19.11.2018

PC-basierte Steuerungstechnik für standardisierte Prüfsysteme

Qualität in der Sportartikelindustrie

Gleichbleibend hohe Produktqualität ist Voraussetzung für markentreue Kunden in der Sportartikelindustrie. Damit die Hersteller dieses Qualitätsniveau gewährleisten können, sind ausführliche Tests vor der Markteinführung und in der Produktion erforderlich. Auf Automatisierungslösungen für entsprechende Sondermaschinen und Testsysteme ist die US-amerikanische Firma Automated Design Corporation (ADC) spezialisiert - und nutzt dabei als Basis PC-basierte Steuerungstechnik.


ADC hat sich zur Standardisierung für die Steuerungstechnik von Beckhoff entschieden, hier in einem Prüfstand für einen Sportartikelhersteller.
Bild: Automated Design Corporation (ADC), USA

Die Entscheidung, Prüfsysteme für Sportartikel zu entwickeln, erklärt Thomas Bitsky Jr., Entwicklungsleiter bei ADC: "Zu Beginn der 1990er Jahre entdeckten wir eine Marktlücke für standardisierte, automatische Prüfsysteme. Denn bis dahin hatten die meisten Hersteller ihre Lösungen in Eigenregie konstruiert. Allerdings fehlte hierfür häufig ausreichende Dokumentation, was Betrieb und Instandhaltung erschwerte. Zudem lieferten die Systeme oft nur ungenaue und nicht konsistente Testergebnisse. Als Automatisierer konnten wir präzise und nachhaltige Lösungen liefern und diese auch adäquat mit Service- und Support-Leistungen begleiten." ADC entwickelte hierfür eine Standardlinie von Lastrahmen auf denen dann das Prüfsystem aufbaut. Sie basieren auf der Steuerungstechnik von Beckhoff. Derzeit sind drei Standardoptionen verfügbar: Gen IV ist ein Tischgerät für die Druckprüfung von Golfbällen. CTS ist ebenfalls ein Tischmodell, jedoch für die Prüfung von Bällen, Schlägern und Materialien mit höheren Lasten konzipiert. Das SWC-System dient der hochgenauen Bestimmung der physikalischen Merkmale von Golfbällen bzw. Ballkernen und anderen Bällen. Es umfasst mehrere Teststationen und einen Scara-Roboter.

Heterogene Architektur ersetzt

Zu Beginn kamen laut Bitsky SPS, HMI, Servosystem und weitere Steuerungskomponenten von unterschiedlichen Herstellern zum Einsatz: "Damals war es sehr aufwändig, die unterschiedlichen Systeme miteinander zu vernetzen", fährt Bitsky fort. "Diese heterogene Systemarchitektur war auf Dauer nicht haltbar." Stattdessen sollte Microsoft Visual Basic (VB) für die Automatisierung genutzt werden. Weil die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff die ADC-eigene Softwarelösung MechLab für die Prüfapplikation sehr gut ergänzt, nutzt das Unternehmen seither IPCs als Rechnerhardware, Twincat 3 als Software, I/O-Komponenten für die Datenerfassung und Ethercat für die Kommunikation. "Außerdem profitieren wir von der Möglichkeit, C++ und .NET in einer Umgebung mit der Steuerungsanwendung programmieren zu können", so Bitsky. Twincat 3 dient als Programmierumgebung und Runtime. Motion-Control-Aufgaben werden mit Twincat 3 PLC und PLC NC/PTP realisiert. "Seit der Entscheidung für diese Software und Ethercat ist die reibungslose Kommunikation aller Komponenten sichergestellt", hebt Bitsky hervor. "Durch den Twincat-ADS-Router wird auch die Anbindung an kundenspezifische Benutzerschnittstellen und Drittanbieterkomponenten problemlos unterstützt."

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Offenheit, Modularität, Kompaktheit

Um die Anforderungen nach kompakter Antriebstechnik in den kleinen Prüfsystemen zu erfüllen, setzt ADC die Servomotoren AM8121 mit Einkabeltechnik und den Servomotorklemmen EL7211 ein. So kann nicht nur 50 Prozent des Verkabelungsaufwands entfallen, auch Installation und Inbetriebnahme sind einfacher. Die schnelle und genaue Erfassung, Übertragung und Speicherung von Messdaten sind Kernaufgaben der Prüfsysteme. "Mit Kommunikationszeiten im Submillisekundenbereich und hoher Bandbreitennutzung erlaubt uns Ethercat die Datenerfassung der Sensoren mit hoher Geschwindigkeit in einer Systemumgebung, die alle Kommunikationsanforderungen für die Automatisierung abdeckt", betont der Entwicklungsleiter. Zu diesem Zweck nutze man ein breites Spektrum an Ethercat-Klemmen und -Box-Modulen. Neue Funktionen lassen sich durch das Hinzufügen weiterer Klemmen einfach und bedarfsgerecht ergänzen. Als Rechnerhardware hat sich das Unternehmen für den Panel-PC CP6706 entschieden. Das kompakte Gerät bietet einen integrierten 7"-Touchscreen, einen Atom-Prozessor mit 1,75GHz und zwei Kernen sowie Windows Embedded Standard 7 als Betriebssystem.

Reduzierter Kosten- und Zeitaufwand

"PC-based Control hat es uns ermöglicht, die Funktionalität unserer Systeme ohne hohe Investitionen in den Bau eigener Leiterplatten und spezieller Elektronikkomponenten zu erweitern", führt Bitsky weiter aus. "Parallel konnten durch die Einkabeltechnik und effiziente I/O-Systeme die Kabelkosten halbiert werden. Auch der Zeit- und Kostenaufwand für den Schaltschrankbau ließ sich reduzieren, da weniger Klemmen verwendet und weniger Leitungen verlegt werden müssen." Gleiches gelte auch für Programmierung und Inbetriebnahme: "Die Programmierung nimmt nun nur noch Tage in Anspruch, nicht wie bisher Wochen oder sogar Monate." Dadurch könne man sich auf wichtige Eigenschaften der Maschine wie Benutzerschnittstelle oder Datenerfassung konzentrieren. "Heute stellen die Hard- und Software von Beckhoff die Standardplattform für alle unsere Projekte dar", zieht Thomas Bitsky Jr. sein Fazit. "Wir setzen einen Panel-PC für SPS-Projekte ein sowie Twincat und Ethercat zur Echtzeitsteuerung. Und wir nutzen die zusätzlichen Programmieroptionen, die uns innerhalb derselben Umgebung zur Verfügung stehen, um so den Kunden Zugang zu ganz neuen Möglichkeiten zu geben." Das sei ist die Strategie, die man bei ADC weiterverfolgen werde. "Unsere Systeme lassen sich individuell für verschiedene Applikationen skalieren, wir bieten unseren Kunden nahtlos integrierte Prüflösungen und reduzieren durch die Standardisierung unserer Systeme gleichzeitig unseren Kosten- und Zeitaufwand für die Bereitstellung."

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