gesponsertASi-5 und ASi Safety Überschaubar und flexibel – mit Sicherheit

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Bihl + Wiedemann GmbH

Statt sechs Schaltschränken nur noch einer, statt unzähliger Kabelbündel nur noch zwei ASi Profilkabel – und auch noch Safety inklusive. Grund genug für den Anbieter einer voll automatisierten Verpackungslösung, auf ASi-5 und ASi Safety Lösungen von Bihl+Wiedemann zu setzen.

Ganz auf Folien eingestellt: Die Lösungen der Joke Mechanix GmbH aus Bergisch Gladbach drehen sich um das Verschweißen von Folien und anderen Kunststoffen. Zudem hat sich das Unternehmen als Dienstleister und Systemhaus für Robotic und Automatisierung einen Namen gemacht. Zu den aktuellen Produkten von Joke Mechanix zählen unter anderem der „Joke Wicketer“ zur Herstellung von Seiten-Trennnaht-Klappenbeuteln und das „Robo Pack System“ für deren vollständig automatisierte Verpackung.

Der Joke Wicketer ist eine Hochleistungs-Produktionsanlage für die präzise Herstellung von Seiten-Trennnaht-Klappenbeuteln aus Folien. Die Beutel werden beispielsweise für Brot, Obst, Gemüse, Gewürze oder Hygieneartikel verwendet. Um sie zu produzieren, zieht die Maschine die für die späteren Beutel verwendete Folie zunächst von einer Folienrolle über ein Faltdreieck. Danach werden die Beutelklappen eingefaltet und die Löcher zum Aufhängen mit einer pneumatischen Zweilochstanze in die Folie gestanzt. Anschließend werden die Ränder geschweißt, die Beutel an der Trennnaht getrennt und schließlich einzeln über ein Flügelrad zu einer Stapelkette mit einem Stiftstapler transportiert, wo sie  in entsprechenden Stückzahlen übereinandergelegt werden. Nun wandert der Stapel eine Position weiter in Richtung Verpackungsort. Die Verpackung der Beutel in Kartons erfolgt entweder manuell oder voll automatisiert und damit deutlich schneller und effizienter.

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Das Robo Pack System ist eine solche voll automatisierte Verpackungslösung. Das System kann sowohl als Ergänzung zum Wicketer wie auch als autarke Lösung für andere Maschinen eingesetzt werden. „Die Robo Pack Applikation ist so konzipiert“, erklärt Marcel Hammes, zuständig für Konstruktion und Engineering bei Joke Mechanix, „dass wir sie mit geringem Aufwand auch kompatibel zu Produktionsmaschinen anderer Hersteller machen können.“

Schnell, effizient und sicher

Die Verpackung der produzierten Beutel erfolgt in einer sicherheitstechnisch überwachten Roboterzelle. Dort wird zunächst eine Pappe als Unterlage auf einem Drahtbügel platziert. Anschließend nimmt der Roboter einen Beutelstapel von einer Zuführung und steckt ihn auf den Bügel. Sobald die vorgegebene Menge an Beuteln auf dem Bügel liegt, werden eine zweite Papplage als Deckblatt und ein Stopfen als Halterung über den Beuteln auf dem Bügel platziert, bevor der Roboter das ganze Paket wieder aufnimmt und an die nächste Position – dem sogenannten Verschupper – transportiert. Dort wird der Bügel umgeklappt, damit er beim Stapeln im Karton später die darüberliegende Lage nicht aufspießt. Anschließend nimmt der Roboter die Beutellage erneut auf und legt das Bündel in den bereitstehenden aufgeklappten Karton auf einer Rollenbahn. Sobald der Karton voll ist, wird er über die Rollenbahn aus der Roboterzelle ausgeschleust.

In einer ersten Version des Robo Pack Systems hat Joke Mechanix alle Signale und Funktionalitäten einzeln über Klemmleisten verdrahtet. Die Folge: Für die Umsetzung der Abläufe in der Roboterzelle mussten unzählige Kabel in Form dicker Kabelbündel über teils weite Wege verlegt werden. Dafür wurden sechs Schaltschränke benötigt, die vereinzelt noch mit dezentralen Steuerungen als Ergänzung zur Hauptsteuerung bestückt waren.

Da das Robo Pack System zukünftig auch autark funktionieren und damit mit anderen Beutel-Produktionsanlagen als dem Wicketer kombinierbar sein sollte – Stichwort Flexibilität – fragte man sich schon bald: „Wie können wir das System besser machen? Wie können wir den Aufwand minimieren, den wir aktuell mit der ganzen Verdrahtung oder auch bei der Fehlersuche haben? Und wie können wir das System zukunftssicher machen – da haben wir dann auch über Themen wie Safety und Security, IO-Link oder Industrie 4.0 gesprochen“, so Johannes Mück, Leiter Elektrotechnik bei Joke Mechanix.

Obwohl man bis zu diesem Zeitpunkt selbst noch keine Applikationen damit realisiert hatte, war das Thema AS-Interface bei Joke Mechanix bereits bekannt. Durch erste Gespräche auf Messen und die Teilnahme an der „explore“-Workshopreihe von Bihl+Wiedemann hatte man bereits einen ersten Einblick gewonnen, was mit den ASi und ASi Safety Lösungen des Mannheimer Unternehmens alles möglich war. In Gesprächen mit dem Außendienst von Bihl+Wiedemann wurde relativ schnell klar, dass sich mit Ausnahme des Roboters sowohl die Sicherheitstechnik für die Zelle als auch die Steuerung sämtlicher pneumatischer Bewegungen mit ASi-3, ASi-5 und ASi Safety realisieren lassen würden – mit deutlich geringerem Verdrahtungsaufwand, deutlich vereinfachter Fehlersuche und verbesserter Diagnose sowie deutlich höherer Flexibilität in Hinblick auf künftige Veränderungen und Anpassungen etwa bei Kundenwünschen.

Weniger Aufwand, mehr Flexibilität

„Dass es mit AS-Interface möglich war, alle Funktionen inklusive Safety und IO-Link dezentral über einen einzigen Bus abzubilden“, sagt Johannes Mück, „war für uns eine super Sache“.  So hat man sich bei Joke Mechanix relativ schnell entschieden, zusammen mit Bihl+Wiedemann die zweite Version des Robo Pack Systems mit der ASi Technologie umzusetzen. „Was uns bei der Umsetzung natürlich immens geholfen hat“, so Mück, „war die tolle Unterstützung durch den Außendienst und den technischen Support von Bihl+Wiedemann bei der Auswahl der passenden Hardware und der Inbetriebnahme in Verbindung mit der Software ASIMON360.“

Wir sparen uns mit der neuen AS-Interface Lösung nahezu den kompletten Schaltschrankbau und natürlich einen ganz großen Teil des Verdrahtungsaufwands.

Johannes Mück, Joke Mechanix

Am deutlichsten sieht man die Unterschiede bei der neuen Version des Robo Pack Systems an der Menge der eingesetzten Kabel und Schaltschränke: So befindet sich in der Roboterzelle nur noch ein Schaltschrank statt bislang sechs. Darin sind neben der Robotersteuerung und dem ASi-5/AS-3 openSAFETY über Powerlink Gateway BWU3865 von Bihl+Wiedemann mit integriertem Sicherheitsmonitor für zwei ASi Kreise auch bereits vordefinierte Schnittstellen für andere Beutelherstellungsanlagen untergebracht. Da die komplette Peripherie nur über zwei ASi Kreise angebunden ist, werden lediglich je zwei ASi Profilkabel für Daten und zwei parallel dazu geführte Profilkabel für zusätzliche Energie benötigt. „Wir sparen uns mit der neuen AS-Interface Lösung nahezu den kompletten Schaltschrankbau und natürlich einen ganz großen Teil des Verdrahtungsaufwands“, so Johannes Mück. „Zukünftig können wir diesen weiter reduzieren, wenn wir dort, wo wir Kabel benötigen, etwa bei der Anbindung der Pneumatik an die Ventile oder der IO-Link Komponenten an die ASi Module, diese nicht mehr selbst konfektionieren müssen, sondern passgenau bestellen können.“

Safety über eine einzige Leitung

In der Roboterzelle gibt es verschiedene Safety-Applikationen, die über einen der beiden ASi Kreise realisiert werden, gesteuert und überwacht vom ASi Safety Gateway. Türzuhaltungen an mehreren Stellen sorgen dafür, dass niemand während des Betriebs eine der Schutztüren des Zauns um die Roboterapplikation öffnen und den Innenraum betreten kann. Löcher im Schutzzaun, über die bei Bedarf entweder Pappe nachgefüllt oder eine Stichprobe zur Qualitätskontrolle entnommen werden kann, sind über Lichtgitter abgesichert. An verschiedenen Stellen des Schutzzauns befinden sich mehrere Not-Halt-Taster, um den Roboter bei Bedarf stillzusetzen. Alle Safety-Komponenten hängen dabei an einem einzigen mit dem Gateway im Schaltschrank verbundenen ASi Profilkabel, das einmal rundherum am oberen Rand des Schutzzauns verläuft.

Safety

Was ist ASi-5 Safety?

Eine Besonderheit der genannten Sicherheitsfunktionen: Sowohl bei den Lichtgittern als auch Türzuhaltungen und Not-Halt-Tastern handelt es sich um Safety-Geräte ohne eigene ASi Safety Funktionalität. Diese Sicherheitskomponenten können über aktive Verteiler von Bihl+Wiedemann wie BWU3599 und BWU3719 ohne besonderen Aufwand „ASi Safety fähig“ gemacht und wie vergleichbare ASi Safety Komponenten genutzt werden. Der Vorteil hiervon liegt für Maschinenbauer darin, noch flexibler auf Kundenwünsche eingehen zu können.

Sicherer automatisierter Materialtransport

Das Thema Muting wird ebenfalls über ASi Safety umgesetzt. Damit das System nicht angehalten werden muss, wenn ein leerer Beutelkarton nachgeschoben oder ein voller Karton ausgeschleust werden soll, kann über Muting ein sicherer automatisierter Materialtransport in die Roboterzelle hinein oder aus ihr heraus ermöglicht werden. Dazu wird mit zwei aktiven Verteilern ASi zum Erfassen der Mutingsensoren und einem aktiven Verteiler ASi Safety für das Lichtgitter die Bewegungsrichtung der Kartons überwacht; sobald feststeht, dass es sich um einen Karton und keinen Menschen handelt, wird die Schutzfunktion des Lichtgitters an der entsprechenden Stelle für den benötigten Zeitraum unterdrückt. Nun kann der Karton im laufenden Betrieb des Roboters in die Zelle oder aus ihr heraus bewegt werden. Wenn dagegen eine Person durch die Muting-Applikation identifiziert wird, wird die Maschine umgehend stillgesetzt. 

Safety E/A-Modul

Platz schaffen im Schaltschrank

Neben der funktionalen Sicherheit spielt Pneumatik im Robo Pack System eine zentrale Rolle. Alle Dreh- und Schwenkbewegungen, die zwischen der Übernahme des Beutelstapels von der Produktionsmaschine bis zur Ablage im Karton erforderlich sind und nicht vom Roboter ausgeführt werden, also für das Bereitstellen des Drahtbügels, die Anlieferung und Positionierung der Pappen und der Stopfen sowie das Verschuppen des Bügels, werden über Pneumatikzylinder in Verbindung mit IO-Link Ventilinseln umgesetzt.

Technisch und wirtschaftlich von Vorteil

Die Entscheidung für IO-Link Ventilinseln fiel unter anderem, weil man so mehr Prozessdaten erfassen kann – Stichwort Industrie 4.0. Eingebunden werden diese Ventilinseln über den zweiten ASi Kreis mittels ASi-5 Modulen mit integrierten IO-Link Master Ports von Bihl+Wiedemann. Auch hier hat sich der Einsatz von AS-Interface für Joke Mechanix sowohl unter technischen als auch wirtschaftlichen Gesichtspunkten als Vorteil erwiesen. Während man bei anderen Lösungen standardmäßig auf 4-Port- oder gar 8-Port-Module zurückgreifen und damit ungenutzte Ports teuer bezahlen muss, steht bei der Integration von IO-Link über ASi-5 bei Bihl+Wiedemann ein breites Portfolio an Modulen mit ein, zwei, vier oder acht IO-Link Master Ports zur Auswahl. So kann man die jeweils am besten geeignete Option wählen – je nachdem, wie viele IO-Link Master Ports Class A oder Class B an der jeweiligen Stelle benötigt werden.

gesponsert Feldkommunikation

Weniger Stecker, mehr Verbindung

Neben den Ventilinseln hängen am zweiten ASi Kreis die Ansteuerung für den Wendelförderer, der die blauen Stopfen für die Drahtbügel bereitstellt, sowie mehrere Sensoren, darunter Lichtsensoren sowie ein Referenzsensor für den Motor, der die Bügelkette zur Aufnahme der Beutelpakete antreibt.  Integriert werden diese Funktionen zum Beispiel über die ASi-5 E/A Module BWU4230 mit 16 selbstkonfigurierenden E/As.

Abzweige leicht umsetzbar

Gerade in diesem Teil der Anlage zeigen sich für Johannes Mück noch weitere Vorteile der ASi Lösungen von Bihl+Wiedemann: „ASi-5 und ASi-3 über die gleiche Leitung laufen lassen zu können, ist schon klasse. Man spart Adressen, ist deutlich flexibler bei den Anwendungen und da viele der verwendeten Feldmodule von Bihl+Wiedemann über vier Anschlüsse für Profilkabel verfügen, zwei für das ASi Kabel und zwei für das AUX-Kabel, können wir bei Bedarf auch Abzweige leicht umsetzen, ohne ein zusätzliches Modul einsetzen zu müssen.“