Effizienz auf ganzer Linie
Bild 02: Als zentrale Steuerung der Versandverpackungsmaschine 1400-GEC trägt der Embedded-PC CX2033 zur Reduzierung der Zykluszeiten bei. (Quelle: Beckhoff)
Bild 03: Automatisierungs- und Converting-Experten im CMD Technology Center in Appleton, Wisconsin (v.l.n.r.): Mark Lewis (Special Projects Manager bei Beckhoff USA) sowie die CMD-Experten Doug Main (F&E-Prüftechniker), Scott Fuller (Product Line Manager, Intermittent Motion Products), Jason Plutz (Elektroingenieur), Nicole Onesti (Corporate Market Manager) und Adam Benson (Softwareingenieur) (Quelle: Beckhoff)
Bild 05: Beckhoff Servomotoren AM8000, inkl. der leistungsgesteigerten Varianten mit externer Belüftung, bieten hohe Performance für kontinuierlich und intermittierend arbeitende Antriebsachsen. (Quelle: Beckhoff)
Bild 04: Platzsparende Ethercat-Klemmen und -Buskoppler, darunter der Koppler EK1914 mit Twinsafe Funktionalität, verbinden Hochgeschwindigkeits-Echtzeitkommunikation mit funktionaler Sicherheit. (Quelle: Beckhoff)
Als Maschinensteuerung für die gesamte Linie dient ein Embedded-PC CX2033 (Bild 2). Für die hohe Leistungsfähigkeit des Controllers von Beckhoff sorgt ein Dual-Core-Prozessor AMD Ryzen, der darüber hinaus Leistungsreserven für die Zukunft bietet. „Wenn man mit einer nicht so leistungsstarken Steuerung arbeitet, reagiert das HMI träger. Setzt Twincat HMI Server aber auf einem CX2033 mit seinen großzügigen Rechenressourcen auf, spricht das Touchpanel sofort an“, erklärt Softwareingenieur Adam Benson von CMD (Bild 3).
Ethercat-Koppler EK1914 integrieren mit digitalen Standard- und Safety-IO die Kommunikation entlang der gesamten Linie (Bild 4). Denn die IO Segmente der verschiedenen Stationen beinhalten neben Ethercat-Klemmen für Standardsignale auch Twinsafe-Klemmen für funktionale Sicherheit. Dadurch kann CMD bequem jedem Werkzeug der Maschinenlinie Sicherheitsfunktionen wie Not-Halt zuweisen.
Die bewegungsintensive Applikation von CMD profitiert außerdem von der exakten Synchronisierung der leistungsfähigen Beckhoff Antriebstechnik über Ethercat [3]. Das Multiachs-Servosystem AX8000 und Servomotoren AM8000 steuern die vierzehn Achsen der Maschine (Bild 5). „Für seine hohe Leistung baut das Servosystem AX8000 sehr kompakt“, so Jason Plutz, Elektroingenieur bei CMD. „Und durch den Einsatz der integrierten Safe-Torque-Off-Funktionalität konnten wir zwei große Schütze einsparen, was den Platzbedarf im Schaltschrank erheblich reduziert.“
Für zwei Achsen der Beutelverpackungsmaschine nutzt CMD die Kurvenscheiben-Funktion in Twincat 3. Der Beutelöffner war ursprünglich im Bereich der intermittierenden Bewegung positioniert, wurde zur Steigerung der Effizienz jedoch weiter nach hinten verlagert. Durch die Extrapolation der kontinuierlichen Bahnverarbeitung über Kurvenscheiben wird der Beutelöffner exakt so gesteuert, dass die gewünschte Bewegung im richtigen Moment ausgeführt wird.
Gut aufgestellt für die Zukunft
Durch den Einsatz des Software-Frameworks von Beckhoff konnte CMD die Wiederverwendbarkeit des Codes auf 90 % steigern. Twincat HMI half dem Team, eine intuitivere Bedienoberfläche zu entwickeln, die zudem eine große Anpassungsfähigkeit bietet. „Die neue Bedienoberfläche ähnelt unserem alten HMI, bietet nun aber ein deutlich übersichtlicheres und benutzerfreundlicheres Design“, sagt Softwareingenieur A. Benson.
Die Steuerung der Maschine mit dem leistungsfähigen Embedded-PC CX2033 über Ethercat reduzierte die Zykluszeiten. „Dass alles mit derselben hohen Geschwindigkeit gescannt wird, ist ein großer Vorteil. Man muss sich keine Gedanken mehr über die Kommunikation zwischen Prozessstationen machen, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten arbeiten, da alles zur gleichen Zeit aktualisiert wird“, erklärt J. Plutz. So konnte das CMD-Team die angestrebte Durchsatzrate von rund 60 m Kunststofffolie pro Minute erreichen. Bei etwa 100 Beuteln pro Minute und Bahn entspricht dies der beeindruckenden Gesamtzahl von 300 bis 500 produzierten Beuteln/min.
Für die Zukunft plant CMD eine Aufrüstung auf den Embedded-PC CX2043 mit einer Quad-Core-CPU AMD Ryzen, um die Leistung der Maschinensteuerung noch weiter steigern zu können. Denn da das breite Industrie-PC-Portfolio von Beckhoff auf Skalierbarkeit ausgelegt ist, ermöglicht es solche Leistungsanpassungen ohne einen erneuten Engineeringaufwand.
Literatur
- CMD Corp., Appleton/USA: www.cmd-corp.com
- Beckhoff Automation GmbH & Co. KG, Verl: www.beckhoff.com/twincat
- Beckhoff Automation GmbH & Co. KG, Verl: www.beckhoff.com/ethercat