Nur eine Steuerung führt Regie, wenn drei Roboter mit sechs Produktzufuhr- und Transportbändern 600 Schokoriegel in der Minute verpacken. Die Spezialisten der Elau AG realisierten die Roboterkinematik inklusive aller Maschinenfunktionen ohne sonstige proprietäre Steuerungsmodule.
Dipl.-Ing. Klaus Weyer ist für Marketing Communications der Elau AG in Marktheidenfeld zuständig
Bereits seit längerem realisierte der italienische Verpackungsspezialist Cavanna S. p. A. aus dem norditalienischen Prato Sesio seine Beschickungs- und Einlegesysteme auf Basis von Standardrobotern. Trotz des Erfolgs zeigte sich, dass ein Ausbau der Technologie auf ganze Verpackungsabläufe mit zugelieferten Robotern problematisch ist: Nicht nur, dass die eingesetzten Standardroboter zu recht groß bauenden Anlagen führen, es entsteht auch die Notwendigkeit, unterschiedliche Automatisierungssysteme in ein Gesamtsystem einzubinden. Steigende Komplexität, aufwendigere Diagnose und unterschiedliche Ersatzteillieferanten sind die Folgen.
Erst die Zusammenarbeit mit der auf Verpackungstechnik spezialisierten Elau AG aus Marktheidenfeld versetzte Cavanna in die Lage, das Projekt ein Stück voran zu treiben. Das Automatisierungsunternehmen begann vor zwei Jahren, mit vorgefertigten Software-Paketen für ganze Maschinenmodule das Engineering zu vereinfachen. Was mit einer Lösung für Schlauchbeutelmaschinen begann, wurde inzwischen unter anderem um ein Paket für Endverpackungssysteme ergänzt. Dieses enthält auch Robotik-Module, die Cavanna beim Entwickeln ihrer Roboterinsel G 35 nutzte. Die Leistung des Systems beruht auf dem gleichzeitigen Bearbeiten von jeweils vier Kartons in jeder der drei Stationen. Die Roboterinsel wird von insgesamt 16 Servomotoren angetrieben.
Die Hauptinnovation des robotergestützten Kartonierers besteht aus automatisierungstechnischer Sicht im Steuerungskonzept: Die Roboterkinematiken und alle Transportbänder unterstehen allein der Pac-Drive-Steuerung C600, die keinerlei zusätzliche SPS oder Robotersteuerung benötigt. Bisher erforderte eine solche Konstellation aus Robotern und weiteren Antriebseinheiten eine Maschinensteuerung oder Antriebssteuerung und jeweils eine proprietäre Robotersteuerung pro Roboter.
Die C600 basiert auf Pentium 4-Prozessortechnologie und arbeitet 1000 logische SPS-Anweisungen innerhalb von 5 µs ab. Parallel zum SPS-Programm kann die Steuerung 24 Servo-achsen mit 1-ms-Zykluszeit bedienen. Eine Echtzeit-Software integriert Motion Control und Logic-Funktionalität zu einem Paket. Als Echtzeitbetriebssystem kommt die Standard-Software Vx-Works zum Einsatz.
Generell steuert und koordiniert die C600-Steuerung bis zu 99 Servoachsen. Auf Roboter bezogen können entweder 10 Portalroboter oder acht Roboter mit nichtlinearer Mechanik gesteuert werden. Rahmenbedingung für diese Leistungsangaben ist das Einhalten einer Zykluszeit von 4 ms auf dem Motion-Bus.
Die gesamte Antriebskommunikation stützt sich auf den Antriebsbus Sercos Interface. Innerhalb der Sercos-Zykluszeit sendet die Steuerung die Sollwerte zu allen 16 Servoverstärkern und erhält gleichzeitig Antworten über alle Istwerte. Für die Kommunikation sonstiger Sensoren und Aktoren der Maschine kommt Profibus DP zum Einsatz. Alle Motion-Funktionalitäten, inklusive der Roboterkinematiken, sind in der Elau-Firmware sowie in den Control Libraries vorhanden. Programmiert oder konfiguriert wird die Roboterkinematik und die Steuerung mit 16 Servoachsen mit dem Engineering Tool Epas-4 in IEC 61131-3. Die Programmstruktur eines Projekts ist durch das Tool bereits vorgegeben, was Auswüchse wie ´Spaghetti-Code´ verhindert. Daneben ist das Projekt leicht erweiterbar und einfach zu diagnostizieren. Für die Praxis bedeutet das eine hohe Modularität. Unterschiedliche Maschinenkonfigurationen hinsichtlich Anzahl der Roboter und der einzelnen Verarbeitungsschritte sind flexibel realisierbar. Die Diagnose fällt um Klassen leichter aus, das wiederum spart Zeit und Kosten.
So präsentiert sich die robotergestützte Kartoniererlösung von Cavanna gleich aus dreierlei Sicht aus einem Guss: Zum ersten entfallen bei einer Steuerung die Schnittstellen in Hard- und Software. Daraus resultiert zum zweiten die Durchgängigkeit beim Programmieren. Zum dritten präsentiert sich auch der Verarbeitungsprozess ganzheitlich: Auf einer 5 m x 2 m Grundfläche von sind drei Funktionen in einer Anlage konzentriert, die bisher drei getrennte Vorrichtungen erforderten. Dadurch entfallen sämtliche Verklemmungen und Stillstände, wie sie beim Transport von leeren und offenen Displays von einer Maschine zur nächsten vorkommen können.
Steuerungen und Programmierung auf einem Nenner
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