Independence Day in der Automatisierung

Jörg Brinkemper, Branchenmanager Verpackungstechnik bei LTI Motion GmbH.

Die Auswahlkriterien für Automatisierungssysteme sind heute unterschiedlicher denn je. Einerseits vertraut der Maschinenbauer auf „Lösungen aus einer Hand“. Andererseits will er das letzte i-Tüpfelchen aus der Maschine herauskitzeln. Mit diesem Ziel wählt er bewusst Komponenten verschiedener Hersteller aus.

Für jeden Fall die richtige Lösung: „Alles aus einer Hand“ oder perfekt abgestimmte Einzelteile.

One-Stop-Shop oder das Beste aus verschiedenen Welten?

Die One-Stop-Shop-Strategie vertraut darauf, dass ein einziger Lieferant alle erforderlichen Automatisierungskomponenten im Portfolio hat. Vorteilhaft und selbstverständlich ist es, dass alle Teile miteinander kompatibel sind und so ein schnelles Plug-and-Play gewährleisten. Die Integration von Drittanbieter-Komponenten ist aber aufwändig oder nicht möglich. Das Ergebnis ist häufig ein Kompromiss aus Preis und Performance einer Maschine. Ein flexibles Automatisierungsportfolio bietet dagegen die gewünschte Offenheit für eine ziel- und prozessorientierte Maschinenautomatisierung. Durch die Möglichkeit, das optimale System aus den besten Komponenten verschiedener Hersteller zusammenzustellen, erreicht der Anwender maximale Maschinenperformance und behält zudem seine Unabhängigkeit. Die Produkte müssen aber einfach und schnell integrierbar sein – sowohl als Komponente als auch als Teilsystem.

Flexible Systeme vom Motor bis zur Sicherheitssteuerung mit offenen Automatisierungsprodukten.

Antriebstechnik erhöht den Mehrwert

Nur die perfekte Antriebstechnik steigert die Maschinenperformance. Die Antriebe setzen die Steuersignale in die gewünschte Bewegung um. Präzision oder Dynamik sind dabei die Schlagworte. Das Ergebnis zeigt sich in einem perfekten Be- oder Verarbeitungsprozess. Häufig ist die Maschinensteuerung etabliert oder durch Endkundenvorschriften gesetzt. Die Antriebe des Systempartners erfüllen aber nicht die spezifischen Anforderungen. Offene Antriebs- und Servosysteme bieten hier die unschlagbare Alternative. Die Systemintegration erfolgt schnell mit einer auf die jeweilige Steuerung abgestimmten Gerätebeschreibungsdatei. Kommuniziert wird mit standardisierten Feldbussen und standardisierte Bewegungsprofile lassen Steuerung und Antrieb eine Sprache sprechen.

Spezialmotoren sind für kompakte und effiziente Maschinen das Salz in der Suppe. Trommelmotoren werden platzsparend in die Transportstrecke eingebaut, Torquemotoren bewegen Prozesse verlustoptimal und spielfrei. Linearmotoren steigern die Performance der Maschine. Und moderne Antriebsregler beherrschen den Betrieb dieser Motoren genauso einfach wie den von Servomotoren. Ein Autotuning stellt alle Parameter schnell und zuverlässig ein. Die Anpassung an die Bewegungsaufgabe erfolgt mit grafischen Bedienelementen. Dieses offene „Multimotor-Interface“ wertet zudem eine Vielzahl von Gebersystemen aus. Hochauflösende Systeme in Ein- und Zweikabeltechnologie sind ebenso möglich wie der klassische Resolver oder Hallsensoren.

Der Antrieb als Industrie 4.0-Datenquelle

Im Industrie 4.0-Zeitalter wird der Wunsch nach einem „Antriebssystem als Sensor“ zur Realität. Predictive Maintenance oder Condition Monitoring sind nur möglich, wenn der Antrieb die erforderlichen Daten sammelt und sie der Maschinen- und Liniensteuerung übermittelt. Unterschiedliche Konzepte werden diskutiert: Ist der Antrieb nur Datensammler oder ist bereits eine Analyse der Daten erforderlich? Trotz der enormen Bandbreite heutiger Feldbusse ist das Übertragen aller Daten nicht immer möglich. Hier schlägt die Stunde des intelligenten Antriebs. Er wertet alle Daten nach definierten Mustern aus und versendet nur den Status. Eine im Antrieb integrierte PLC bietet dabei ein Höchstmaß an Flexibilität. Sie setzt die individuelle Prozesskenntnis des Maschinenbauers in Algorithmen um, die lediglich das Ergebnis darstellen. Damit entlastet die PLC den Feldbus und die Maschinensteuerung. Das Know-how des Anwenders bleibt gewahrt, da er den Ablauf in Eigenregie definieren, programmieren und testen kann.

Standards ermöglichen modulare Maschinen

Die Steuerung steuert den Maschinen-Pulsschlag, überwacht sämtliche Prozesse und verteilt detaillierte Informationen. Standards sind auch hier die Basis für ein offenes Automatisierungssystem. Dass dieses nicht nur auf die Kommunikationsschnittstellen begrenzt ist, zeigt das Bestreben vieler Endanwender und Maschinenbauer zur modularen Programmierung von Maschinen. Die Ziele sind neben der modularen Maschinenstruktur standardisierte Prozessgrößen. Modulare Maschinen sind im Trend. Eine stetig zunehmende Produktvarianz erfordert die Aufteilung in autarke Maschinenmodule, die flexibel und in kurzer Zeit nach Kundenvorgabe und Produkt variiert werden können. Branchentypische Softwaremodule tragen zur Verkürzung von Entwicklungs- und Inbetriebnahmezeiten bei. Geprüfte Module wie z. B. Querschneider, Wickler oder komplexe Handlingskinematiken werden vom Automatisierungspartner bereitgestellt. Die Anpassung an die Applikation erfolgt nur durch einfaches Parametrieren.

Einfache „Plug-and-Produce“ Linienintegration

Eine einfache Integration von Maschinen in die Produktionslinie erfordert einheitliche Maschinen- und Prozessdaten. Sprechen alle Maschinen eine Sprache, dann entfällt das aufwändige Umsetzen von Daten einer Maschine auf die andere. Das spart Zeit und erlaubt den Aufbau modularer Produktionsanlagen. In der Verpackungstechnik wird hierfür seit geraumer Zeit der PackML-Standard eingesetzt. PackML definiert die Zustandsmaschine und Grundbetriebsarten der Maschine. PackTags bilden die Kommunikations-, Steuer und Administrationsparameter ab. PackML lässt aber auch Spielräume für herstellerspezifische Funktionen. Eigene Betriebsarten sind definierbar, die Zustandsmaschine kann auf die notwendigen Stati reduziert werden. Dank der Flexibilität ist PackML mittlerweile auch außerhalb der Verpackungsindustrie etabliert. PackML fördert zudem die Darstellung einheitlicher OEE-Kennzahlen. Die „Administration Tags“ sind der Datenlieferant für die Performance-Analyse und weiterer Bedienerinformationen. Mittels OPC UA erfolgt die Kommunikation von Maschine-zu-Maschine oder zu MES- und ERP-Systemen. Hierzu wurde 2016 ein Standard zwischen der Packaging Work Group der OMAC und der OPC Foundation vereinbart.

Motion, Robotik und CNC in nur einer Steuerung

Als Spezialist in der elektrischen Antriebs- und Automatisierungstechnik hat LTI Motion die beschriebenen Anforderungen und Einkaufsstrategien konsequent umgesetzt. Die Antriebsregler von LTI Motion zeichnen sich durch die hohe Regelgüte bei sehr kompakter Baugröße aus. Nur 55 mm Breite reichen, einen 3 kW-Dreiachsregler unterzubringen. Das Leistungsspektrum von 0,375 – 250 kW passt für viele Applikationen. Die Servoregler kommunizieren mit Steuerungen von diversen Anbietern über standardisierte Feldbusse und Bewegungsprofile. Das Multi-Motor-Interface steuert unterschiedliche Motoren mit einem einzigen Regler an. Achs- oder steuerungsbasierende Sicherheitsmodule schützen Personen. Skalierbare Motion Controller erweitern das Antriebs- zu einem Automatisierungssystem. Nur eine Steuerungshardware wird für Motion-, Robotik- und CNC-Applikationen benötigt. Das Programmiersystem CODESYS 3 erlaubt durch seine weite Verbreitung, dass einmal erstellte und getestete Programme für verschiedene Steuerungen verwendbar sind. Neue Geräte werden über die Gerätebibliothek bequem eingebunden. Die Vertikal-Kommunikation zur Maschinen- oder Liniensteuerung sowie zur Visualisierung anderer Hersteller erfolgt über EtherCAT, PROFINET oder Ethernet IP. E/A-Module in IP20/67 und Bedienfelder komplettieren die Automatisierung der Maschine.

Ob One-Stop-Shop oder eine performante Lösung mit einer Mixtur aus Geräten verschiedener Hersteller: Das Portfolio und die partnerschaftlichen Ideen von LTI Motion erfüllen die Wünsche nach neuen nachhaltigen Lösungsräumen.