Servoregler Wie aus neuen Produktideen innovative Verpackungsmaschinen werden

Redakteur: Ute Drescher

Aus drei mach eins: Der italienische Verpackungsmaschinenbauer Lafer hat mit einer integrierten Antriebs- und Automatisierungslösung gehörig seine Schaltschränke verschlankt. Setzte das Unternehmen in der Nähe von Verona bis dato eine Kombination aus SPS, Motion Controler und Servostellern ein, nutzt Lafer heute mit der Reihe AKD PDMM von Kollmorgen eine Gerätereihe, die alle drei Funktionen unter einem Dach bietet.

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Lollipops im Doppelpack: Herzstück der Verpackungsmaschine sind intelligente Servoregler derKollmorgen-Reihe AKD PDMM mit integrierter SPS und Motion Control. Die Vorteile: wenigerHardware, weniger Kabel, mehr Platz im Schaltschrank, sehr einfacher Achsverbund. Die smarte Art der Automatisierung lässt auch noch Spielraum für weitere Integrationen von Achsen in den bestehenden Verbund.
Lollipops im Doppelpack: Herzstück der Verpackungsmaschine sind intelligente Servoregler derKollmorgen-Reihe AKD PDMM mit integrierter SPS und Motion Control. Die Vorteile: wenigerHardware, weniger Kabel, mehr Platz im Schaltschrank, sehr einfacher Achsverbund. Die smarte Art der Automatisierung lässt auch noch Spielraum für weitere Integrationen von Achsen in den bestehenden Verbund.
(Bild: Kollmorgen)

Der Blick in den Schaltschrank einer älteren Maschinengeneration zeigt die Situation schnell: Auf der einen Seite hängt die separate Steuerung gleich neben dem sperrig wirkenden Motion Controller, der wiederum die Servoregler weiter links platziert steuert. Die Schaltschranklösung mit den AKD PDMM-Geräten von Kollmorgen dagegen ist deutlich schlanker: weniger Hardware, weniger Kabel, nur die Geräte selbst sind aufgrund der integrierten Steuerungsintelligenz einen Hauch größer, als die reinen Steller.

Bis dato hat der italienische Verpackungsmaschinenbauer Lafer eine Kombination aus SPS, Motion Controller und Servostellern eingesetzt. Heute nutzt das Unternehmen aus der Nähe von Verona mit der Reihe AKD PDMM von Kollmorgen Geräte, die alle drei Funktionen unter einem Dach vereinen.

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„Die Kollmorgen-Lösung ist wesentlich smarter, weil sie die gleiche Performance zu einem geringeren Preis bietet”, fasst Paolo Formilan, Vertriebsleiter bei Lafer, den Nutzen aus Sicht des Maschinenbauer zusammen. „Wir sparen zudem viel Platz im Schaltschrank und können auch noch einfach weitere Achsen in den Verbund integrieren.“

Mit der aktuellen Lafer-Entwicklung „Motion-02“ verpackt ein internationaler Lebensmittelkonzern aktuell zwei süße Dauerlutscher in unterschiedlichen Geschmacksrichtungen aromageschützt im Doppelkammerbeutel. „So eine Maschine gab es bisher noch nicht. Auslöser für die Entwicklungsarbeit war – wie so oft im Verpackungsmaschinenbau – eine neue Produktidee inklusive innovativer Verpackung“, erklärt Paolo Formilan.

Die Anlage vereinzelt dafür zu Beginn des Prozesses über drehende Rundkessel die Lollipops in jeweils 40 Aufnahmen an den Außenwänden und bestückt darüber ein angrenzendes Förderband mit den Lutscherpaaren. Eine Vorschubeinheit führt die Süßwaren in den Verpackungsfolienschlauch ein, der direkt im Anschluss seine innere Siegelnaht erhält. In einem weiteren Schritt verschließt ein synchron taktender Schweißbalken die Verpackungsfolie quer zur Produktionsrichtung. Die Vereinzelung der Doppelpacks erfolgt je nach der im Auftrag hinterlegten Steuerungsrezeptur in Einzelpacks oder längeren Strängen für die hygienische Bevorratung. Bis zu 550 Lollipops lassen sich pro Minute verpacken.

Maschinenarchitektur im Engineering-Tool abgebildet

Für die Programmierung der kompletten Ablaufsteuerung nutzt der italienische Systemintegrator Logitronic aus Carrè in der Region Vicenza durchgängig die mechatronische Programmierung mit dem Pipe Network. Das Engineering-Tool gehört zur Kollmorgen Automation Suite und bildet die Maschinenarchitektur inklusive der Abhängigkeiten zwischen den Achsen einer Anwendung in sehr kurzer Zeit übersichtlich und genau ab. Anwender wie Logitronic-Inhaber Raffaele Cortese zeichnen quasi die Maschine und programmieren sie dabei gleichzeitig. Anstelle komplexer Arbeitsschritte treten mit dem Pipe Network grafische Beschreibungen mit Drag-and-Drop-Funktionen. Ausgehend von einem virtuellen Master lassen sich sämtliche Funktionen und Beziehungen zwischen Komponenten sowie sämtliche Bewegungen und Einstellungen mit grafischen Beschreibungsblöcken definieren. Zusätzlich stehen auch die fünf standardisierten Sprachen der IEC 61131-3 für die Ablaufsteuerung sowie PLC-Open-Motion-Control-Funktionsbausteine zur Bewegungssteuerung zur Verfügung.

Kurvenscheibenprofile für sanfte Bewegungen

Aus dem Blickwinkel der Motion Control heraus, nutzt Lafer für die Schlauchbeutelverpackungsmaschine vorrangig elektronische Kurvenscheiben. Mit diesen Profilen passt das Unternehmen die taktenden Perforations- und Schweißbalkenbewegungen so an die kontinuierliche Bahngeschwindigkeit an, das die Werkzeuge immer synchron zur Bahngeschwindigkeit zum Einsatz kommen. Beim Servoumrichter für die Perforationseinheit ist zusätzlich noch eine gesondrte Registerregelung per Softwarebaustein integriert. Die Daten einer Kamera, die einen Farbbalken erkennt, liest der Regler direkt ein. Die Verpackungsmaschine arbeitet mit acht Antriebsreglern, die ihrerseits über zwei virtuelle Leitachsen (elektronische Königswellen) im Verbund stehen. Damit stellt diese Anwendung ein typisches Beispiel für die Vorteile antriebsbasierter Steuerungstechnik und Motion Control dar.

Der Hintergrund: Gerade bei einer mittleren Zahl zu regelnder Achsen – im Beispiel Lafer in Summe acht – sind ausgewachsene IPC-Lösung preislich in der Regel zu teuer. Wer jetzt allerdings auf eine Kompaktsteuerung setzt, nimmt Einbußen bei der Maschinenleistung in Kauf, weil gerade bei schnell taktenden Verpackungsmaschinen für den niedrigpreisigen Konsumgütermarkt die kurzen Zykluszeiten bei der Regelung nicht mehr aufrecht zu erhalten sind. „Wir synchronisieren mit 1 ms“, unterstreicht Paolo Formilan. Möglich wird die Regelung in Echtzeit, weil die in die Servoreglerreihe AKD PDMM integrierte SPS und Motion-Control auf Basis eines selbst entwickelten Controllers mit Power-PC-Architektur realisiert ist. Damit unterliegen die Geräte nicht den Restriktionen begrenzter Prozessorressourcen.

Regler sammeln Daten

Die AKD PDMM Servoregler nutzt Logitronic auch als Sammelstelle für Signale. Die serienmäßigen Ein- und Ausgänge werden konsequent dazu genutzt, um die Signale von Sensoren auch außerhalb der eigentlichen Bewegungsrückführung einzusammeln und direkt in der Antriebs-SPS zu verarbeiten. Über die Querkommunikation mit Ether-CAT ist es zudem unerheblich, in welchem Gerät des Verbundes die Daten auflaufen. „Reichen die Anzahl der Schnittstellen in den Antrieben nicht aus, nehmen wir mit dem I/O-System von Kollmorgen die gezielte Erweiterung vor, ohne aufwändige Veränderungen in der Programmierung vornehmen zu müssen. Das ist halt der Vorteil eines skalierbaren Systems“, erläutert Raffaele Cortese. Innerhalb dieses Systems – der Kollmorgen Automation Suite – erweitert sich die Durchgängigkeit auch auf die Auswahl der antriebstechnischen Hardware.

Einerseits lassen sich die AKD PDMM Servoregler mit den reinen Servostellern aus der AKD-Reihe kombinieren und anderseits reicht diese Baukasten bis zu den Motoren selbst. Heißt: Maschinenbauer und Systemintegratoren haben die freie Auswahl, ob sie die Servoregler mit etablierten Synchron- oder Asynchron-Servomotoren verbinden und zusätzlich Einzelaufgaben mit linearen oder rotativen Direktantrieben realisieren. Diese Regelungsfreiheiten schaffen die Grundlage, um Antriebsaufgaben wirklich optimal ausrüsten zu können – ohne auf reglerseitige Restriktionen Rücksicht nehmen zu müssen. Bei Lafer arbeiten zum Beispiel Synchronservomotoren vom Typ AKM zeitgleich mit KBM Torquemotoren, die die Rundtische zum Vereinzeln der Lollipops antreiben.

Das Beispiel Lafer zeigt, das einzelne hochperformante Produkt nicht ausreichend sind, um kompakte Verpackungsmaschinen ähnlich schlank zu automatisieren. Gefragt ist vielmehr ein offener Lösungsraum mit Komponenten, die leicht miteinander kombinierbar sind. Verpackungsmaschinenbauer wie Lafer können sich aufgrund der Kooperation von Systemintegrator und Antriebstechnikhersteller wesentlich intensiver auf die Entwicklung neuer Verpackungskonzepte konzentrieren – und Maschinen deshalb schneller zur Marktreife bringen. (ud)

SPS IPC Drives: Halle 1, Stand 550

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