Eine Hardware, ein Engineeringtool

Die Kombination von SPS und Motion Control ist eine Möglichkeit, die zunehmende Komplexität von Verpackungsmaschinen in den Griff zu bekommen. Die Vorteile einer solchen Architektur lassen sich allerdings nur dann voll ausschöpfen, wenn auch die Engineeringtools die Entwicklung der Maschine durchgängig und ohne Systemwechsel unterstützen.

Die Kombination von SPS und Motion Control ist eine Möglichkeit, die zunehmende Komplexität von Verpackungsmaschinen in den Griff zu bekommen. Die Vorteile einer solchen Architektur lassen sich allerdings nur dann voll ausschöpfen, wenn auch die Engineeringtools die Entwicklung der Maschine durchgängig und ohne Systemwechsel unterstützen.

Die Unternehmensberatung Berndt & Partner hat über 100 Unternehmen in Europa, den USA und Japan zu Trends bei Produkten, Verpackungen und Verpackungsmaschinen in verschiedenen Marktsegmenten befragt. Diese Studie zeigt, dass es mehr und mehr Produkte geben wird, die neue und komplexere Verpackungen benötigen, um beim Kunden den innovativen Charakter des Produktes zu unterstreichen. Ein Beispiel ist der zunehmende Verzehr von Lebensmitteln außerhalb der eigenen vier Wände: Trinkjoghurt und Zerealien in Riegelform werden immer beliebter, die Benutzung einer Gabel oder eines Löffels wird bereits vielfach abgelehnt. Auch im Bereich Kosmetik wächst die Variantenvielfalt: Ein Deo ist beispielsweise als Roller, Stick, Spray und Zerstäuber erhältlich. Dazu kommen zielgruppenspezifische Produktranges, wie beispielsweise »men`s line« oder »kid`s line«.

Diese Individualisierung der Verbraucherwünsche und die damit verbundene Differenzierung der Produkte stellt die Hersteller von Verpackungsmaschinen vor neue Herausforderungen. Folgt man der Studie, so hat die Flexibilität der Maschine in Zukunft mindestens einen ebenso hohen Stellenwert wie die Geschwindigkeit – immerhin 80 % der Entscheider aus den Bereichen Einkauf und Technik in der verpackenden Industrie erachten eine hohe Flexibilität im Hinblick auf Formate und Verpackungsvarianten als sehr wichtig. Dies bedeutet letztendlich: Umrüstzeiten müssen reduziert werden und der Abfüller muss verschiedene Formate und Produktvarianten, unterschiedliche Packmittel sowie Packstoffe auf ein und derselben Maschine verarbeiten können.

Auf Grund der Flexibilität werden allerdings enorme Anforderungen an die Verpackungsmaschinenbauer gestellt, die sich nicht mit konventionellen Automatisierungskonzepten realisieren lassen. Die oft noch übliche Ausstattung mit mechanischen Königswellen, die alle weiteren Bewegungsorgane in der Maschine über mechanische Komponenten mit komplizierten Bewegungsfunktionen koppeln, führt dazu, dass die Maschinen in ihrer Auslegung starr und somit bereits nach kurzer Zeit technisch überholt sind.

In modernen mechatronischen Verpackungsmaschinen treten Servoantriebe an die Stelle von Kurven- und Koppelgetrieben. Eine virtuelle elektronische Königswelle sorgt für Synchronität der einzelnen Bewegungsachsen. Beliebige takt- und winkelsynchrone Bewegungen werden von einer zentralen Steuerung vorgegeben. Auch außerplanmäßige Maschinenzustände wie Stopp- oder Not-Aus-Situationen und Initialisierungsbewegungen lassen sich auf diese Weise winkelsynchron realisieren. Zudem können dynamische Veränderungen von Packgut oder Packmittel in der Anlage, zum Beispiel der Schlupf der zu verpackenden Produkte oder eine Dehnung von Verpackungsmaterial, während des Maschinenlaufes durch Sensoren erfasst und durch Anpassung der entsprechenden Bewegungsabläufe eliminiert werden.

Die Erfahrungen aus einer Vielzahl von Applikationen belegen, dass sich die Integration von Motion Control und Steuerungsfunktionen in einem zentralen PC-basierten Steuerungssystem ideal dafür eignet, eine überschaubare Strukturierung der Applikationssoftware zu erreichen. Auch die internationale Anwendervereinigung OMAC (Open Modular Architecture Controls) betont, dass die Anforderungen im Verpackungsmaschinenbau nicht mit konventionellen Automatisierungskonzepten realisierbar sind, und schlägt ebenso eine Systemarchitektur mit zentraler Steuerung vor. Bei der Verteilung der Aufgaben auf verschiedene Systeme entsteht zusätzlicher Aufwand für die Realisierung von Kommunikationsschnittstellen und für die Integration der Teilkomponenten. Bei der Fehlersuche im Servicefall sorgt dieser Systembruch ebenfalls für unnötigen Aufwand.

Die Wahl einer geeigneten Hardware- plattform ist jedoch nur die halbe Miete. Mindestens ebenso wichtig ist, dass künftig auch die Werkzeuge für die Entwicklung der Maschinensoftware den gestiegenen Anforderungen mechatronischer Verpa-ckungsmaschinen Rechnung tragen. Das bedeutet: Ohne Systemwechsel muss das gesamte Engineering einer Maschine mit einer einzigen Software-Entwicklungsumgebung durchgeführt werden, von

  • der Projektierung,
  • der Parametrierung und Konfiguration der Steuerung, der Antriebe und aller Feldbusgeräte,
  • der Programmierung des Gesamtsystems bis hin zu
  • Test und Fehlerdiagnose bei Inbetriebnahme und Service.

Auf diese Weise lassen sich die Engineering-Kosten deutlich reduzieren, erhebliche Zeiteinsparungen realisieren und die Produktivität steigern. Wie sich das Engineering mit einem solchen Tool gestaltet, soll im folgenden exemplarisch an dem Engineering-Toolkit des Systems PacDrive dargestellt werden. Es basiert auf der internationalen Norm IEC 61131-3 für die Programmierung von Speicherprogrammierbaren Steuerungen. Gerade die Anwender der Verpackungsmaschinen verschwendeten in der Vergangenheit wertvolle Ressourcen, um die vielen unterschiedlichen Steuerungstechnologien zu betreuen. Durch den Einsatz einer einheitlichen, normierten Programmierung für Steuerungs- und Bewegungsfunktionen nach IEC 61131-3 haben sie den Blick wieder frei für die Optimierung und Verbesserung ihrer Anlagen.

Dem Programmierer stehen in der Motion-Control-Bibliothek des Systems PacDrive eine Vielzahl vorgefertigter Bewegungsfunktionen für Verpackungsmaschinen zur Verfügung. Hierzu zählen Standard-Applikationen, wie eine Fächer- kette oder eine fliegende Säge ebenso wie die von der PLCopen spezifizierten Motion-Control-Funktionen.