysieren. Dann
kann die von Informationen gesteuerte Fertigung greifen und für
morgen produzieren.
Herbert Wegmann
Impressum
Herausgeber und Verlag
VDMA Verlag GmbH
Lyoner Straße 18
60528 Frankfurt
www.vdma-verlag.com
Geschäftsführung
Stefan Prasse, Holger Breiderhoff
Verlagsleitung Zeitschriften
Manfred Otawa
[email protected]
Redaktion
Georg Dlugosch
Telefon +49 7423 8499477
[email protected]
Anzeigen
Verlagsvertretung Baden-Württemberg
und Hessen
Armin Schaum
Telefon +49 69 95408775
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Verlagsvertretung Nordrhein-Westfalen
und Niedersachsen
Gabriele Schneider
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Druckauflage
8.000 Exemplare
Technische Herstellung
Satz und Gestaltung: designtes, Frankfurt
Druck: Druck- und Verlagshaus Zarbock
GmbH & Co. KG, Frankfurt am Main
Veröffentlichungen in jeder Form, auch
auszugsweise, nur mit Genehmigung des
Verlags und unter ausführlicher Quellenangabe gestattet. Gezeichnete Artikel geben
nicht unbedingt die Meinung des Herausgebers wieder. Für unverlangt eingesandte
Manuskripte haftet der Verlag nicht.
Eine Beilage zu den VDMA Nachrichten.
DER BRANCHENTREFFPUNKT.
Inhalt
Editorial
04.– 06. NOVEMBER 2015
MESSEZENTRUM BAD SALZUFLEN
4
Aus wirtschaftlicher Notwendigkeit
Die Zukunft liegt in schlanken Komponenten
6
B&R: Servoverstärker bieten einen hohen Integrationsgrad
und eine kurze Abtastzeit
PacDrive-Roboter eignen sich für
eine Vielzahl von Anwendungen
im Verpackungsmaschinenbau
und Materialfluss.
10
Containerumschlag im Khalifa Port:
Sicherheit und Automation in einem System
8
Pilz: Ein moderner Hafen ist wie eine Produktionsanlage
Robotiklösungen: Steuerungstechnik
als Bestandteil der Automatisierungslösung 10
Schneider Electric: Zum Einstieg Mechanik-Komplettpakete
und individuelle Engineering-Dienstleistungen
Königsdisziplin Jigless: Möglichkeiten des vorrichtungslosen Roboterschweißens
12
Yaskawa: Vorteile durch Verzicht auf Spannen
und Vorheften der Bauteile
Vor dem Einlegen von Mikrobatterien in die Blisterverpackung
müssen sie vereinzelt werden.
18
SUPPLEMENTS 2015
Die weiteren Themen:
Industrie 4.0, Condition
Monitoring, Qualitätssicherung/Messtechnik.
Engspalttechnik revolutioniert
das Dickblechschweißen bei Borsig
14
Carl Cloos: Neue Technik steigert die Qualität und reduziert
Zeit sowie Kosten in der Fertigung
Die Richtlinie zur Energieeffizienz
zieht ihre Kreise bei den Motoren
16
Eaton Electric: Schaltgerätetechnik hilft auf dem Weg
zu besserer Energie-Effizienz von Maschinen und Anlagen
Zentrale Datenhaltung vermeidet Fehler
bei der Verpackung von Mikrobatterien
18
Beckhoff Automation: Offene Steuerungstechnik
als Grundlage für durchgängige Informationsübertragung
Die Feinplanung steuert das tägliche Geschäft 21
Industrie Informatik: MES-Lösung mit Feinplanung
steigert Qualität und Liefertreue
Effizientes Engineering
24
Siemens: Prozessleitsystem sorgt für schnelle Inbetriebnahme
Neues aus der Industrie
In wenigen Stunden betriebsbereit: Der automatisierte „Griff in
die Kiste“ mit „Plug & Automate“.
28
Titelbild: Die „Glasmaschine“
demonstriert, wie Smart Bridge
von Pepperl + Fuchs die Funktionen von Sensoren transparent
macht. Das drahtlose InlineSensormanagement besteht aus
einem Adapter und einer App.
Smartphones und Tablet-PCs
werden zu mobilen Betriebseinheiten. Foto: Pepperl + Fuchs
26
Produktmitteilungen
Schnell integrierbare sehende Systeme
28
Isra Vision: Das Konzept „Plug & Automate“ als Schlüssel
für höhere Automatisierungseffizienz
Dezentrale Automatisierung in Streckblasmaschinen
30
Wago Kontakttechnik: Platz sparen im Schaltschrank
Leckerer Frischkäse – aber sicher
Die Mischung macht’s: Mehr als 480
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ABB Stotz-Kontakt: Modernisierung des Kühlbereichs
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34
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Die Zukunft liegt in schlanken Komponenten
von STEFAN HENSEL
Maschinen- und Anlagenbauer werden mit Anforderungen nach höherer Produktivität und Verfügbarkeit konfrontiert. Gleichzeitig sollen die Herstellungskosten für die Produktionsmaschinen
sinken. Eine neue Servoverstärker-Generation stellt sich dieser Herausforderung. Der Servoverstärker bietet einen hohen Integrationsgrad und eine extrem kurze Abtastzeit, die neue Möglichkeiten der virtuellen Sensorik mit sich bringt.
Mit dem kompakten
Servoverstärker Acopos P3
lassen sich drei Achsen
gleichzeitig ansteuern.
6 Fotos: B&R
K
omplexe Produktionsvorgänge erfordern komplexe Maschinen und
damit auch aufwendige Hard- und
Software. Die Schaltschränke hochentwickelter Maschinen und Anlagen verbrauchen zusätzlichen Platz in den Produktionshallen, zudem verursachen Beschaffung, Verkabelung und Kühlung der Schränke
hohe Kosten. Daher sind Maschinen- und
Anlagenbauer bemüht, den Schaltschrankplatz auf ein Minimum zu reduzieren.
Der sogenannte „Footprint“ der Automatisierungshardware, also der Platz, den
die Geräte im Schaltschrank verbrauchen,
spielt eine entscheidende Rolle.
„Die Zukunft liegt in der schlanken
Automatisierung“, erklärt Alois Holzleitner, Technical Manager Motion bei B&R.
Anzahl, Platzverbrauch und Anwendungskomplexität der Automatisierungskomponenten sollen sinken. „Vor diesem Hintergrund haben wir den Acopos P3 entwickelt.“ Der Acopos P3 kann pro Gerät bis
zu drei Achsen ansteuern. Sein Gehäuse ist
jedoch nicht größer als ein herkömmlicher
Ein-Achs-Verstärker. Die Platzersparnis
liegt bei 69 Prozent. Bei der Platzeffizienz
setzt sich der P3 an die Spitzenposition der
Servoverstärker mit integrierten SafetyFunktionen: Die Leistungsdichte des DreiAchsers liegt bei mehr als vier Ampere pro
Liter.
Für hochdynamische und präzise Prozesse, wie sie in der Druck- und Verpackungsindustrie vorkommen, müssen
Bewegungen sehr schnell und exakt gesteuert werden. Einer der geschwindig-
Durch die kurze Abtastzeit von 50 Mikrosekunden ergeben sich neue
Möglichkeiten der virtuellen Sensorik.
keitslimitierenden Faktoren ist die Abtastzeit der Servoverstärker. Die Zykluszeit für
Strom-, Geschwindigkeits- und Positionsregelung des Acopos P3 liegt bei 50 Mikrosekunden. „Diese Abtastzeiten ermöglichen uns die Umsetzung neuer regelungstechnischer Verfahren, die sich unter
dem Begriff virtuelle Sensorik zusammenfassen lassen“, erläutert Holzleitner. Die
notwendige Bandbreite und Präzision am
Netzwerk liefert Powerlink.
Durch den Energiespartrend im Maschinenbau sind Leichtbaukonstruktionen
auf dem Vormarsch. Bewegte Massen sollen gering gehalten und so der erforderliche Energieeinsatz minimiert werden. Das
führt jedoch zu geringerer Steifigkeit und
höherer Elastizität. Die virtuelle Sensorik
erlaubt die Regelung solcher elastischen
Systeme ohne den Einsatz zusätzlicher
Positionsmesssysteme am Eingriffspunkt
des Prozesses. Immer häufiger werden virtuelle Positionsgeber im Motor eingesetzt.
Das Antriebssystem kommt ohne Motorpositionsgeber, Kabel und Auswerteeinheit im Servoverstärker aus. Die Verfügbarkeit erhöht sich. „Daneben gibt es weitere
Ergänzungen der Standard-Reglerkaskade
der Acopos-P3-Servoverstärker“, sagt Holzleitner. Dazu gehört zum Beispiel Repetitive Control, womit sich Schleppfehler
prädiktiv kompensieren lassen. Die Folgen:
präzisere Regelungen, bessere Performance, höhere Produktqualität.
Sicher: 14 Safety-Funktionen
Safety-Funktionen bei Automatisierungskomponenten werden immer wichtiger. Der Acopos P3 bringt eine Vielzahl
an Sicherheitsfunktionen nach SIL3/PLe/
Kat. 4 mit. Völlig neu ist die Funktion Safety
Der Drei-Achs-Servoverstärker Acopos P3 ist so groß wie ein herkömmlicher
Ein-Achs-Verstärker. Die Platzersparnis liegt bei 69 Prozent.
Limited Torque (SLT), mit dem das Überschreiten eines maximal zulässigen Drehmoments überwacht wird. „Die Kombination aus SLS und SLT bietet zusammen
mit der ultraschnellen Reaktionszeit einen
hochwirksamen Schutz vor Verletzungen“,
erklärt Holzleitner. Ebenfalls neu ist die
Sicherheitsfunktion Remanent Safe Position (RSP). Mit dieser sicheren Positionsinformation lassen sich sämtliche seriellen
Kinematiken von Robotern bezüglich Geschwindigkeit, Orientierung und Arbeitsraum sicher überwachen. Alle 14 SafetyFunktionen sind vollständig netzwerkbasierend und durch Open-Safety dynamisch im System einsetzbar.
Bei der klassischen Verkabelung eines
Motors sind zwei Kabel notwendig: Das
Motor- und das Geberkabel. Wenn eines
dieser Kabel eingespart werden kann,
sinken die Kosten für das Kabelmaterial
sowie der Aufwand für Inbetriebnahme
und Wartung. Bei der so genannten EinKabel-Lösung werden Motorstrom, Geberund gegebenenfalls auch Sicherheitsinformationen digital mit einem einzigen
Kabel zwischen Acopos P3 und Motor
übertragen. Komponenten- und Inbetriebnahmekosten werden reduziert.
Nicht nur unterschiedliche Spannungsniveaus, auch gänzlich verschiedene Netzformen erschweren es, Maschinen und
Anlagen zu entwickeln, die in verschiedenen Ländern auf verschiedenen Kontinenten eingesetzt werden können.
„Häufig bleibt Maschinen- und Anlagenbauern nichts anderes übrig, als Trenntransformatoren vorzusehen, um sie an
die Gegebenheiten in einem anderen Einsatzland anzupassen“,
berichtet Holzleitner. Der Acopos P3 ist flexibel einsetzbar,
da er die gängigsten Netzformen wie
TN, TT, IT und TN-S mit geerdetem Außenleiter unterstützt. Er wird in Versionen mit
ein, zwei und drei Achsen angeboten und
deckt ein Leistungsspektrum von 0,5 bis
24 Kilowatt ab. Er ist mit allen bisherigen
Servoverstärkern von B&R kompatibel und
kann mit diesen im Verbund eingesetzt
werden.
Stefan Hensel
Corporate Editor
B&R Industrie-Elektronik GmbH
Telefon +49 6172 4019-0
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Vorteile
•
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•
•
69 Prozent kleinerer Footprint
50 Mikrosekunden Abtastzeit
virtuelle Sensorik
international einsetzbar.
i
Containerumschlag im Khalifa Port:
Sicherheit und Automation in einem System
von BERND MEIER
Intelligentes Handling minimiert die Liegezeiten von Fracht- und Containerschiffen: Das zeigt
Khalifa Port im Emirat Abu Dhabi. Weil ein moderner Containerhafen im Kern nicht anders funktioniert als eine komplexe Produktionsanlage, kommt ein im industriellen Umfeld bewährtes
Automatisierungssystem zum Einsatz.
D
Foto: pi lz
er vier Kilometer ins offene Meer
hinaus gebaute neue Containerhafen Khalifa Port ist ein Renommierprojekt. Khalifa Port soll der bedeutendste
Containerhafen der Region werden, Schiffe
mit bis zu 16 Metern Tiefgang können
dort vor Anker gehen. Automatisierte Stapelkrane übernehmen die Container und
verfrachten diese an ihre Zwischenlagerplätze. Auf Abruf bestücken sie innerhalb
kürzester Zeit die bereitstehenden Lkw.
Das moderne Terminal setzt in Sachen
Handling, Steuerung und Sicherheit auf
8 modernste Technologie. Die logistischen
Abläufe sind in großen Teilen automatisiert, bemannte und unbemannte Transportsysteme kooperieren Hand in Hand,
von einer zentralen Leitstation aus werden
Teile der Logistikprozesse über Rechner
und Bildschirme gesteuert und überwacht.
Damit das Terminal ausfall- und unfallfrei
funktioniert, bedarf es einer integrierten
Steuerungs-, Automatisierungs- und Sicherheitslösung, die das gesamte Geschehen
im Auge behält und im Gefahrenfall schnell
und der Situation angemessen reagiert.
Mit der Automatisierung der Krane in
Khalifa Port ist die Toshiba MitsubishiElectric Industrial Systems Corporation
(TMEIC) mit Sitz in Tokio (Japan) beauftragt
worden. TMEIC bietet auf internationaler
Ebene Lösungen für die Bereiche Automatisierung, Antriebssysteme, Motorensowie industrielle Steuerungstechnik. Der
Auftraggeber, die Abu Dhabi Ports Company, verlangte ein innovatives und flexibles System für Automatisierung und
Sicherheit. Sicherheitsgerichtete Kommunikationsmöglichkeit via Ethernet war
Schnelle und sichere
Kommunikation mit SafetyNET p
PSS 4000 überwacht alle sicherheitsgerichteten Funktionen der Hafenkrane.
Das Automatisierungssystem gewährleistet ein aufeinander abgestimmtes Zusammenspiel von Hardware- und SoftwareKomponenten, Netzwerkgeräten und dem
Echtzeit-Ethernet SafetyNET p. Aufgrund
der konsequenten Verteilung und Verlagerung von Steuerungsfunktionen in die
Peripherie lassen sich mit dem System vielfältige Projekte flexibler und leichter realisieren als mit konventionellen Lösungen.
Statt einer zentralen Steuerung steht ein
modulares Anwenderprogramm in einem
zentralen Projekt zur Verfügung. Dieses
ermöglicht ein einfaches, einheitliches
Handling im Gesamtprojekt.
Im zentralen Teil der Containeranlage
ist jeder der 15 Blöcke mit einer autarken
Steuerung PSSuniversal PLC ausgerüstet.
Diese sitzt in einem klimatisierten Schaltschrank vor Ort auf der Landseite. Auf der
Wasserseite steht ebenfalls ein klimatisierter Schaltschrank, der mit einer PSSuniversal I/O Remote-Station ausgestattet ist.
Jede PSSuniversal PLC überwacht für ihren
Bereich sämtliche sicherheitsgerichteten
Funktionen wie Not-Halt, Schutztüren, Positionsüberwachung, Lichtgitter und Scanner und schaltet die entsprechenden Freigaben. Zum Einsatz kommen dabei sowohl
digitale Ein- und Ausgänge als auch Relaiskontakte. Darüber hinaus fährt in jedem
der Krane ein PSSuniversal-I/O-System mit.
Das moderne Steuerungskonzept basiert auf leistungsfähiger Ethernet-Technologie. Sämtliche Steuerungskomponenten
Khalifa Port im Emirat Abu Dhabi funktioniert
im Kern wie eine komplexe Produktionsanlage.
Das Automatisierungssystem PSS 4000 von
Pilz überwacht sowohl alle sicherheitsgerichteten Funktionen sowie auch Automatisierungsdaten der weit verzweigten Krananlage.
sowie Videodaten laufen auf einem Glasfaser-Backbone. Alle Informationen sind
überall verfügbar.
Als Protokoll für sicherheitsgerichtete
Vernetzung wird das Echtzeit-Ethernet
SafetyNET p für den zuverlässigen Austausch und die Synchronisation von Steuerungsdaten, Fail-safe-Daten und -Zuständen genutzt: Die einzelnen Blocks, bestehend aus jeweils einer PSSuniversalPLC-Steuerung und drei IO-Köpfen, sind
über eine sichere Ethernetverbindung mit
dem Leitstand verbunden. Jeder Kran kann
vom Leitstand aus manuell bedient werden. Dabei müssen zwischen Leitstand und
Kran sichere Anwahl- und Not-Halt Signale
ausgetauscht werden, damit dieser im
Notfall sicher gestoppt werden kann.
Automatisierung und Sicherheit
in einem System
Das Automatisierungssystem PSS 4000
verarbeitet im Gesamtsystem Sicherheitsund Automatisierungsdaten: Dabei liest
die Steuerung alle Eingänge ein und gibt
den Status über das EGD-Protokoll (Ethernet Global Data) an die übergeordnete
Steuerung weiter. Diese Steuerung PLC
bearbeitet ihr Steuerungsprogramm und
sendet die Informationen via EGD-Protokoll wieder zurück zur Steuerung, die
entsprechend die Automatisierungs-Ausgänge schaltet.
„Zu Beginn wollten wir nur die sicherheitsgerichteten Signale über das Automatisierungssystem verarbeiten. Als wir
jedoch erkannten, welche vielfältigen Möglichkeiten das flexible System bietet, beschlossen wir, auch die AutomatisierungsE/As über PSS 4000 zu realisieren. Das
hatte den Vorteil, dass wir in die ohnehin
beengten Schaltschränke nicht noch weitere IO-Module stecken mussten. Damit
haben wir letztlich Platz und Geld gespart“,
sagt Javier Rizo, Verkaufsleiter Material
Handling bei TMEIC.
„Wir haben mit dem Automatisierungssystem PSS 4000 viel mehr erreicht,
als wir ursprünglich wollten. Die Lösung ist
ein großer Erfolg“, betont Rizo.
Bernd Meier
Customer Support
Pilz GmbH & Co. KG
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Für große Anlagen sowie weit
verzweigte Verladesysteme
wie Containerumschlaghäfen
eignen sich die Steuerungen
PSSuniversal PLC im Automatisierungssystem PSS 4000
von Pilz.
bi ld: pi lz
ebenso gefordert wie die Kommunikationsfähigkeit mit anderen Automatisierungsgeräten.
TMEIC erkannte, dass die Spezifikationen mit konventioneller Technik nicht zu
erfüllen sind. Da Pilz als Komplettanbieter
für die sichere Automatisierung für seine
Sicherheitslösungen bekannt ist, wurde
TMEIC auf das Automatisierungssystem
PSS 4000 aufmerksam.
9
Robotiklösungen: Steuerungstechnik
als Bestandteil der Automatisierungslösung
von JOCHEN WEILAND
Fotos: Sch n ei der Electric
Mit Hardware- und Software-Integration in IEC 61131-3-konform programmierbare Automatisierungslösungen für die Robotik sind optimale Voraussetzungen für den Einsatz im Maschinenbau
geschaffen worden. Mechanik-Komplettpakete und individuelle Engineering-Dienstleistungen
mindern darüber hinaus gerade für Einsteiger die finanziellen Risiken beim Einstieg in die Robotik
und helfen beim Aufbau des erforderlichen Know-hows.
Die PacDrive-Roboter
D2 und P4 eignen sich
für eine Vielzahl von
Anwendungen im Verpackungsmaschinenbau
und Materialfluss.
D
ie Robotik erlebt einen Boom. Für
dieses Wachstum sind zu einem
guten Teil die Automobilbranche
und der Maschinenbau verantwortlich.
Allerdings spielen spezielle Gegebenheiten
eine Rolle. Roboter werden vorwiegend
in Maschinenkonzepte eingebettet und
übernehmen in den Verpackungs-, Montage- oder Bearbeitungsprozessen vor allem Pick&Place-, Toploading- oder andere
Handhabungsschritte. Oft sind es auch
spezielle Kinematiken, die auf den ersten
Blick gar nicht als Roboter erkennbar überlagerte Bewegungen ausführen.
Die flexible Gestaltung solcher Prozesse setzt eine nahtlose Integration der
Robotik in das Hardware- und SoftwareKonzept einer Maschine voraus. Einerseits
verursachen zusätzliche proprietäre Robotersteuerungen Mehrkosten für die Maschine, andererseits kommt eine weitere
10 Schnittstelle ins Spiel. Gerade letzterer
Punkt erweist sich als Nachteil, weil er die
flexible Umstellung der Maschine auf andere Prozessparameter erschwert. Trotzdem halten viele Automatisierer an diesem
Ansatz fest.
Schneider Electric macht die Robotik
steuerungstechnisch zu einem integralen
Element der Automatisierungstechnologie: Durch Verwendung von PacDriveServomotoren und -Servoverstärkern für
eigene, kundenspezifische oder von Drittanbietern bezogene Kinematiken wird die
Robotik ein integraler Teil der Automatisierungsarchitektur von Maschinen. Dieses
Konzept verfolgt Schneider Electric bereits
in der zweiten Generation.
Die hoch performanten Logic-/MotionController der PacDrive-Reihe sind in der
Lage, je nach Typ bis zu 99 Achsen in Echtzeit zu einem Synchronverbund zu verrie-
geln. Aus Steuerungssicht reduziert sich
damit ein Roboter auf ein Motion-ControlSystem mit entsprechender Anzahl Servoachsen und anspruchsvollen Echtzeitbedingungen. So kann die Steuerung im
Extremfall bis zu 30 Roboter neben anderen Maschinenfunktionen aus einem Programm heraus steuern.
Die Programmierung der Roboter wie
auch der Maschine ist im So-MachineMotion-Programmier-Tool Epas durchführbar Dieses bietet eine Simulationsfunktion
für Pick&Place-Vorgänge. Ein Vorteil ist
auch die komfortable Einbindung der Roboter in das Bedienkonzept einer Maschine
oder in gemeinsame Diagnosekonzepte.
Der Roboter wird auf ein Software-Modul
abgebildet, das sich wie andere mechatronische Maschinenmodule in modulare,
IEC-61131-3-konforme Programmstrukturen einfügt.
Die Eingabe von Bewegungsdaten erfolgt in Form eines Programms oder einer
Tabelle. Bei Bedarf lassen sich durch Eingabe von Parametern die auf das transportierte Produkt einwirkenden Beschleunigungskräfte begrenzen. Optimierungspotenzial für die Bewegungsbahn bietet
darüber hinaus die optionale Vorgabe von
Überschleif-Parametern. Alles weitere bis
zum Verfahren der realen Roboterachsen
führt die Steuerung auf Basis der Bibliotheksfunktionen durch.
Bewegungsbahnen sind auch mit dem
Path-Generator erzeugbar, der nach Eingabe von Start- und Zielkoordinaten automatisch ideale, elliptische Bahnverläufe
bestimmt. Der Pathfinder funktioniert
auch, wenn der Roboter in eingeschränkten, dreidimensionalen Räumen operieren
für schnelle Pick&Place-Lösungen mit Lasten bis 1,5 Kilogramm ausgelegt, bei Herabsetzung der Beschleunigung für Lasten
bis 15 Kilogramm. Bei geringen Nutzlasten
sind 200 Positionierzyklen pro Minute
erreichbar.
Der Delta-2-Roboter D2 eignet sich für
eine Vielzahl von Umsetz- und ToploadingProzessen, wie sie etwa für Kartonierer
oder Sammelpacker typisch sind. Der D2
hebt Lasten bis zu 25 Kilogramm, die
Geschwindigkeit beträgt je nach Last und
Weg bis zu 70 Zyklen pro Minute.
Neben Einzelprodukten sind auch komplette Robotikpakete erhältlich. Mit ihnen
ebnet Schneider Electric nicht nur den Einstieg in die Robotik, sondern schafft auch
auf der Kostenseite Transparenz. Roboterkinematik, Antriebselektronik und Software bilden quasi ein „Ready-to-UsePackage“ aus aufeinander abgestimmten
Komponenten. Bei Bedarf kann auch das
Engineering für die komplette Robotiklösung als Teilprojekt einer Maschine zu
Schneider Electric verlagert werden.
„Es ist so
einfach ...
Jochen Weiland
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www.schneider-electric.com
Der Portalroboter mit zwei oder
drei Servoachsen stellt die höchste
Ausbausstufe dar. Er bietet damit
eine vorkonfigurierte Lösung auf
Basis des Linear-Motion-Baukastens.
muss. Bei Eingabe der relevanten Koordinaten von Hindernissen finden diese bei
der Bahnberechnung Berücksichtigung.
Im Software-Konzept der PacDriveRobotik-Lösung sind die Bewegungsprogrammierung und deren Transformation
auf die Roboterkinematik getrennte Vorgänge. Daher kann die Wahl der Roboterkinematik unabhängig vom generierten
Bewegungsprogramm stattfinden: Ob inviduell gestaltete Kinematik oder PacDriveMechanik, das passende Transformationsmodul adaptiert die gewählte Lösung an
das Bewegungsprogramm.
Das Robotik-Portfolio wird ausgebaut.
Es umfasst mehrere Standardkinematiken
sowie ein Baukastensystem zur Gestaltung
individueller Lösungen. Das Spitzenmodell
ist der komplett in Edelstahl gebaute
Delta-3-Roboter PacDrive P4. Wahlweise
mit oder ohne Drehachse erhältlich ist er
inf o rmati o nen
i
Schneider Electric Automation
Die Schneider Electric Automation GmbH
mit Sitz in Marktheidenfeld ist Teil des
Schneider-Electric-Konzerns. Das Unternehmen entwickelt und produziert mit den
Bereichen Machine Solutions und System
Consistency insbesondere Hard- und Softwareprodukte für Automatisierungslösungen im Maschinen- und Anlagenbau. Von
Marktheidenfeld aus steuert der Bereich
Machine Solutions darüber hinaus seine
internationalen Aktivitäten im Konzernverbund.
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11
Königsdisziplin Jigless: Möglichkeiten und Grenzen
des vorrichtungslosen Roboterschweißens
von RALF HÖGEL
Fotos: Högel
Das vorrichtungslose Roboterschweißen gehört zu den anspruchsvollsten Disziplinen in der Automatisierungsbranche. Jigless-Verfahren bieten durch den Verzicht auf Spannen und Vorheften
der Bauteile signifikante Vorteile, stellen aber hohe Anforderungen an die Robotik sowie an das
Know-how von Lieferanten und Anwendern.
Vorrichtungsloses Schweißen mit Robotern bietet viele
Vorteile. Eine Jigless-Sonderschweißanlage übernimmt
die vollautomatische Fertigung von Kranauslegern in
mehr als 50 Varianten.
D
as vollautomatische, vorrichtungslose Schweißen mit Robotern ist aufgrund seiner Vorteile in aller Munde.
Aber: Während auf der Habenseite der
Wegfall manueller Tätigkeiten, der Verzicht
auf Spannvorrichtungen, die erhöhte Flexibilität sowie die beeindruckende Autonomie in so genannten Geisterschichten
Begehrlichkeiten wecken, sorgt auf der
Sollseite die technische Komplexität des
Verfahrens verbunden mit entsprechenden Investitionen für Bedenken.
„Wer mit der Investition in eine vorrichtungslose Schweißanlage liebäugelt,
sollte im Vorfeld das komplette Spektrum
der anstehenden Schweißaufgaben auf
Jigless-Tauglichkeit prüfen“, rät YaskawaSchweißexperte Sepp Hautzinger, „denn
nicht jedes Bauteil ist frei im Raum nur
durch Positionierung mit einem Handlingroboter schweißbar.“ Vereinfacht dar12 Oberes Bild rechts: Während ein Sechs-Achs-Roboter die Handhabungs- und Bereitstellungsaufgaben übernimmt,
sorgen zwei Schweißroboter für das Heften und spätere Ausschweißen der Diagonalrohre.
Unteres Bild rechts: Dank der Steuerungstechnik kann Yaskawa acht Roboter und bis zu 72 Achsen gleichzeitig mit
einem Controller synchronisieren.
gestellt sprechen kleine Toleranzen der
zu verschweißenden Bauteile sowie ein
geringer zu erwartender Verzug für das
vorrichtungslose Schweißen während im
Gegenzug große fertigungstechnische
Abweichungen von Sollkonturen sowie
besonders schwierige Fügekonstellationen
das Verfahren deutlich aufwendiger oder
gar unmöglich machen können.
Ist die Machbarkeit geklärt, gilt es, die
Wirtschaftlichkeit des Verfahrens für den
Einsatzfall abzuklären. Dass Jigless nicht
automatisch die günstigste Variante ist,
weiß Hautzinger, Sales Manager Office
Austria der Yaskawa Europe GmbH, aus
einer Vielzahl realisierter Applikationen:
„Das vorrichtungslose Roboterschweißen
ist sicherlich die eleganteste Form der
Automation, über die Wirtschaftlichkeit
aber entscheiden mehrere Faktoren. Grundsätzlich ist das Verfahren für Bauteile in
großer Variantenanzahl und entsprechend
kleine bis mittlere Chargen geeignet. Am
aussagekräftigsten hat sich der Quotient
aus Nebenzeiten zu Schweißzeiten herausgestellt. Entfällt der Hauptaufwand bei
einer Schweißapplikation auf das Rüsten
und Heften, während die eigentlichen
Schweißzeiten eine eher untergeordnete
Rolle spielen, kann Jigless im Vergleich
zu konventionellen Lösungen signifikante
Zeit- und Kostenvorteile bringen. Eine verlässliche Entscheidung über das optimale
Verfahren lässt sich definitiv erst nach
genauer Analyse aller Parameter treffen.“
Vergleicht man vorrichtungslose mit
konventionellen Anlagen, zeigen sich sogleich die entscheidenden Unterschiede.
Jigless-Zellen kommen ohne Spannvorrichtungen, Positioniertische sowie ohne
manuelle Tätigkeiten wie Spannen und
Heften aus. Im Gegenzug benötigen sie
zusätzliche Roboter, die die exakte Positionierung der Bauteile übernehmen,
während Schweißroboter die eigentlichen
Fügeprozesse ausführen.
Auf den ersten Blick scheint die Investition in die Jigless-Anlage aufgrund der
höheren Anzahl an Robotern kapitalintensiver zu sein. Aber: Je nach Losgröße und
Variantenanzahl finden sich in der Praxis
konventionelle Schweißanlagen, für die
Hunderte von Spannvorrichtungen existieren. Diese müssen konstruiert, gebaut,
gelagert und gewartet werden. Dazu addieren sich die Kosten für die manuellen
Spann- und Heftarbeiten. Weiterer Vorteil des vorrichtungslosen Schweißens:
Bei Bauteiländerungen entfallen zeit- und
kostenintensive Anpassungen an den
Schweißvorrichtungen. Unter Berücksichtigung all dieser Aspekte ist die Jigless-Technologie auch auf der Kostenseite schnell
im Vorteil.
Hightech bietet viel Flexibilität
„Zudem kommt mit Jigless eine unglaubliche Flexibilität ins Spiel. Wir haben
bereits einige Anlagen realisiert, die eine
komplette Schicht völlig autonom arbeiten. Diese Geisterschichten sind in wirtschaftlicher Hinsicht ein Volltreffer, setzen
aber im Hinblick auf einen dauerhaft
störungsfreien Betrieb die sichere Beherrschung aller Prozesse voraus“, betont
Hautzinger. Hier ist nicht nur die Kompetenz des Anlagenbauers gefragt, auch der
Anwender sollte bereits über fundierte
Robotikkenntnisse verfügen.
Technologisch stellt das vorrichtungslose Schweißen hohe Anforderungen an
die Robotik. Je nach Komplexität der
Schweißaufgabe stehen die Kooperation
und Koordination unterschiedlicher Roboter auf dem Programm. Während Handhabungsroboter die zu verschweißenden
Bauteile exakt positionieren, übernehmen
Schweißroboter das Fügen. Sind auf Roboterseite perfektes Bahnverhalten und hohe
Präzision gefragt, muss die Steuerung in
der Lage sein, eine komplette Roboterschar
zu synchronisieren und koordinieren.
„Yaskawa erfüllt alle Anforderungen
mit Bravour. Die Japaner haben hervorragende Handhabungs- und Schweißroboter
und eine überlegene Steuerung, die acht
Roboter und 72 Achsen synchronisieren
kann. Damit setzt Yaskawa eine Benchmark und ist für das vorrichtungslose
Schweißen der ideale Partner“, so Hautzinger.
Die perfekte Koordination der Roboter,
die der neue Yaskawa Controller DX200
sicherstellt, wirkt sich positiv auf das
Schweißergebnis aus. Im Gegensatz zu
klassischen Spannvorrichtungen, bei denen die Teile starr fixiert sind, können die
Handhabungsroboter die Bauteile in perfekter Schweißlage frei im Raum positionieren. Somit findet jede Schweißung in
der optimalen Wannenlage statt, was die
Schweißqualität und Festigkeit der Nähte
signifikant erhöht. Darüber hinaus setzt
das Unternehmen auf eigenentwickelte,
sensorische Überwachungsschritte aller
Schweißnähte und optimiert die Schweißfolgen unter der Maxime eines möglichst
geringen Wärmeeintrags, um Bauteilverzug zu minimieren.
Bei Yaskawa hat man in den zurückliegenden Jahren viele Jigless-Applikationen
realisiert. Dabei sind es längst nicht mehr
nur die Großunternehmen aus der Automobilindustrie, die die Vorteile des Verfahren nutzen, sondern verstärkt auch kleine
und mittelständische Betriebe (KMU), wie
Hautzinger seit einiger Zeit beobachtet:
„Wir bauen mehr und mehr Jigless-Anlagen für innovative KMU in unterschiedlichen Branchen, vorrangig in der Landund Baumaschinenbranche, im Behälterbau und natürlich überall dort, wo hohe
Flexibilität gefordert ist. Bei Yaskawa sind
wir überzeugt davon, dass die JiglessTechnologie aufgrund ihrer immensen Vorteile hinsichtlich Flexibilität, Qualität und
Produktivität in den kommenden Jahren
bei einer Reihe von Schweißapplikationen
Standard werden wird.“
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13
Engspalttechnik revolutioniert
das Dickblechschweißen bei Borsig
von STEFANIE NÜCHTERN-BAUMHOFF
Apparate zur Kühlung von Gasen mit hohen Temperaturen und hohen Drücken für die chemische
und petrochemische Industrie produziert die Borsig Process Heat Exchanger GmbH. Zum Schweißen der dickwandigen Apparate investierte das Berliner Unternehmen kürzlich in eine Roboteranlage. Durch den Einsatz des MSG-Engspaltschweißens hat Borsig Fertigungszeiten und -kosten
erheblich reduziert, während die neue Technik die Qualität steigert.
D
Deshalb unterliegt die Materialqualität
strengen Anforderungen. Laut Andreas
Förster, Fertigungsleiter bei der Borsig
Process Heat Exchange, entsprechen die
Apparate – insbesondere der asiatischen
Wettbewerber – oftmals nicht den Qualitätsanforderungen der Kunden. Doch die
Konkurrenz rückt näher. „Um unsere Wettbewerbsfähigkeit nachhaltig zu sichern,
müssen wir in die Automatisierung und
innovative Verfahren investieren“, betont
Förster. „Da wir keine Serienprodukte fertigen sondern ausschließlich Sonderanfertigungen, stehen wir vor großen Herausforderungen“, so Förster weiter.
MSG-Engspalttechnik reduziert
Schweißzeit erheblich
In der neuen Anlage des Haigerer
Schweißspezialisten Carl Cloos Schweißtechnik GmbH schweißt der Roboter Stutzen mit Durchmessern von 250 bis 500
Millimetern im MSG-Engspaltverfahren an
den Apparatmantel. Dieses Verfahren ist
besonders wirtschaftlich beim automatisierten Schweißen dickwandiger Bauteile.
Kernstück der Engspalttechnik ist das
rechteckige, in diesem Fall 400 Millimeter
lange Engspaltschwert, das Drahtelektrode, Schutzgas und Kühlwasser führt und in
besonders tiefe Spalten eintauchen kann.
Durch den stark reduzierten Öffnungswinkel entfällt zum einen die aufwendige
Nahtvorbereitung, zum anderen können
Zusatzwerkstoffe und Schutzgas reduziert
werden. Das Ergebnis kann sich sehen lassen. Im Vergleich zum Unterpulver-Schweißen konnte Borsig die reine Schweißzeit
auf fast 50 Prozent reduzieren.
Bei den Fertigungslohnkosten wurde
eine Reduktion von fast 70 Prozent erreicht, da beim MSG-Engspaltverfahren
der zweite Mann für das Absaugen beim
Unterpulver-Stutzenschweißverfahren
komplett entfällt. Mit den um fast 50 Prozent reduzierten Kosten für die Schweißzusatzwerkstoffe kommt Borsig auf eine
Fotos: Borsig
ie Geschäftseinheit Borsig Process
Heat Exchanger verfügt über 16.700
Quadratmeter Fertigungsfläche und
über eine Krankapazität von 250 Tonnen.
Die Schweißtechnik ist eine der Kernkompetenzen. Dazu gehören zum Beispiel das
lasergesteuerte Schweißnahtführungssystem für Unterpulver-Engspaltschweißen,
der Einsatz von Roboterschweißtechnik für
das MAG-Schweißverfahren im Hochdruckapparatebau, MAG-Engspalt-Robotertechnik mit integrierter 3D-Brenntechnik, WIGHeißdrahtschweißen, RES- und UnterpulverBandplattierung, die automatische Rohreinschweißung inklusive Hinterbodenschweißtechnik bis zu 500 Millimetern
sowie die qualifizierte Verarbeitung sämtlicher Stahl- und Nickel-Basislegierungen.
Die Kunden erwarten einwandfreie
Qualität, da die Sicherheitsanforderungen
bei den Apparaten für gefährliche Gase
enorm hoch sind. Im Fall eines Stillstands
der komplexen Chemieanlagen kommen
erhebliche Kosten auf die Betreiber zu.
Der Schweißroboter
ist mit einem
taktilen und einem
Lichtbogensensor
ausgestattet, die
Toleranzen zwischen
den programmierten
Bahnen und der
realen Positionierung
der Werkstücke
ausgleichen.
14 Gesamtkostenreduktion von nahezu 80
Prozent für das Stutzenschweißen. Außerdem spart das Unternehmen die Hälfte an
Zusatzwerkstoffen. Da die dicken Bauteile
mit nahezu parallelen Flanken geschweißt
werden können, gibt es zudem weniger
Verzug.
Die Schweißnähte mit dem typisch
gleichmäßigen Nahtaufbau erfüllen höchste Qualitätsanforderungen. Jeder Stutzen
wird einer hundertprozentigen Volumenprüfung unterzogen. Die Sensorik gleicht
Toleranzen zwischen den programmierten
Bahnen und der realen Positionierung der
Werkstücke aus. Der Roboter ist mit zwei
Sensoren ausgestattet. Der taktile Sensor
ermittelt über ein elektromechanisches
Tastprinzip die Anfangs- und End-Positionen und korrigiert die programmierte
Schweißstrecke entsprechend. Während
des Schweißens misst der Lichtbogensensor, ob die Brennerposition tatsächlich mit
der programmierten Bahn übereinstimmt.
Da mit dem Lichtbogensensor Messen und
Schweißen zeitgleich stattfinden, bleiben
Zeitverluste minimal. Gleichzeitig werden
Werkstückverformungen – zum Beispiel
durch Wärmeausdehnung – direkt ausgeglichen. Damit verbindet der Cloos-Lichtbogensensor Produktivität mit optimierter
Qualität.
Die Automatisierung des Berliner Produktionsstandorts wird auch in Zukunft
vorangetrieben. Das Unternehmen hat drei
Roboteranlagen von Cloos in Betrieb. Produktionsleiter Förster lobt die einmalige
Kombination von Roboter- und Schweißtechnik sowie das umfangreiche Trainingsangebot von Cloos.
„Um die innovative Technik voll ausnutzen zu können, unterstützte uns Cloos bei
der intensiven Schulung. Denn unsere Mitarbeiter mussten sich erst einmal auf das
neue Verfahren einstellen. Nun sind alle
mit der neuen Anlage vertraut“, freut sich
Förster. Ein weiterer Gewinn: Da der Roboter die physisch schwere Arbeit erledigt, ist
die allgemeine Gefährdung durch Lichtbogenstrahlung und Schweißrauch geringer.
Der Schweißer kann sich verstärkt auf die
Prozessüberwachung konzentrieren. Stefanie Nüchtern-Baumhoff
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Die Richtlinie zur Energieeffizienz
zieht ihre Kreise bei den Motoren
von GUIDO KERZMANN
Fotos: eaton
Für den Maschinen- und Anlagenbau führt an der Richtlinie Energy-related Products (ErP) kein
Weg vorbei. Anfang des Jahres ist die zweite Stufe der EU-Motorenverordnung in Kraft getreten.
Die Branche hat den Fokus bisher vor allem auf die elektrischen Motoren gelegt. Doch damit
ist es nicht getan. Um die Effizienz von Maschinen und Anlagen zu optimieren, muss auch die
Schaltgerätetechnik in die Kalkulation gezogen werden.
Zwei Drittel der in der industriellen Fertigung verbrauchten elektrischen Energie verbrauchen vor allem die
elektrischen Antriebe. Sowohl die Eaton Leistungsschütze (DIL) als auch die Motorschutzschalter (PKZ, PKE)
eignen sich für den sicheren Betrieb von IE3-Motoren und sind als „IE3 ready“ gekennzeichnet.
M
it zwei Dritteln der in der industriellen Fertigung verbrauchten elektrischen Energie entfällt ein wesentlicher Anteil auf elektrische Antriebe.
Nach Einschätzungen des Umweltbundesamtes könnten allein in Deutschland durch
effizientere Antriebstechnologien bis zum
Jahr 2020 rund 27 Milliarden Kilowattstunden Strom und damit 16 Millionen
Tonnen CO2-Emissionen eingespart werden. An diesem Punkt setzt die ErP-Richtlinie der EU für energieverbrauchsrelevante
Produkte an. Die Motorenverordnung EC
640/2009 schreibt Minimaleffizienzklassen für dreiphasige NiederspannungsDrehstrom-Asynchronmotoren vor.
Die erste Stufe dieser Verordnung, die
für neu in Verkehr gebrachte Motoren mindestens die Effizienzklasse IE2 vorschreibt,
griff 2011. Seit Anfang dieses Jahres sind
Maschinen- und Anlagenbauer, die neue
16 Hervorragend in Sachen Effizienz: Drehzahlstarter stellen
die ideale Lösung für Anwendungen dar, die nur eine begrenzte
Funktionalität, aber eine variable Drehzahl erfordern.
Motoren mit einer Nennausgangsleistung
von 7,5 bis 375 Kilowatt verbauen, verpflichtet, mindestens die Effizienzklasse
IE3 zu berücksichtigen. Alternativ können
sie IE2-Motoren einsetzen, müssen diese
dann aber mit einer elektronischen Drehzahlregelung betreiben. Ab 1. Januar 2017
gilt die Vorgabe auch für Motoren mit
Nennausgangsleistungen ab 0,75 Kilowatt.
Das Bewusstsein für das Thema Energieeffizienz hat in der Industrie zugenommen. Um Maschinen und Anlagen energieeffizienter zu gestalten, ist es jedoch
nicht einfach damit getan, einen IE2- durch
einen IE3-Motor auszutauschen. Damit der
sichere und zuverlässige Betrieb gewährleistet ist, müssen das gesamte Antriebssystem betrachtet und die Auswirkungen
der konstruktiven Änderungen applikationsseitig berücksichtigt werden.
Um die Energieeffizienz von Elektro-
motoren zu verbessern, haben die Hersteller konstruktive Änderungen an ihren
Produkten vorgenommen. Mit diesen verändern sich auch die elektrischen Eigenschaften – das heißt, die Einschaltströme
effizienter Motoren steigen. Diese Tatsache wirkt sich auf die Schutz- und Schaltelemente aus. Mögliche Konsequenzen
sind ein ungewolltes Abschalten durch
den Kurzschlussstromauslöser aufgrund
des erhöhten Anlaufstroms oder das Prellen von Schützkontakten wegen höherer
Stromkräfte, das zu Kontaktabbrand und
damit reduzierter Lebensdauer sowie im
Extremfall zum Verschweißen der Kontakte führt. Solch ein Verschmelzen der
Kontakte kann kostspielige Maschinenstillstände sowie aufwendige Wartungsarbeiten verursachen.
Als Experte für das sichere Schalten,
Schützen und Antreiben von Motoren hat
Eaton in Praxistests das Verhalten von
Motorschutzorganen detailliert untersucht
(Whitepaper „Motorschutz im Zeitalter von
IE3“, zum Download unter www.eaton.de/
IE3). Im Rahmen der Studie wurden die
Leistungsschütze der Serie DIL sowie die
Motorschutzschalter PKZ und PKE auf IE3Tauglichkeit im Zusammenspiel mit Motoren verschiedener Hersteller überprüft
und optimiert. Es zeigt sich, dass die in der
Norm für Motorstarter (DIN EN 60947-4-1)
angegebenen Werte in der Praxis bei der
Verwendung von IE3-Motoren nicht mehr
zutreffen – an einem Normenentwurf zur
fig funktional überdimensioniert. Generell
ist die Komplexität der Geräte hoch und
erfordert fundierte Kenntnisse in der Antriebstechnik. Bisher blieb Konstrukteuren
als alternative Methode zur Ansteuerung
von Elektromotoren nur der Motorstarter.
Er bietet den Vorteil der einfachen Handhabung, ist aber in seiner Funktionalität
begrenzt. Handelt es sich um eine Anwendung mit fester Drehzahl oder geringen
Schalthäufigkeiten, stellt der Motorstarter
in Kombination mit einem IE3-Motor weiterhin die effizienteste Lösung dar. Besteht
das Ziel jedoch darin, Anwendungen mit
bisher konstanter Drehzahl, die nicht
unter voller Last laufen, energieeffizienter
zu machen, so gibt es jetzt eine dritte
Möglichkeit: den Drehzahlstarter.
Mit Lösungen wie dem Drehzahlstarter und „IE3-ready“-Schaltgeräten unterstützt Eaton Maschinen- und Anlagenbauer dabei, einfachere, kompaktere und
kosteneffizientere Systeme zu realisieren,
die zuverlässiger, sicherer und energieeffizienter sind. Guido Kerzmann
Product Line Manager Drives & Softstarter
Eaton Electric GmbH
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Die Konfiguration über ein aufsteckbares Modul
ermöglicht Aufwandseinsparungen bis zu 70 Prozent.
kn o w - h o w
Aktualisierung wird derzeit gearbeitet.
Mit Eatons heute als „IE3 ready“ gekennzeichneten Produktfamilien ist der sichere
Betrieb sowohl von IE2- als auch von IE3Motoren gewährleistet.
Mit der richtigen Produktauswahl
alleine lässt sich die ErP-Richtlinie nicht
erfüllen. Es geht darum, ganze Verfahren
und Systeme zu betrachten, um den geforderten Mindestwirkungsgraden gerecht
zu werden. Hierzu gehört auch die Pumpen- und Lüfterverordnung. Mit den existierenden mechanischen Durchflussverstellungen zum Beispiel mit Ventilen und
Drosselklappen ist es meist schwer möglich, den Anforderungen an die Wirkungsgrade zu entsprechen.
So erfordert eine Reduzierung der Verluste meist eine elektronische Drehzahlregelung. Jedoch ist für viele einfache
Anwendungen ein Frequenzumrichter häu-
Neue Geräteklasse: Der Drehzahlstarter
Der unter dem Produktnamen PowerXL DE1
am Markt eingeführte Drehzahlstarter
schlägt eine Brücke zwischen Motorstarter
und Frequenzumrichter. Er lässt sich so
einfach handhaben wie ein Motorstarter
und ist ebenso zuverlässig, bietet aber
gleichzeitig die Möglichkeit der variablen
Drehzahlregelung. Die Inbetriebnahme ist
„out of the Box“ möglich. Parallel kann der
Bediener über ein aufsteckbares, universell
verwendbares Konfigurationsmodul mit
dem Schraubendreher die wichtigsten Parameter gegenüber der Werkseinstellung
individuell verändern – ohne dass Tastatur,
Software oder Handbuch notwendig wären.
Im Praxisvergleich mit konventionellen
Lösungen führte diese Art der Konfiguration zu einer Aufwandsreduzierung von bis
zu 70 Prozent.
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reine HMI oder auf CODESYS basierende
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Zentrale Datenhaltung vermeidet Fehler
bei der Verpackung von Mikrobatterien
von STEFAN ZIEGLER
Bei hohen Stückzahlen und zahlreichen Verpackungsvarianten fehlerfrei und flexibel verpacken
– das hat Varta Microbattery, ganz im Sinn moderner Industrie-4.0-Konzepte, mit einer zentralen
Datenhaltung erreicht. Die Grundlage für diese durchgängige Informationsübertragung von den
Blisterverpackungsmaschinen für Mikrobatterien bis hin zum ERP-System wurde mit der Einführung einer offenen, PC-basierenden Steuerungstechnik geschaffen.
V
zahlreichen Kunden gerecht werden.
Die Kundenwünsche reichen von der
individuellen Verpackungsgestaltung auch
bei kleinen Chargen bis hin zu Blisterkarten von Standardprodukten mit einem
jährlich zu aktualisierenden Verfallsdatum.
Die größte Herausforderung für eine solch
flexible Verpackungstechnik liegt in der
Vermeidung von falsch bedruckten Blisterverpackungen, das heißt, in der fehlerfreien Zuordnung der Auftragsdaten zum
jeweiligen Packprozess.
PC-based Control von Beckhoff kommt
bei Varta Microbattery seit 2002 zum
Einsatz, beispielsweise mit zahlreichen
EtherCAT-Klemmen, Servoantrieben AX5203,
Schaltschrank-PCs C6640 und insbesondere der Automatisierungssoftware TwinCAT.
Dazu erläutert Simon Ziegler, ProductionEngineer bei Varta Microbattery: „TwinCAT
bietet mit seiner Offenheit so viele Vorteile, dass wir zu Beginn teilweise sogar
die traditionelle SPS um eine BeckhoffSteuerung ergänzt haben, um insbesondere eine effiziente und sichere Datenkommunikation mit den Druckern umzusetzen.
Mit dem Aufbau des softwaretechnischen
Know-hows sind auch die Ideen zur weitergehenden Datendurchgängigkeit bis
hin zur Visualisierung und ERP-Anbindung
Foto: Beckhoff
arta Microbattery ist Spezialist
für die Herstellung von Mikrobatterien, Stromspeichern mit einer
Höhe kleiner als AA (Mignon) und einem
Durchmesser unter Baugröße C (Baby).
Den größten Anteil machen die so genannten Knopfzellen aus, vor allem die ZinkLuft-Zellen für Hörgeräte, die das Ellwanger Unternehmen mit einer Stückzahl von
mehr als 700 Millionen anbietet. Die
Verpackungstechnik der Mikrobatterien
ist einerseits geprägt von der Vielzahl
an unterschiedlichen Größen beziehungsweise Bauformen, und sie muss andererseits den individuellen Anforderungen der
Die Knopfzellen müssen vor
dem Einlegen in die Blisterverpackung vereinzelt werden.
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20 Foto: Varta Microbattery
entstanden.“ Lean Production Manager
Klaus Schöbel ergänzt: „PC-Control zeichnet sich neben seiner Leistungsfähigkeit
als Steuerungstechnik in besonderem
Maße durch die hervorragenden Kommunikationsfähigkeiten nach außen hin aus,
in unserem Falle vor allem über StandardTCP/IP. Die Integrationsmöglichkeiten, die
sich daraus ergeben, sind für uns am
wichtigsten.“
Bevor die zentrale Datenhaltung realisiert wurde, stand lediglich eine separate,
per CAN-Bus angebundene Datenbank zur
Verfügung, um die Drucker mit Informationen zu versorgen. Dies war – so Schöbel
– damals zwar Stand der Technik, aber
hinsichtlich der Datenübertragung sehr
aufwendig und nicht mit dem ERP-System
zu verbinden: „Anfangs ging es nur darum,
die Problematik mit dem von der Verpackungsmaschine und dem ERP-System
komplett unabhängigen Drucksystem zu
lösen. Allerdings wurden die zugehörigen
Auftragsdaten damals vom Bedienpersonal über Folientastaturen – mit entsprechend vielen Fehlern – eingegeben. Die
Folge war, dass immer wieder ganze Produktionsreihen aus- oder umgepackt werden mussten. Um dies zu verhindern, war
eine Verknüpfung zwischen Auftrag und
Druckdaten unerlässlich. Und mit der offenen Beckhoff-Steuerungstechnik war dies
kein Problem mehr, denn die Daten ließen
sich problemlos direkt über Ethernet aus
unserem damals noch recht kleinen Software-ERP-Interface aufrufen. Dieses Interface lief auf jeder Maschinen als lokale
Anwendung im Hintergrund ab, sodass die
Daten über eine Klassifizierung im ERPSystem fehlerfrei verheiratet mit der jeweiligen Artikelnummer und damit als
korrektes Etikett an den Drucker geschickt
wurden.“
Inzwischen läuft das ERP-Interface von
Varta Microbattery als MultithreadingAnwendung zentral ab, um mehrere Teilnehmer oder Clients gleichzeitig zu bedienen. Wird nun ein Auftrag an der Anlage
eingescannt, stehen direkt alle notwendigen Informationen an der Verpackungslinie zur Verfügung. Neben der Vermeidung von Fehleingaben führt dies auch
zu deutlich effizienteren Verpackungsprozessen, wie Schöbel erläutert: „Bei mehr
oder weniger gleich gebliebenen Losgrößen konnten wir in den vergangenen fünf
Jahren unseren Ausstoß nahezu verdreifachen. Dazu gehört eine entsprechend
häufige Maschinenumrüstung, im vergangenen Jahr alleine auf unseren drei Hauptverpackungslinien 2800 Rüstvorgänge.
Ohne eine durchgängige Kommunikation
von der Steuerungstechnik bis hin zum
ERP-System wäre diese Leistungssteigerung nicht möglich gewesen.“
Die Datenkommunikation
mit dem ERP-Interface
Aufgrund der vielen spezifischen Anforderungen, zum Beispiel hinsichtlich der
aufwendigen Berechnung der Blisterkarten-Codierung mit Mindesthaltbarkeitsdatum bis zum Batch-Code hat Varta
Microbattery für das ERP-Interface eine
eigene Lösung entwickelt. Diese basiert
auf einer doppelten Verschlüsselung im
Hexadezimal-Code, so dass sich die zu
übertragenden Daten mit nur 16 Zeichen
darstellen und im Protokoll auf einfache
Weise von den Sonder- bzw. Steuerzeichen
trennen lassen. Diese Abbildung der Daten
ist im TwinCAT-TCP/IP-Server implementiert, das heißt, der Datenstring wird von
der Steuerung umgewandelt, verarbeitet
und als Ergebnis über den Server direkt
an das ERP-Interface zurückgeschickt.
Grundgedanke ist laut Schöbel eine offene
Kommunikation, so dass es keine Rolle
spielt, ob die Steuerungsinformationen an
die SQL-Datenbank, einen Drucker oder
das ERP-System übertragen werden.
Interessant – so Ziegler – ist auch der
nächste Schritt, der sich derzeit in der
Umsetzung befindet: „Ein neues System
für die Visualisierung und Betriebsdatenerfassung soll ebenfalls dieses Datenübertragungsprotokoll nutzen. Aus Sicht der
Steuerung gibt es dann als einzige Schnittstelle nur noch das ERP-Interface, das
die Informationen an die entsprechenden
Stellen weiterleitet oder von dort sammelt
und an die Steuerung schickt. Im Interface
selbst werden die Codierungen berechnet,
Bei Mikrobatterien zeigt sich
ein Trend zu individuellen
Blisterverpackungen auch bei
kleineren Stückzahlen. Darauf
muss die Fertigung reagieren.
basierend auf der in der SQL-Datenbank
hinterlegten Codierungsart. Und das ERPSystem liefert über die Klassifizierung der
jeweiligen Materialnummer alle notwendigen Informationen wie Stückzahlen, Grafiken, EAN (European Article Number) und
sogar das passende Kameraprogramm. Per
Auftragsscan vor Ort ist die Anlage somit
möglichst weit umgerüstet, von der Steuerungstechnik bis hin zu der für die jeweilige Etikettenfarbe optimalen Beleuchtungseinstellung. Weiterhin können beispielsweise Maschinenzeiten erfasst und
Zugriffsberechtigungen zur Anlagensteuerung geregelt werden.“ Schöbel ergänzt:
„TwinCAT überträgt außerdem alle Informationen für eine OEE-Analyse. Hierzu
werden die erforderlichen Daten wie Störund Warnmeldungen zu mehreren Zeitpunkten gesammelt und als Datenpaket
an das ERP-Interface geschickt. Das Übertragungsprotokoll kann also problemlos
auch längere Datenstreams verarbeiten.“
Die Möglichkeiten, die sich durch die
offene Kommunikation mit TwinCAT eröffnet haben, haben Entwicklungspotenzial.
So soll beispielsweise die Robotertechnik
zur Druckerbestückung ebenfalls in das
System integriert werden, um die Druckdaten zwischen Roboter und Drucker abgleichen und demgemäß optimal steuern
zu können. Mit PC-Control und Scientific
Automation, unter anderem realisiert mit
den Leistungsmessklemmen von Beckhoff,
sollen die Anlagen zusätzlich hinsichtlich
der Energieeffizienz optimiert werden, um
die Leistungsspitzen im Gesamtenergieverbrauch zu reduzieren.
Stefan Ziegler
Marketing Communications
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
Telefon +49 5246 963-0
[email protected]
www.beckhoff.de/TwinCAT
www.varta-microbattery.com
Die Feinplanung steuert das tägliche Geschäft
von TINO BÖHLER
Fotos: kron en
Wann immer Nahrungsmittel gewaschen, geschält, geteilt oder verpackt werden, kommen Maschinen des Unternehmens Kronen zum Einsatz. Um Qualität, Liefertreue, Kundenzufriedenheit,
Innovationen und Marktstellung im Bereich „Gemüse und Salat“ sicherzustellen, entschied sich
das Unternehmen aus der badischen Kreisstadt Kehl am Rhein als Ergänzung des ERP-Systems
SAP R/3 für die Anschaffung einer MES-Lösung mit Feinplanung.
Waschmaschine für
Obst, Gemüse und Salat:
Kronen entwickelt und
produziert Maschinen
und Anlagen für die
industrielle Verarbeitung
von Nahrungsmitteln.
A
ls klassischer Einzelfertiger sind es
bei dem Maschinen- und Systemlieferanten Kronen weniger die Anzahl
der Aufträge, die die Herausforderung in
der Fertigung darstellen, als vielmehr das
Auftragsnetz hinter jeder zu fertigenden
Maschine. Andreas Ell, Leiter Arbeitsvorbereitung (AV) bei Kronen, erläutert: „Das
Auftragsnetz war der Hauptanlass, warum
wir dieses Thema angegangen sind. Es
stellt sozusagen die Struktur der Maschine
mit teilweise über 500 Teilen dar, die wir
dafür zukaufen. An dieser Stelle wollten
wir endlich eine bessere Übersicht haben.“
Oder anders gesagt: Das Unternehmen
stieß im ERP-System an seine planerischen
Kapazitätsgrenzen.
Bis zur Einführung der MES-Lösung
Cronetwork mit dem Modul Feinplanung
APS (Advanced Planning and Scheduling)
des Softwareanbieters Industrie Informa-
tik wurde die Fertigungssteuerung lediglich durch SAP-Funktionen zur Produktionsauftragseröffnung und Bestandsinformationen aus dem ERP unterstützt. Dies
bedingte einen hohen Zeit- und Rechercheaufwand in der Fertigungssteuerung.
Sehr komplexe Maschinen konnten nur
mit hohem Engagement des Personals in
der Fertigungssteuerung korrekt geplant
und realisiert werden. Bereits der kleinste
Planungs- und Steuerungsfehler führte zu
Sonderaktivitäten und Hektik in der Auftragsausführung sowie zu ungewollter
Kapitalbindung durch hohe Umlauf- und
Lagerbestände. Die fehlenden, zeitnahen
Produktionsrückmeldungen verstärkten
diesen Effekt zusätzlich. Ell zum Engpass
SAP: „Beim Planungsmodul hatten wir eine
Deckung von 15 Prozent, was die eigentlichen Themen unserer AV betraf. Über
80 Prozent bei SAP sind strategische Über-
legungen und Planwirtschaft.“ Doch Kronen arbeitet kundenauftragsbezogen und
es macht für den Maschinen- und Systemlieferanten keinen Sinn, Horizonte von länger als drei Monaten abzubilden.
Um die Kunden termingerecht zufriedenstellen zu können, müssen die Maschinen und Anlagen in einem Zeithorizont
von längstens zehn Wochen geliefert werden. Standardlieferzeiten zwischen zwei
und sechs Wochen sind üblich. „Wir müssen immer die nächsten sechs Wochen
sehr genau abbilden können“, sagt AV-Leiter Ell, „entscheidend in unserer Fertigung
ist, dass nicht nur die Kapazität Mensch
und Maschine, sondern die vorhandene
Kapazität der Ressource, des Materials, das
verarbeitet wird, von größter Bedeutung
ist.“ Und das Thema Material sei in SAP im
Grunde planerisch vernachlässigt.
Neben dieser Grenze des ERP-Systems
21
inf o rmati o nen
i
Kronen
Der global operierende Maschinen- und
Systemlieferant Kronen mit Standort in
Kehl am Rhein beliefert die Catering-, Feinkost-, Freshcut- und Lebensmittelindustrie
weltweit. Seit Ende der 1980er Jahre werden Maschinen und Anlagen für die industrielle Verarbeitung von Nahrungsmitteln
entwickelt und produziert. Dazu gehören
Schneidemaschinen, Stanzmaschinen,
Maschinen zur Kohl- und Kraut-Verarbeitung, Schälmaschinen, Waschmaschinen
mit Vibrations- oder Bandaustrag und
Zentrifugen sowie Trocknungsanlagen.
Komplette Bearbeitungsanlagen wie
Salatlinien, Gemüse-, Obst-, oder Kartoffelverarbeitungslinien stellt Kronen seiner
Kundschaft ebenfalls zur Verfügung.
Erwirtschaftet wurde 2013 ein Umsatz
von 12,3 Millionen Euro bei einer Gesamtartikelanzahl von 28.000.
www.kronen.eu
war es der Wunsch nach einer integrierten
Personalzeiterfassung (PZE) und einer
neuen BDE-Hardware, die zur Implementierung einer durchgängigen MES-Lösung
veranlasste. Robert Lankhart, Prokurist
Controlling, Finanzen und Personalwesen,
erläutert die Situation: „Wir wollten eine
Planung in einem geschlossenen System
und nicht länger die umfangreichen Fehlteilelisten aus SAP im Einkauf manuell prüfen – von denen dann auch noch 70 Prozent bereits bestellt waren.“
Auf die Softwarelösung des MES-Spezialisten Industrie Informatik ist Kronen
durch die Teilnahme an einem Webcast
zum Thema „Feinplanung mit APS“ aufmerksam geworden. „Wir brauchten ein
mehrschichtiges Gesamtsystem, das die
betriebswirtschaftlich berichtenden und
die Produktion planenden Ebenen des Unternehmens und den eigentlichen Fertigungs- beziehungsweise Produktionsprozess in der Fertigungsebene abdeckt. Insbesondere sollte das MES der fortlaufend
steuernden Durchsetzung einer bestehenden und gültigen Planung sowie der Rückmeldung aus dem Prozess dienen“, erklärt
Lankhart.
Schließlich war man sich sicher, mit
der im Webcast gezeigten Feinplanung die
vorhandenen Planungs- und Steuerungsprobleme der komplexen Maschinenfertigung zu lösen und das dahinter stehende
Auftragsnetz abzubilden. Zum einen erwartete man eine durchgängige Transparenz im Einkauf, in der Produktion und in
der Lager- und Materialwirtschaft, eine
Um die Kunden termingerecht zufriedenstellen zu können, müssen die Maschinen und Anlagen – wie etwa diese
Stanzmaschine für Gemüse und Salat – in einem Zeithorizont von längstens zehn Wochen geliefert werden.
22 Reduzierung der Durchlaufzeiten sowie
eine Erhöhung der Liefertreue. Zum anderen wollte man dem konjunkturbedingten
Wachstum bis zu 30 Prozent noch keine
personelle Verstärkung der AV und der
Produktionsleitung direkt folgen lassen.
Neben den einfach zu erstellenden Berichten für Key User, den funktionalen Stärken
der PZE und der APS-Feinplanung war es
insbesondere die Integrationsfähigkeit von
Cronetwork in das führende System SAP,
das den Ausschlag gab.
APS verplant die Aufträge aus SAP nicht
nur auf die verfügbaren Kapazitäten von
Mensch und Maschine: Schon beim Einplanen wird zusätzlich die Verfügbarkeit der
benötigten Materialien der über 540 Lieferanten geprüft. Dazu AV-Leiter Ell: „Dabei
berücksichtigen wir Eigenfertigungsteile
und Bestellpositionen. Die Planung umfasst also Lagerstände, Bestellungen und
Werkaufträge.“ Damit habe man auch bei
dynamischem Verschieben der Fertigungsaufträge immer die aktuelle Sicht auf die
Durchführbarkeit der Planung.
Die Einführung der MES-Lösung selbst
bezeichnet Lankhart als Erfolg: „Durch die
Stückelung des Projekts in kleine Arbeitspakete der Module PZE, BDE, APS und der
Materialbedarfslisten konnte SAP nach
und nach als Leitsystem der Fertigungs-
Der Apfel muss präzise justiert werden, bevor
seine Schale optimal entfernt wird.
feinplanung ersetzt werden. Heute übergibt SAP alle drei Minuten die Fertigungsaufträge über eine Schnittstelle an das
MES Cronetwork, wo mit APS die Feinplanung der einzelnen Aufträge erfolgt. Aus
dem MES zieht der Materialeinkauf dann
die verbindlichen Echttermine anhand der
Fehlteilelisten.“
AV-Leiter Andreas Ell zu den Vorteilen
von Cronetwork bei Terminkonflikten beziehungsweise Fehlteilen: „Die Produktionsplanung erstellt die Fertigungsaufträge
mit Stücklisten und Arbeitspläne im SAPSystem. Diese werden an Cronetwork übergeben und führen zu Bedarfsanforderungen im Einkauf. Über eine Auswertung
sieht dann der Einkauf detaillierte Bedarfsinformationen.“ Die Bestellung selbst
werde in SAP erfasst und über Schnittstellen an Cronetwork übergeben. Wenige
Minuten später seien die ungedeckten
Bedarfe. Komme es zu Terminkonflikten,
etwa dass der Bedarfstermin vor Liefertermin des Lieferanten liege, werde dieser
Konflikt sofort nach Auftragsbestätigungserfassung in der Bestellung sichtbar. „Somit haben Einkauf und Produktionsplanung jetzt sehr früh die Möglichkeit, eine
Lösung des Konflikts zu finden: entweder
die Planung anpassen oder beim Lieferanten den Liefertermin nachverhandeln“, so
Ell weiter.
„Auf der APS-Plantafel ist für uns
heute zudem jederzeit ersichtlich, welcher
Werker mit welcher Qualifikation und mit
welchem Arbeitsvorgang beschäftigt ist.“
Ell und seine Kollegen planen also an der
APS-Plantafel alle Fertigungsaufträge und
Ressourcen – immer mit dem Auftragsnetz
dahinter und in Abhängigkeit der Qualifikation der betreffenden Mitarbeiter. Durch
die APS-Lösung habe man einen sehr hohen Abdeckungsgrad erreicht.
Zusammenfassend kann man die größten Nutzenaspekte, die sich aus der täglichen Arbeit mit cronetwork ergeben würden, wie folgt formulieren:
• Transparenz für Management und Fachabteilungen durch Netzplandarstellung
• geringer Aufwand bei Umplanungen
durch Schnellschüsse
• frühzeitige Erkennung von Kapazitätsund Ressourcenengpässen
• keine doppelte Datenpflege der PZE mit
Lohnabrechnung und Kapazität
• alle Abteilungen sind vernetzt und arbeiten mit gleichem Datenbestand.
Durch das schnellere und sichere Erkennen von Kapazitätslücken sowie durch
die einfache und schnelle Produktionsplanung bleibt jetzt mehr Zeit für existenziell
relevante Tätigkeiten wie das Managen
von Kundenprojekten und den Abweichungen zu Standardmaschinen. Doch der Blick
geht schon weiter: Aktuell angedacht ist
eine Erweiterung des Industrie-InformatikPlanungstools APS um Planaufträge und
Kapazitätsblocker – Vertriebsaufträge mit
hoher Wahrscheinlichkeit – sowie der Einsatz mobiler MDE/BDE-Geräte.
Tino Böhler
Redaktionsbüro Dresden
[email protected]
Telefon +49 351 6475435
Unternehmen
Eckhard Winter
Geschäftsführung
Industrie Informatik GmbH
Linz (Österreich)
[email protected]
Telefon +43 732 6978-0
Leitebene
Steuerungsebene
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23
Effizienteres Engineering
mit bewährtem Leitsystem
von SVITLANA SCHMITT
Die Senkung der Anlagenkosten, globaler Wettbewerb und Umweltanforderungen sind Herausforderungen in der Prozessindustrie. Manager, Anlagenfahrer und Automatisierungstechniker
suchen Wege, die Time-to-Market zu verkürzen, Anlagen effektiver zu fahren und deren Verfügbarkeit zu erhöhen.
Foto: si emens
Automatisierung mit
Standardlösungen erleichtert das Engineering,
da in vielen Fällen ein
aufwendiges Programmieren von Bausteinen
entfällt. Das Leitsystem
Simatic PCS 7 bietet in
der neuen Version mehr
Effizienz, Komfort und
Leistung.
B
ei der neuesten Version des Prozessleitsystems Simatic PCS 7 sorgten die
Entwickler von Siemens für effizienteres Engineering, bedienerfreundlicheres
Arbeiten und – im Sinn der Betreiber – für
eine Steigerung der Performance.
Simulation ist ein unerlässliches Hilfsmittel, um Projektzeiten zu verkürzen und
dadurch Projektkosten zu senken: Das Simulation-Framework Simit, das auch der
virtuellen Inbetriebnahme Simatic-basierender Automatisierungslösungen dient,
erlaubt ein effizienteres Engineering auf
der Anlage.
Auf wesentlich verkürzte Inbetriebnahmezeiten zielt auch das selektive Laden von Programmcodes in die Automatisierungssysteme. Dieses neue Feature
erlaubt Projekteuren, ausschließlich die
selbst durchgeführten Änderungen hochzuladen. Mit der Übertragung einzelner
24 Änderungen verkürzt sich einerseits die
Ladezeit und andererseits gestaltet sich
die Inbetriebnahme dadurch sehr viel flexibler und wesentlich effektiver.
Nicht nur einzelne Aufgaben, auch das
Engineering in seiner Gesamtheit wird
effektiver: Dafür sorgt unter anderem das
„Multi-User Operator Station Engineering“,
das besonders bei umfangreichen Projekten den Abstimmungsaufwand zwischen
einzelnen Projektierungsteams erübrigt.
Die neue Version bietet eine erweiterte
Bausteinbibliothek, die für noch mehr Automatisierungsaufgaben Standardlösungen
bereithält. Dies erleichtert das Engineering,
da in vielen Fällen ein aufwendiges Programmieren von individuellen Bausteinen
entfällt. Im laufenden Anlagenbetrieb nutzen die Mitglieder der Bedienmannschaften das Leitsystem täglich mehrere Stunden. Im Vordergrund der Entwicklungs-
aktivitäten für diese Version stand die
Erhöhung der Bedienerfreundlichkeit des
Systems.
Das Konzept der Advanced Process Graphics trägt dazu wesentlich bei. Es ist darauf ausgerichtet, Anzeigekonzepte aufgaben- und situationsspezifisch umzusetzen.
Durch den konsistenten Einsatz dezenter
Farben, einfacher Formen und eindeutiger
Bildsprache sowie durch aufbereitete Anlagendaten in Form von Hybridanzeigen,
Trendkurven und Spinnen-Diagrammen
wird die Arbeit erheblich vereinfacht. Anstatt dass der Anlagenfahrer beispielsweise einzelne Werte im Kopf in ein Verhältnis
setzen muss, präsentiert ihm das System
wichtige Trends und visualisiert zuverlässig Gesamtzusammenhänge in Produktionsprozessen. Der Einsatz von Advanced
Process Graphics entlastet Bediener und
sorgt dafür, dass ihre Arbeit trotz zuneh-
mender Komplexität und Erweiterung der
klassischen Bedienaufgaben einfacher wird.
Die neue Version unterstützt nun vollständig die Verwendung der Simatic HMI
Comfort Panels. Diese Vor-Ort-Bedieneinheiten sorgen für detailgetreue Darstellung von Prozessbildern, garantieren einen
schnellen Bildaufbau und bieten diverse
Schnittstellen wie Ethernet oder USB.
Leistungsstärkerer Betrieb
Mehr Flexibilität, schnellere Performancesteigerungen und unterbrechungsfreies Laden sind die Hauptvorteile von
„Type Change in Run“. Bislang standen
Betreiber Bausteinupdates stets skeptisch
gegenüber: Selbstverständlich wollte man
von den Neuerungen einer verbesserten
Bausteinbibliothek profitieren, aber lohnt
es sich, dafür die entsprechenden Automatisierungssysteme in Stopp zu nehmen,
also die Produktion zu unterbrechen? Dieses Dilemma ist beim Einsatz der neuen
Simatic PCS 7 CPU 410 und Version 8.1
beseitigt. Updates von einzelnen Bausteinen oder einer Bausteinbibliothek sind
unterbrechungsfrei möglich.
Dieselbe Unterbrechungsfreiheit gilt
nun auch für das Upgrade der Systemerweiterungskarte. Sie regelt die Leistungsdimensionierung der CPU 410 nach Automatisierungsaufgabe. Für Betreiber sichert
die Neuerung nicht nur unterbrechungsfreien Betrieb bei der Erweiterung, sie erlaubt auch ein sehr exaktes Anpassen der
Leistung an die Aufgabe.
In einem weiteren Punkt bietet die
neue Version Vorteile: Die Überwachung
mechanischer Komponenten wie Pumpen,
Ventile oder Wärmetauscher auf ihren
einwandfreien Betrieb ist jetzt möglich.
Condition-Monitoring-Bausteine zur Überwachung mechanischer Komponenten erlauben die Einbindung von umfassenden
Zustandsüberwachungskonzepten direkt
ins Leitsystem. In die neue Version des Leitsystems Simatic PCS 7 hat Siemens entscheidende Vorteile implementiert, die für
mehr Performance und Effizienz über den
gesamten Lebenszyklus sorgen. Svitlana Schmitt
Siemens AG, Process Industries and Drives
Telefon +49 721 595-4342
[email protected]
www.siemens.de
25
Neues aus der Industrie • Neues aus der Industrie • Neues aus der Industrie • Neues aus der Industrie •
K o mplettl ö sung f ü r Z ahlen , D aten , Fakten aus der F ertigung
Cosmino Express
Cosmino Express, ein Softwaresystem der Cosmino AG, erzeugt nach Anlegen der Stammdaten von
allen Arbeitsplätzen aktuelle Kennzahlen und Analysen.
www.cosmin
o.de
Die Software bezieht benötigte Informationen von Papierformularen, auf denen die Mitarbeiter
beispielsweise Anlagen- und Qualitätsdaten erfassen. Durch Dokumentenscanner werden die handschriftlichen Einträge erkannt. Das System validiert und digitalisiert die Daten und generiert daraus
die Berichte. Das Softwarepaket enthält vorbereitete Auswertungen zur Gesamtanlageneffektivität
(OEE), Leistung, Verfügbarkeit, Qualität, Verlustarten oder Reaktionszeiten. Auch Daten aus maschineller Erfassung oder von Eingabeterminals kann Cosmino Express verarbeiten. Bei Bedarf können
zusätzliche Berichte und ERP-Schnittstellen ergänzt werden. Die Softwarelösung erlaubt den schnellen Einsatz und kann je nach Anforderung stufenlos zum Cosmino MES Plus ausgebaut werden.
Kontakt: Matthias Kohlbrand, Telefon +49 911 46 26 76 31, [email protected]
N avigati o nss y stem schafft Übersicht im N etzwerk
Indu-Sol
www.indu-sol.com
Die permanente Überwachung und eine kontinuierliche Zustandsanalyse der Kommunikations
qualität bei industriellen Netzwerken sind unabdingbar. Indu-Sol bietet für die Überwachung von
Profinet- und Ethernet-Netzwerken eine schlaue Kombilösung für Diagnose und Topologie an, die
sich auch von Nicht-IT-Profis einfach bedienen lässt. Das praxisgerechte Profinet-Diagnose-Duo funktioniert wie ein Navigationssystem für die Anlage und kann Instandhalter dadurch sehr effektiv bei
ihrer Arbeit unterstützen. Dank dem Zusammenspiel von Live-Topologieplan und Diagnose-Anzeige
sieht man sofort die Position jedes Netz-Teilnehmers und dessen „Gesundheitszustand“, der grafisch
durch Ampelfarben signalisiert wird. Dafür arbeitet die Topologie-Software „Proscan Active“ Hand
in Hand mit dem „Profinet-Inspektor“, der für die Netzwerkdiagnose zuständig ist. Für die Leitebene
steht mit der Software „Promanage ebenfalls eine praxisgerechte Lösung zur Verfügung. Sie ermöglicht eine zentrale, feldbusübergreifende Überwachung von mehreren Inspektoren beziehungsweise
Switch-Geräten. Kontakt: Stefanie Rinck, Telefon +49 34491 5818-41, [email protected]
M a S S geschneiderte I ndustrie - P C : D as neue G esicht der A ut o mati o n
ESA elettronica
Mit den Panel-PC, Box-PC und Industriemonitoren der Esaware-Produktlinie stehen innovative und
anpassbare Systeme zur Verfügung, die auf die Anforderungen unterschiedlicher Anwender ausgerichtet sind.
Die Esaware-Industrie-PC teilen sich in zwei große Familien: die Touchpanel-Serie und die Box-IPC
für die Hutschienenmontage. Hinzu kommen Touchmonitore für die Box-IPC. Die Panel-PC der Serie
EW-200 gliedern sich in „Fanless“ und „Dynamic“. Die lüfterlosen Geräte eignen sich ideal für Webapplikationen, während die mit Intel-i3-, - i5- oder - i7-Prozessoren ausgerüsteten Dynamic-Rechner
genug Power für intensive Rechenoperationen mitbringen. Die Displays sind entweder
kapazitiv mit Glasfront und damit auch tauglich für Multitouch-Anwendungen oder
resistiv mit 5-Leitertechnik. Die Diagonalen reichen von 12 bis 22 Zoll. Die TFT-Displays
bringen 16,7 Millionen Farben und LED-Hintergrundbeleuchtung mit. Die intuitiv
bedienbare Software-Suite „CREW“ ermöglicht einheitlich und durchgängig die Erstellung von Visualisierungsapplikationen von den kleinen Bedienpanels bis zu den Highend-PC des Herstellers ESA. Die Reihe EW 400 bietet im Bereich der Box-PC kompakte
Modelle, die für besonders raue industrielle Bedingungen ausgelegt sind. Sie sind mit
Intel-i7-Prozessor ausgerüstet und kommen durch ein Heat-Pipe-System ohne Lüfter
aus. Die Flüssigkühlung funktioniert über ein wartungsfreies, geschlossenes System.
Der Arbeitstemperaturbereich dieser Geräte reicht von minus 20 bis plus 60 Grad Celsius. Die stabile Rechenleistung ist auch bei hohen Temperaturen ohne Drosselung
der CPU gewährleistet. Mit der IPC-Serie esaware wird auch die neue IndustriemonitorFamilie EW300 vorgestellt. Ein Workshop vermittelt den Teilnehmern den praxisnahen
Einstieg in die Handhabung der ESA SCADA Software CREW. Kontakt: Zoltan Berkessy,
ESA elettronica GmbH, Telefon +49 6074 486 45 22, [email protected]
26 • Neues aus der Industrie • Neues aus der Industrie • Neues aus der Industrie • Neues aus der Industrie
E mbedded - S icherheit
Wibu-Systems
Wibu-Systems bietet Unterstützung beim Schutz der Maschinensoftware vor Reverse-Engineering
und vor Kopieren. Zudem hilft das Verfahren Secure Boot beim Integritätsschutz.
Wibu-Systems ist ein Anbieter von Sicherheitslösungen für den Schutz von Software und Dokumenten. Zum Schutz der Maschinensoftware und zum Integritätsschutz bietet der Sicherheitsspezialist
zwei Workshops für Anwender an. Zum Thema „Embedded-Security für das Internet der Dinge“
berichten Philip Michel, Field Application Engineer bei Wind River, und Günther Fischer, Embedded
Consultant bei Wibu-Systems, über die unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen an EmbeddedSysteme seitens Hersteller und Betreiber und wie diese mit dem „Security Profile“ in VxWorks 7.0
umgesetzt werden können. In die Praxis umgesetzt bedeutet dies: Signieren, verschlüsseln und
lizenzieren in der Wind River VxWorks 7 Workbench, einfach konfigurierbar durch ein
CodeMeter-Plugin, das auf der Entwicklungsumgebung Eclipse basiert. Das Thema
„Secure Boot auf einer Raspberry-Pi-SPS“ erläutert den Schutz der Steuerungssoftware mit Hilfe von Verschlüsselung und „Secure Boot“. Mit einem Demo-Kit kann
man auf einem „Raspberry Pi“ arbeiten und die Tests am eigenen Arbeitsplatz fortführen. Stefan Bamberg, Key Account Manager bei Wibu-Systems, und Günther
Fischer, Embedded Consultant bei Wibu-Systems, sind Experten für das Erzeugen
eines Root-Zertifikats und die Verschlüsselung einer Software auf dem „Raspberry Pi“.
Oliver Winzenried, Vorstand und Gründer von Wibu-Systems, erklärt: „Selbst Hand
anzulegen liefert nachhaltige Lernerfolge. Deswegen haben wir beide Workshops
sehr praxisnah gestaltet. Sobald die Teilnehmer VxWorks 7.0 oder unser Demo-Kit mit
Raspberry Pi haben, können sie dank komfortabler Tools die komplexen Verfahren anwenden und ihre Embedded-Software schützen. Unser Embedded-Sicherheitsteam
hilft bei allen Fragen.“ Kontakt: Elke Spiegelhalter, Telefon +49 721 93172-11,
[email protected]
I mplementierung eines P r o finet- I O - D evices
Hilscher
Wie kommen Geräteentwickler von Devices für die Automatisierungstechnik schnellstmöglich zu
einem PROFINET-Anschluss in der Version 2.3? Und wie stellen sie ohne Aufwand fest, dass sich ihre
Geräte korrekt im Netz verhalten? Antwort auf diese Fragen gibt der Netzwerkspezialist Hilscher
Gesellschaft für Systemautomation.
Profinet (Process Field Network) ist ein offener Industrial-Ethernet-Standard für die Automatisierung.
Die Version 2.3 der Profinet-Spezifikation hat die Voraussetzungen geschaffen, um mit dem HighPerformance-Profil die Zykluszeit auf 31,25 Mikrosekunden zu verkürzen. Gerätehersteller müssen
den Umstieg auf die neue Version bald vornehmen, denn ab Mai wird Version 2.2 nicht mehr zertifiziert. Der Kommunikationsspezialist Hilscher hat die Zertifizierung von der Profibus-Nutzerorganisation (PNO) erhalten und gibt sein Know-how weiter. In einem praxisnahen Workshop wird das
gesamte Know-how von der Konfiguration bis zur Zertifizierung vermittelt. Die Integration in Feldgeräte selbst in die Hand zu nehmen, erfordert viel Know-how und Entwicklungsressourcen. Mit
den Technologie-komponenten des Unternehmens gelingt es Geräteentwicklern, eine zuverlässige
Implementierung der neuen Profinet-Version zu realisieren und das richtige Verhalten im Netz zu
analysieren. Mithilfe des Netzwerk-Controllers „netX 51/52“ lässt sich eine Kommunikationsschnittstelle bis hin zur Inbetriebnahme und Anpassung der Applikation aufbauen. Dieser Netzwerk-Controller für Feldbus- und Real-Time-Ethernet-Slaves unterstützt mit erweiterten Kommunikationsfunktionen unter anderem das Dynamic Frame Packing und IO-Link V1.1. Mit dem Werkzeug
„netAnalyzer“ zur Low-Level-Analyse von Echtzeit-Ethernet-Netzwerken lässt sich der Profinet-Anschluss überprüfen, so dass das Device über alle Voraussetzungen für eine schnelle Zertifizierung
verfügt. Kontakt: Sebastian Hilscher, Telefon +49 6190 9907-0, [email protected]
www.hilscher.com
27
Schnell integrierbare sehende Systeme
sorgen für höhere Produktivität
von WALTER MEYER
Die Automation wird immer mehr zum entscheidenden Produktivitätsfaktor: schneller einsetzbar,
leichter integrierbar und trotzdem sehr kosteneffizient, so lautet die Anforderung. Ziel muss es
sein, dass der Werker die Automationslösung selbst installieren und dann nutzen kann. Mit dem
Konzept „Plug & Automate“ für „sehende“ Systeme (Machine Vision) steht bereits ein Schlüssel
für höhere Automatisierungseffizienz zur Verfügung.
L
Foto/bi ld: Isra Vision
osgröße 1 ist in der Automobilindustrie bereits Realität. Änderungen am
Modell werden zum Teil am aktuellen
Fahrzeug während der laufenden Produktion realisiert. Das Modellangebot der
Fahrzeuge wird ständig erweitert. Neue
Materialien wie CFK sowie neue Fertigungsmethoden wie Nieten oder Kleben
kommen zum Einsatz. Dies alles erfordert
neue und schnell integrierbare Mess- und
Prüfverfahren. Automatisierung und 100
Prozent Qualitätskontrolle sind tragende
Säulen in der Automobilindustrie sowie in
der Industrie allgemein.
Bildverarbeitende Systeme werden in
der Automobilindustrie in hohem Maß eingesetzt. Sie verleihen den Robotern Augen
In wenigen Stunden
betriebsbereit:
Der automatisierte
„Griff in die Kiste“ mit
„Plug & Automate“.
Sehende Maschinensysteme stellen den
Schlüssel für eine
höhere Automatisierungseffizienz zur
Verfügung.
28 sowie Denkvermögen und weisen ihnen
clever den Weg. Erst ihr Einsatz macht
flexible, intelligente Fertigung möglich –
und dies sogar unter beengten Platzverhältnissen. Immer mehr Mess- und Prüftechnik wird direkt in der Linie eingesetzt.
Trotzdem ist noch genügend Potenzial für
den Ausbau vorhanden.
3D-Roboterführung
Die 3D-Roboterführung für 100 Prozent überwachte und gleichzeitig vollautomatische Abläufe ist im Automobilbau
eine Voraussetzung für höhere Produktivität. Machine-Vision-Systeme flexibilisieren
den Robotereinsatz, reduzieren nachweis-
lich die Kosten und ermöglichen darüber
hinaus einen Nachweis der Fertigungsqualität. Jedoch gab es bis vor kurzem noch
eine Barriere für die weitere Verbreitung:
zu anspruchsvoll und zu kompliziert. Diese
wurde nun überwunden. Für jede Anwendung von 2D bis 6D steht eine einfach
anwendbare Produktlinie aus Sensorik und
Software zur 3D-Roboterführung von Isra
zur Verfügung. Integrieren, verbinden, in
Betrieb nehmen, fertig – anstelle mühsamer Programmierung muss nur noch
parametriert werden. Das Konzept dahinter heißt „Plug & Automate“.
Die GigE-basierenden Sensoren sind
stationär sowie mobil einsetzbar und bieten höchste Genauigkeit selbst bei großen
Bauteilen. Die Software ist im Windows8-Style geschrieben. Per Touch auf dem
Bildschirm navigiert der Anwender intuitiv
durch die Systemkonfiguration. Zum Beispiel ermöglicht Mono3D die 3D-Messung
von Position und Orientierung mit nur
einem Sensor. Der Sensor bestimmt alle
sechs Freiheitsgrade für ein dreidimensionales Objekt über lediglich drei Merkmale.
Der Stereosensor Stereo3D nutzt für das
räumliche Sehen zwei Kameras und bestimmt damit die 3D-Koordinaten des
Objekts oder definierter Bildteile. Mehrere
Einzelsensoren lassen sich zu einem Verbund zusammenfassen, um die hochgenaue 3D-Koordinatenbestimmung großer
Objekte zu ermöglichen.
Mit der 3D-Robot-Vision-Technologie
Shapescan3D wird der intelligente Griff
in die Kiste möglich. Auch komplexeste
Teilegeometrien lassen sich damit sicher
erfassen und greifen – und dies schnell.
Der Area Profile Scanner 3D bietet eine
einzigartige Kombination aus Stereometrie, Triangulation und Phase-Shift-Methoden. Sie erlaubt die hochpräzise Vermessung von Freiformflächen – eine Voraussetzung für lückenlose Qualitätssicherung
während der automatisierten Montage
beispielsweise von Blechteilen. Das von
Isra angebotene Portfolio kommt für die
Qualitätssicherung innerhalb aller Pro-
Hochgenau und flexibel einsetzbar durch Scan-Betriebsarten für verschiedene Oberflächen ist APS3D.
zessstufen der Automobilfertigung zur
Anwendung.
Die Qualitätskontrolle glänzender Flächen ist nach wie vor nicht einfach zu
lösen. Große Fortschritte brachte die Entwicklung deflektometrischer Verfahren. Bei
diesen Verfahren wird versucht, die Prüfweise eines menschlichen Prüfers nachzuvollziehen, was sich als schwierig gestaltet,
da das menschliche Auge gleichzeitig sieht,
erkennt, analysiert und assoziiert. Neu ist
die von Isra eingeführte „Inline Deflektometrie“. Sie ist die Kombination aus der
Präzision deflektometrischer 3D-Messverfahren mit der Geschwindigkeit der 2DOberflächeninspektion für die prozessintegrierte Qualitätssicherung. Sensoren auf
Basis der Inline-Deflektometrie benötigen
nur eine einzige Bildaufnahme, um Fehler
zu identifizieren. Am Roboterarm montiert
kann so direkt in der kontinuierlichen Bewegung inspiziert werden. Ein Realisierungsbeispiel ist der Paintscan-Sensor, der
kleinste Unregelmäßigkeiten an spiegelnden Oberflächen erkennt und bewertet.
Im Bereich Lithium-Ionen-Zellen für die
Elektromobilität wird das Trägermaterial
von Batterien in der Vorfertigung kontrolliert. Batteriefolien werden inline auf Verunreinigungen und Löcher geprüft, wobei
insbesondere letztere ein hohes Sicherheitsrisiko darstellen. Ferner werden die
aufgebrachten Elektroden auf fehlende,
inhomogene und ortsgenaue Beschichtung sowie auf mögliche Fremdkörper inspiziert. Bei Faserverbunden, PrePreg und
Kohlefasergelegen kontrollieren Inline-Inspektionsanlagen entlang der unterschiedlichen Prozessstufen auf lose oder herausstehende Fasern, Löcher, Fremdpartikel und
Webfehler. Eine Besonderheit dabei ist ein
Verfahren, bei dem auch die Fehlerhöhe
ermittelt und hinsichtlich der Einhaltung
der Spezifikationen überwacht wird. Die
3D-Roboterführung und die Verfahren zur
Oberflächeninspektion bieten höchste Flexibilität in der Fertigung.
Walter Meyer
Marketing Manager
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Kein Eingriff in die Programmierung
des überwachten Gerätes
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ermöglichen die kompakten Mono3D-Sensoren.
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29
Dezentrale Automatisierung
in Streckblasmaschinen
von TARAK VIOL
Fotos: Oh lenschäger/vor-ort-foto.de
PET-Flaschen werden in der Getränkeindustrie in der Regel direkt vor dem Abfüllen aus den
Rohlingen, den so genannten PET-Preforms, hergestellt. Bei der Automatisierung der Streckblasmaschinen vom Typ Multiblow arbeitet der Maschinenbauer Arcor unter anderem mit dezentralen I/O-Modulen. Die Vorteile zeigen sich bei Installation und Service der Maschinen.
Fertigung der Multiblow-Maschinen im Arcor-Werk in Michelstadt im Odenwald.
W
eit über eine Milliarde PET-Flaschen werden allein in Deutschland pro Jahr mit Getränken befüllt. Produziert werden sie meist direkt
vor Ort im abfüllenden Betrieb, um den
Transportaufwand so klein wie möglich zu
halten. Streckblasmaschinen, die aus PETPreforms fertige Flaschen herstellen, gehören zur typischen Ausrüstung eines
Unternehmens der Getränkeindustrie.
Die Arcor GmbH, die seit 1997 in
Dieburg und seit 2011 auch in Michelstadt
im Odenwald tätig ist, hat sich auf die
Ausrüstung von Brauereien und anderen
Getränkebetrieben spezialisiert. Als klassischer Projektdienstleister bietet das
mittelständische Unternehmen mit über
50 Mitarbeitern seinen Kunden ein All30 round-Paket – von der Beratung, über die
Lieferung und Installation bis zur Wartung
und Modernisierung. Neben dem Projektgeschäft hat Arcor vor einigen Jahren
damit begonnen, auch eigene Maschinen
zu fertigen. So hat das Unternehmen durch
die Mehrheitsbeteiligung an dem slowenischen Maschinenbauer ICS eigene Abfüllmaschinen im Programm.
Anfang 2011 startete die Entwicklung
einer eigenen PET-Streckblasmaschine.
Ausgangspunkt war die beständige Kundennachfrage, die man bei Arcor mit eigenen Maschinen bedienen wollte.
Die Streckblasmaschine Multiblow
fertigt aus PET-Rohlingen Flaschen unterschiedlicher Größe. Die Maschinen werden in der Getränkeindustrie üblicherweise
direkt vor der Abfüllung installiert. Dadurch
spart man Logistikkosten, da statt leerer
PET-Flaschen nur die deutlich kleineren
Rohlinge zum Zielort transportiert werden
müssen. Im ersten Schritt werden die
Preforms in speziellen Haltern aufgenommen und aufgeheizt. Dabei nehmen sie
eine gleichmäßige Temperatur von etwa
90 Grad Celsius an. Transporteinrichtungen fördern die aufgeheizten Rohlinge in
die Blasformen, wo sie ein Dorn zunächst
in Längsrichtung dehnt, bevor sie mit
einem Druck von mitunter 40 bar in die
endgültige Form gebracht werden. Die
Formen sind wassergekühlt, damit die
fertigen Flaschen sofort für den Weitertransport abkühlen können.
Die Maschine stellt hohe Anforderun-
gen an die Automatisierungstechnik. „Wir
müssen eine Vielzahl von Achsen, die
Infrarotheizungen, die Pneumatik sowie
zahlreiche Sensoren an die Steuerung
anbinden“, erklärt Alexander Rosin, der die
Konstruktion bei Arcor leitet.
Die Peripherie, die an verschiedenen
Stellen innerhalb der mehr als fünf Meter
langen Maschine installiert ist, wird über
Profibus DP angebunden. Dabei setzt Arcor
laut Rosin auf Speedway-I/O-Module der
Serie 767 von Wago: „Die Anbindung der
Jährlich werden mehr als eine Milliarde
PET-Flaschen in Deutschland benötigt.
Sie werden direkt vor dem Abfüllen aus
den Rohlingen hergestellt. Die PETStreckblasmaschine Multiblow von
Arcor kommt vor allem in kleineren oder
mittleren Abfüllanlagen zum Einsatz.
I/Os über dezentrale IP67-I/O-Module hat
mehrere Vorteile. Wartung und Service
sind deutlich einfacher und gleichzeitig
sparen wir Platz im Schaltschrank.“ Die
Speedway-I/O-Module lassen sich nah an
den Sensoren und Aktoren platzieren,
wodurch der Verkabelungsaufwand der
Maschine deutlich reduziert wird. Statt
viele Kabel vom Schaltschrank in die Feldebene zu verlegen, genügen eine Bus- und
eine Versorgungsleitung.
In der Streckblasmaschine sind unterschiedliche Speedway-I/O-Module verbaut.
Neben einem Feldbuskoppler für Profibus
DP (767-1101), der bereits acht digitale
Eingangskanäle zur Verfügung stellt, sind
noch weitere digitale Ein- und Ausgangsmodule an verschiedenen Stellen in der
Maschine montiert, die über den Systembus an den Feldbuskoppler angebunden
sind. Die kompakten Module haben jeweils
acht Ein- beziehungsweise Ausgänge, an
die die Sensoren und Aktoren je nach Ausführung mit M8- oder M12-Rundsteckverbindern angeschlossen werden. Durch die
kompakten Maße und die hohe Schutzart
IP67 lassen sich die Module beinahe beliebig innerhalb der Maschine positionieren.
„Komponenten, die wir direkt innerhalb
der Maschine verbauen, müssen sehr
dort vor allem die Frequenzumrichter den
meisten Platz. Für die zuverlässige Stromversorgung der Automatisierungskomponenten sorgt ein Epsitron-Pro-Power-Netzgerät von Wago. Auch bei den weiteren
Komponenten im Schaltschrank setzt
Arcor auf Komponenten aus Minden. So
schalten etwa Relais der Serie 788 leistungsstärkere Verbraucher. Typisches Bei-
Alexander Rosin, der die Konstruktion bei
Arcor leitet, zeigt die Platzierung der
Speedway-Komponenten in der Maschine.
robust sein und die hohen Temperaturschwankungen aushalten“, erklärt der Konstruktionsleiter.
Da Arcor zu 90 Prozent ins Ausland
liefert, sind hohe Zuverlässigkeit und einfacher Service von entscheidender Bedeutung. Rosins Grundsatz ist eindeutig: „Die
Maschine muss laufen.“ Daher werden nur
Komponenten verwendet, von deren Qualität und Zuverlässigkeit er auch wirklich
überzeugt ist. „In einem Service-Fall lässt
sich sehr leicht überprüfen, ob ein Kabel als
Ursache in Frage kommt. Dazu haben wir
fertig konfektionierte Ersatzkabel, die einfach eingesteckt werden können“, so Rosin.
Durch die dezentralen Speedway-I/OModule ist der Schaltschrank der Maschine
relativ klein. Neben der SPS beanspruchen
Die dezentralen Speedway-I/OModule der Serie 767 in Schutzart
IP67 sind über Profibus DP an die
Steuerung angebunden.
spiel sind die Infrarotheizungen, die die
PET-Rohlinge auf die richtige Temperatur
bringen. Alle Komponenten sind für die
Montage auf DIN-Hutschienen vorgesehen und sparen durch die Cage-ClampAnschlusstechnik wertvolle Zeit bei der
Installation. „Bei Wago bin ich mir sicher,
dass die Qualität stimmt“, begründet
Rosin die Entscheidung, „zudem ist die
Betreuung durch den Außendienst hervorragend.“
Tarak Viol
Technischer Vertriebsberater
Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG
Telefon +49 6106 8496-0
[email protected]
www.wago.com
31
Leckerer Frischkäse – aber sicher
von TARAK VIOL
Kompetenz für Käse. So lautet das Motto der Hochland-Unternehmensgruppe, einem der größten
privaten Käsehersteller in Europa. Seit Gründung im Jahr 1927 hat sich das Familienunternehmen
mit Sitz in Heimenkirch (Allgäu) auf die Herstellung und den Vertrieb von Käse konzentriert.
Sicherheitstechnik ist Standard in der Hochland-Käserei in Schongau. Für die Modernisierung des
Kühlbereichs der Frischkäse-Produktionslinie wurden neue Sicherheitsprodukte eingesetzt.
I
technik einer Anlage in der Weißkäserei
machte damals Probleme. Durch die rauen Umgebungsbedingungen mit heißen
Dämpfen, Reinigungslauge und Hochdruckreinigung sind die alten Zungensicherheitsschalter häufig ausgefallen. Erst mit
dem System Eden konnten wir das Problem
beheben.“
Bei Eden handelt es sich um einen
berührungslosen Sicherheitssensor von ABB
für den Einsatz an verriegelten Türen oder
Hauben. Eden besteht aus zwei sich ergänzenden Teilen: „Adam“ und „Eva“. Zwischen den beiden Komponenten findet
eine permanente, dynamische Kommunikation statt. Der Sensor wird nur aktiviert,
wenn das Tor oder die Haube geschlossen
ist und „Adam und Eva“ einen bestimmten
Schaltabstand aufweisen. Treten Fehler
auf, wird sofort ein Stoppsignal ausgelöst.
In der hohen Schutzart IP69K halten sie
den teils extremen Bedingungen einer
Käserei stand. Durch ihr glattes Design
ohne schmutzanfällige Kanten und Öff-
Fotos: ABB Stotz-Kontakt
n Schongau im oberbayerischen Voralpenland liegt einer von zwei HochlandProduktionsstandorten in Deutschland.
Mit der 1997 in Betrieb genommenen modernen Käserei verfügt das Unternehmen
über eine der bedeutendsten Fertigungsstätten für Frischkäse und Weißkäse in
Europa. 100 Prozent Alpenmilch und 100
Prozent natürliche Zutaten – das verspricht
Hochland für den Alpenfrischkäse. Hochland setzt in der Produktionslinie nicht nur
auf Qualität, sondern auch auf höchste
Sicherheit für die Beschäftigten. Im März
2014 wurde der Kühlbereich einer Produktionslinie mit ABB-Produkten auf den
neuesten Stand der Sicherheitstechnik
gebracht.
Anton Eicher, Leiter Automatisierung &
Zentrale Instandhaltung im Werk Schongau, weiß insbesondere die Robustheit
der ABB-Sicherheitstechnik zu schätzen.
Seit sechs Jahren setzt Hochland SafetyProdukte des Automatisierungsspezialisten ein. Er erinnert sich: „Die Sicherheits-
Mit Sicherheit gut: Die Herstellung von Käse wird mit moderner Technik geregelt.
32 nungen können sie zudem problemlos in
den Hygienezonen 1 und 2 bei Hochland
eingesetzt werden „Wir haben zuverlässige
Sicherheitstechnik gesucht und haben ABB
gefunden“, erklärt Eicher.
Bei den Sicherheitssensoren „Adam und
Eva“ ist es nicht geblieben. „Wir haben bei
uns einen Standard für Sicherheitstechnik
definiert, und der heißt ABB“, so Eicher.
Auch im aktuellen Modernisierungsprojekt
des Kühlbereichs der Linie werden daher
Safety-Geräte von ABB eingesetzt.
Frischkäse auf Lagertemperatur bringen
Der Abfüllanlage folgt direkt der Kühlbereich. Dort wird der heiß abgefüllte
Frischkäse auf Lagertemperatur heruntergekühlt. In Reihe laufen 150-Gramm-Fässchen zur Kühlung ein. Sie werden zu je acht
Stück in Karton-Trays gesetzt. Diese werden anschließend auf Tablets, auf Rollen
gelagerte Bleche, platziert. Ist ein Tablet
voll belegt, wird es über eine der beiden
Beladestationen in den Kühlbereich transportiert und dort über eine Höhe von
5,5 Metern auf eine von 25 Etagen verteilt.
Während die unteren zehn Etagen reine
Durchlaufstationen sind, können in den
oberen 15 Etagen bis zu sechs verschiedene Produkte zwischengelagert werden.
Voll ausgelastet fasst die Anlage mehr als
60.000 Becher Frischkäse.
Drei Entnahmestationen leiten die Trays
vom Kühlbereich entweder zu einer Großgebinde-Packstation oder zu zwei Verdecklern, die einen Kartondeckel auf die Trays
setzen, um sie stapeln zu können. Das
übernimmt ein ABB-Palettierroboter IRB 640.
Er greift die Trays und stapelt sie auf eine
Palette. Die volle Palette gelangt über eine
Förderstrecke zu einem Folienwickler und
anschließend ins Kühllager.
Ein Roboter stapelt die Molkereiprodukte auf eine Palette, bevor sie ins Kühllager transportiert wird.
Die elektromagnetische Zuhaltung Magne ist robust
und besonders langlebig.
Sicherheitstechnik wird im Kühlbereich
vor allem bei den Zugangstüren zur Kühlspeicheranlage und bei Maschinenabtrennungen benötigt. Veraltete Not-Aus-Relais
und Zungensicherheitsschalter sollten bei
Hochland auf den aktuellen Stand der
Maschinensicherheit gebracht werden.
Stand früher die Anlage komplett still,
wenn eine Türe geöffnet wurde oder ein
Schalter nicht sauber geschlossen war, gilt
für die neue Sicherheitslösung eine andere
Anforderung. Eicher formuliert sie: „Um
die Verfügbarkeit der Anlage zu optimieren, müssen Bereiche unabhängig voreinander abzuschalten sein. Alle anderen
Anlagenbereiche müssen in der Zeit, in der
die Gefahr behoben wird, weiterlaufen.“
Die ABB-Lösung konnte diese Anforderung
erfüllen.
Das Engineering der Sicherheitslösung,
die den Perfomance Level d (PL d) erfordert,
realisierte das Ingenieurbüro LKE GmbH &
Co. KG, ein langjähriger Partner von ABB
mit Sitz im bayerischen Großaitingen. LKE
beriet die Projektleitung bei der Auslegung
der Elektrokonstruktion, programmierte
das System und erstellte die komplette
Dokumentation. Auch die Validierung der
Software, die Funktionsprüfung und die
Abnahme der gesamten Sicherheitssteuerung wurden von LKE nach den selbst
entwickelten Standards durchgeführt.
Leonhard Kastl, Geschäftsführer von LKE,
erklärt: „Die Herausforderung bei diesem
Auftrag war die Kombination vieler Zugänge zur Anlage in Verbindung mit einem
für die Bediener intuitiv verständlichen
Zutrittskonzept.“ Eicher lobt: „Wir haben
die gesamte Anlage in der elektrischen
Grundkonstellation komplett geändert.
Trotz des engen Zeitrahmens von einer
Woche hat alles sehr gut geklappt.“
Pluto als Sicherheitslösung
Neben vier ABB-Safety-Controllern vom
Typ Pluto B46 wurden zwölf Sicherheitszuhaltungen Knox für die Zugangstüren
zur Kühlspeicheranlage sowie elektromagnetische Zuhaltungen Magne für die
Maschinenabtrennungen verbaut.
Bei Knox handelt es sich um eine robuste Sicherheitszuhaltung aus Edelstahl
mit einem kombinierten Rückstellungsund Zuhaltemechanismus sowie einer
Fluchtentsperrungsfunktion von innen. Die
Türzuhaltung verhindert das Betreten des
Gefahrenbereichs. Erst nachdem der sichere Zustand gemeldet und der Befehl
zum Entsperren gegeben wurde, kann die
Tür geöffnet werden. Insbesondere Maschinen mit Nachlauf können so einfach
gesichert werden. Ein Innengriff dient als
Fluchtentsperrung. Die elektromagnetische
Zuhaltung Magne wurde speziell für den
Einsatz in rauen Industrieumgebungen
konzipiert, die einen Tür- beziehungsweise
Klappenschluss mit einer Kraft bis zu 1500
Newton erfordern. Entlang der Anlage realisieren mehrere Bedieneinheiten sicherheitsgerichtete Bedienstellen. Von diesen
Zugängen aus lassen sich verschiedene
Funktionen ansteuern, wie etwa die Maschine quittieren, stoppen oder starten
und eine Türöffnung anfordern.
Herzstück des Sicherheitskonzepts sind
die vier Pluto-Sicherheitssteuerungen. Die
Safety-Controller integrieren alle Sicherheitseinrichtungen und koordinieren die
gesamte Sicherheitstechnik der Anlage. Ist
zum Beispiel eine Türe offen, sendet Pluto
die Information an die übergeordnete
Steuerung, die den entsprechenden Bereich abtrennt. Der Operator in der Leitzentrale erkennt sofort, welche Türe offen ist.
„Pluto ist mit dem Programmier-Tool
Pluto Manager einfach zu programmieren.
Die sicherheitstechnischen Anforderungen
werden im Programm vollständig abgebildet und ermöglichen und erleichtern so
die Validierung der Konfiguration. Dieser
Punkt ist zentral für eine schnelle und effiziente Umsetzung des Projekts“, erläutert
Kastl. ABB STOTZ-KONTAKT GmbH
Telefon +49 6221 7010
[email protected]
www.abb.de/stotz-kontakt
inf o rmati o nen
i
Hochland
Hochland beschäftigt international mehr
als 4200 Mitarbeiter und erwirtschaftete
2013 einen Umsatz von 1,2 Milliarden Euro.
Damit gehört Hochland zu den größten
privaten Herstellern von Käse in Europa.
Das Unternehmen ist international in allen
bedeutenden Käsesegmenten vertreten.
Käse aus dem Hause Hochland wird in
rund 30 Ländern vertrieben.
www.hochland-group.com
33
Intelligenter produzieren und gewinnen
In jeder Ausgabe eines VDMA Themensupplements verlosen wir attraktive Preise
unter den Einsendern richtiger Antworten auf unser Technik-Rätsel.
Und so geht’s:
Die Fragen richtig beantworten, Kontaktdaten
vermerken und an den VDMA Verlag,
z. Hd. Manfred Otawa, Lyoner Straße 18,
60528 Frankfurt, per Post schicken
oder mailen an [email protected]
oder Fax senden an 069 6603 2580
Einsendeschluss
15. April 2015
Unter den richtigen Einsendungen
verlosen wir dieses Mal
3x1 Tablet von Samsung
frage 1
Wie lautet die genaue Bezeichnung der ErP-Richtlinie (Energy related Products)
und der Motorenverordnung?
antw o rt 1
frage 2
Wann tritt die nächste Stufe in Kraft?
antw o rt 2
frage 3
Welche Motoren betrifft diese Stufe?
antw o rt 3
Ja, ich bin damit einverstanden, dass der VDMA Verlag mich per eMail informiert. Meine Daten werden nicht an Dritte weitergegeben. Dieses
Einverständnis kann ich jederzeit widerrufen.
name
v o rname
firma
ST R AS S E / P LZ
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telef o n
e - mail
Rechtshinweis
Die Gewinnbenachrichtigung erfolgt per E-Mail. Zur Teilnahme an dem Gewinnspiel sind alle volljährigen und geschäftsfähigen Personen berechtigt,
die die Antworten bis zum Einsendeschluss abgeschickt haben. Die Preise (Abbildung ähnlich) werden nur in der ausgelobten Form vergeben, sie sind
nicht auszahlbar. Die Verlosung findet unter allen richtigen Einsendungen statt. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
– einschließlich deren Angehörigen – des VDMA sowie dessen Gliederungen und Gesellschaften sind nicht teilnahmeberechtigt. Pro Teilnehmer ist
nur ein Gewinn möglich.
Findet
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Wir geben in unserem Seminar einen Einblick über die Möglichkeiten ins Unternehmen
„einzubrechen“ und zeigen Ihnen auch die Möglichkeiten eines wirksamen Schutzes.
4 Status zur „Cyber Kriminalität“ und Spionage
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