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Softwarebasierte Steuerungslösung

Höchste Performace bis zu den I/Os in einer Verpackungslinie

| Redakteur: Reinhard Kluger

Softwarebasierte Steuerungstechnik bietet ein Höchstmaß an Flexibilität für die gesamte Prozesskette einer Verpackungslinie. Der Nutzen für den Maschinenbauer: Er kann seine Anlage rasch auf die vielfältigen Anforderungen adaptieren, und zwar ohne hohe Implementierungskosten und Zeitaufwand.

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Eine softwarebasierte Steuerungslösung für die Verpackungsindustrie nutzt zur Kommunikation EtherCAT und XFC, eXtreme Fast Control Technology, ein äußerst schnelle Steuerungstechnik.
Eine softwarebasierte Steuerungslösung für die Verpackungsindustrie nutzt zur Kommunikation EtherCAT und XFC, eXtreme Fast Control Technology, ein äußerst schnelle Steuerungstechnik.
( Archiv: Vogel Business Media )

Was kleine Lose und große Variantenvielfalt heißt, nichts veranschaulicht das besser, als der Blick in den Getränkemarkt: Die verschiedensten Flaschenformen, die unterschiedlichsten Losgrößen und Unmengen an Getränkearten, all das, gilt es zu verpacken. So zahlreich wie die zu verpackenden Waren, so unterschiedlich sind die Verpackungen und die Anforderungen, die Verpackungsmaschinen erfüllen müssen. Und: Sicher, frisch und hygienisch soll die Verpackung zudem sein, wobei das Design nicht zu kurz kommen darf. All das erfordert unterschiedlichste Verpackungsformen und Verpackungsmaterialien, manchmal sogar für das gleiche Produkt.

Zukünftige Verpackungsmaschinen müssen daher immer flexibler und produktiver werden, um im Wettbewerb bestehen zu können. Neben dem Wunsch nach immer kleineren Produktionslosen und steigender Produktionsgeschwindigkeit erhalten Eigenschaften, wie die Nachverfolgbarkeit sowie die lückenlose, elektronische Prozessdokumentation und -validierung immer größere Bedeutung in der Verpackungsindustrie. Auf Seiten des Maschinenbaus bedarf es besonderer Innovationen, um hochflexible Verpackungsmaschinen zu entwickeln, die sich ohne großen Aufwand umrüsten lassen.

Zahlreiche bereits realisierte Anwendungen in der Verpackungsindustrie zeigen, dass Automatisierungstechnik von Beckhoff die Produktivität und Flexibilität von Verpackungsmaschinen signifikant steigern kann. Mit PC-basierter Steuerungstechnik lässt sich die gesamte Prozesskette einzelner Verpackungsmaschinen sowie kompletter Verpackungslinien steuern und überwachen: Alle Vorgänge, vom Füllen, Formen, Verschließen, Labeln, Sammeln, Umverpacken, bis hin zum Palettieren, lassen sich durchgängig mit den Industrie-PCs von Beckhoff und der Automatisierungssoftware TwinCAT realisieren.

Das Beckhoff-Produktspektrum bietet für die Verpackungsmaschinenbranche kompakte Hochleistungs-IPCs, mit eigens für den industriellen Einsatz entwickelten Motherboards, sowie Embedded-PCs, eine große Vielfalt elektronischer I/O-Klemmen, flexibel einsetzbare Servo-Antriebstechnik, kostengünstige Schrittmotortechnik, den Highspeed-Feldbus EtherCAT, die Automatisierungssoftware TwinCAT sowie spezielle Panels. Aus diesem durchgängigen, skalierbaren, modularen Steuerungsportfolio kann für jede Aufgabenstellung, bezüglich Rechenleistung, Komplexität und Kosten, die optimale Lösung zusammengestellt werden.

Durchgängigkeit mit PC-basierter Technik

Aufgrund der vielfältigen Anforderungen aus den unterschiedlichen Industriebranchen setzt der Automatisierer aus Verl mit der PC-basierten Steuerung auf einen einheitlichen Standard. Daraus hat sich ein durchgängiges, vollständig skalierbares und vor allem offenes Gesamtsystem entwickelt. Diese Offenheit, die sich sowohl auf die Software- als auch auf die Hardwareschnittstellen bezieht, hilft dem Maschinenhersteller, seine Anlage auf die vielfältigen, wechselnden Anforderungen zu adaptieren, ohne jedes Mal hohe Implementierungskosten und Zeitaufwand in Kauf nehmen zu müssen.

Die Automatisierungssoftware TwinCAT sowie Servoantriebe ermöglichen höchste Flexibilität bei Verpackungsmaschinen. (Archiv: Vogel Business Media)

So integriert die offene, skalierbare Automatisierungssoftware TwinCAT PLC- und Motion-Control-Funktionalitäten und steuert die einzelnen Prozessschritte der Verpackungsmaschine mit hoher Performance. Die Programmierung der Software-SPS erfolgt nach dem international gültigen IEC 61131-3-Standard. Außerdem stehen verschiedene Softwaremodule für unterschiedliche verpackungstechnische Aufgabenstellungen, wie z.B. Kurvenscheiben, Synchronisationen und interpolierende Bewegungen mehrerer Achsen zur Verfügung.

Insbesondere die Verkettungsmöglichkeiten von Master- und Slave-Achsen in nahezu beliebigen Strukturen und die leistungsfähigen und vielfältigen Motion-Funktionen decken das Anwendungsspektrum der Verpackungstechnologie hervorragend ab. Leistungsfähige Tools, wie der TwinCAT-CAM-Design-Editor und das TwinCAT ScopeView, unterstützen das Design und die Inbetriebnahme. SPS-Bibliotheken mit Bausteinen nach dem PLCopen-Motion-Control- und dem OMAC-PackSoft-Standard erleichtern die Programmierung und erlauben die Verwendung von Standards.

Offene Kommunikationsschnittstellen unterstützen die Integration in bestehende Visualisierungen und Leitsysteme. Je nach Anforderung der Automatisierungskomponenten lassen sich – dank Windows-Betriebssystem – neben TwinCAT weitere benötigte Softwarekomponenten auf der gleichen Hardware installieren. Der Industrie-PC, als einheitliche Plattform, erlaubt die Kommunikation zwischen den ausgewählten Komponenten.

Höchste Performance bis zu den I/Os

(Archiv: Vogel Business Media)

Basis für die ultraschnelle Prozesskommunikation ist das Industrial-Ethernet-System EtherCAT, das sich ideal für den Einsatz in Verpackungsmaschinen eignet. Die schnelle Kommunikation zwischen den I/O-Signalen und der Steuerung – ohne spezielle Hardware – bietet dem Maschinenbauer ungeahnte Möglichkeiten: Motion Control mit vielen Achsen, synchronisiert durch die Distributed-Clocks von EtherCAT, mit einer Genauigkeit im Nanosekundenbereich.

Skalierbare Dard- und Softwarekomponenten erlauben maßgeschneiderte Lösungen, die im Vergleich zu herkömmlichen Steuerungen die Produktivität der Maschine deutlich steigern können. (Archiv: Vogel Business Media)

Mit XFC, der Kombination aus einer leistungsstarken CPU; dem PC; einer Software, wie TwinCAT; einem leistungsfähigen Feldbus, wie EtherCAT und schnellen I/Os, wie den XFC-Klemmen, ist jeder Programmierer in der Lage, auf der Basis von Standardkomponenten extrem schnelle und hochpräzise Steuerungslösungen für Verpackungsmaschinen einfach und elegant zu realisieren. Beispielsweise erlaubt die Distributed-Clock-Funktionalität eine hochpräzise Druckmarkensteuerung. Auf Basis der Time-Stamp-EtherCAT-Klemmen sind sehr schnelle Touch-Probe-Eingänge von 1 Mikrosekunde realisierbar.

PC-Control für Verpackungsmaschinen

Erstmalig präsentiert Beckhoff auf der Interpack 2008 in Düsseldorf seine Automatisierungs- und Branchenlösungen für die Verpackungsindustrie. Mit PC-basierter Steuerungstechnik von Beckhoff lässt sich die komplette Prozesskette einer Verpackungslinie automatisieren: Alle Vorgänge, vom Füllen, Formen, Verschließen, Labeln, Sammeln, Umverpacken bis hin zur Palettierung, können durchgängig mit Industrie-PCs und der Automatisierungssoftware TwinCAT als Steuerungsplattform realisiert werden.

Die schnelle Kommunikation zwischen den I/O-Signalen und der Steuerung bietet dem Maschinenbauer in der Verpackungsindustrie neue Möglichkeiten. (Archiv: Vogel Business Media)

Die Skalierbarkeit der Hard- und Softwarekomponenten erlaubt maßgeschneiderte Lösungen, die – im Vergleich zu herkömmlichen Steuerungen – die Produktivität und Flexibilität von Verpackungsmaschinen deutlich steigern. TwinCAT integriert SPS- und Motion-Control-Funktionalitäten und steuert die einzelnen Prozessschritte der Verpackungsmaschine mit hoher Performance. Außerdem stehen verschiedene Softwaremodule für unterschiedliche verpackungstechnische Aufgabenstellungen zur Verfügung: Kurvenscheiben, entsprechend den Bewegungsgesetzen nach VDI-Richtlinie VDI 2143, „Fliegende Säge“, zur Synchronisation von Position und Geschwindigkeit des Verpackungsgutes und der -maschine, sowie interpolierende Bewegungen mehrerer Achsen.

Basis für die ultraschnelle Prozesskommunikation ist das Industrial-Ethernet-System EtherCAT, das sich ideal für den Einsatz in Verpackungsmaschinen eignet. Die schnelle Kommunikation zwischen den I/O-Signalen und der Steuerung – ohne spezielle Hardware – bietet dem Maschinenbauer ungeahnte Möglichkeiten: Motion Control mit vielen Achsen, synchronisiert durch die Distributed-Clocks von EtherCAT, mit einer Genauigkeit im Nanosekundenbereich.

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