Bei modernen automatisierten Lösungen zum Verpacken in der Lebensmittel-, Getränke- und Pharmaindustrie fordern Betreiber der Anlagen vor allem hohe Zuverlässigkeit mit Ausfallraten bei nahezu Null und hohe Taktraten. Die Antriebe müssen eine hohe Dynamik erreichen, um den Forderungen nach einem hohen Maschinenausstoß und hoher Produktivität gerecht zu werden. Zudem sollen zeitgemäße Anlagen und Maschinen zum Verpacken eine hohe Flexibilität aufweisen. Bei möglichst kurzen Stillstandszeiten sollen sie sich auf unterschiedliche Varianten an Verpackungen oder zu verpackendem Gut umrüsten lassen. Yaskawa, Partner beim Realisieren von Antriebslösungen, stellt ein weltweit verfügbares Programm an unterschiedlichen Antriebs- und Steuerungssystemen bereit. So können international aufgestellte Maschinenbauer eine weltweite Verfügbarkeit bei Teilen und globalem Service nutzen. Drehzahlgesteuerte Antriebe Beispielsweise gibt es zum drehzahlgesteuerten Antreiben von Förderbändern und Rollenbahnen sowie für Wickler die Frequenzumrichter der Reihe V1000 für Antriebsleistungen von 0,1 bis 18,5kW sowie A1000 für Antriebsleistungen zwischen 0,4 und 110 (630)kW. Vorteile haben diese Geräte vor allem wegen ihrer universellen Kombinationsmöglichkeiten mit nahezu allen Arten von Asynchron- und Synchronmotoren. Mit diesen Umrichtern sind, verglichen mit üblichen frequenzgeregelten Antrieben, erhöhte Drehzahlgenauigkeiten bzw. auch Positionierungen bei reduzierter Positionsgenauigkeit realisierbar. Das gelingt in Verbindung mit Synchronmotoren und Vektorregelung bzw. durch Modellierung der Motorcharakteristik. Mit ihrer Ausstattung können die Umrichter auch einige SPS-Funktionen zum Verknüpfen von Sensoren, wie Näherungs- und Endschaltern, und weiteren Aktoren, z.B. pneumatischen Stelleinheiten, übernehmen. Die Antriebs- und Steuerungsfunktionen lassen sich mit einer mit Funktionsblöcken im Programmierdialog arbeitenden Software wie DriveWorksEZ schnell und einfach programmieren. Mit dem Einsatz dieser Frequenzumrichter reduzieren Maschinenhersteller Montage- und Verdrahtungsaufwand sowie den erforderlichen Platz im Schaltschrank und in Maschinenumhausungen. Vorteilhaft für die Automatisierung in der Nahrungs- und Genussmittelherstellung ist die optionale Ausführung der Umrichter V1000 in Schutzart IP66, also gegen Staub und starken Spritzwasserstrahl geschützt. Exakt positionieren Für eine Vielzahl an Bewegungen in Verpackungsanlagen ist exaktes Positionieren erforderlich. Beispiele sind Vorschubantriebe für Messer, Scheren, Bänder, Klappmechaniken, Einfülltrichter, Dosierschieber und dergleichen. Dafür nutzt man Servoantriebe. Das Programm von Yaskawa umfasst aufeinander abgestimmte Regler der Serie Sigma-5 für rotatorische Servomotoren mit Antriebsleistungen von 0,50 bis 15kW sowie Drehmomente bis 95,4Nm auf Dauer und bis 224Nm kurzzeitig. Mit 1,6kHz Bandbreite im Regelkreis erreichen sie kürzere Einregelzeiten und positionieren schneller als bisherige Servoantriebe. Hohe Positioniergenauigkeiten lassen sich mit der Auflösung des Drehgebers mit 20Bit Datenwort realisieren. Da die Servoverstärker bis zu 55°C Umgebungstemperatur arbeiten, erübrigt sich häufig eine Klimatisierung des Schaltschranks. Das spart Energie. Mit ihrer kompakten Bauform benötigen die Servoregler zudem nur wenig Schaltschrankplatz. Auch das trägt zu niedrigen Kosten bei. Besondere Vorteile haben die Servoantriebe durch ihre einfache und schnelle Inbetriebnahme mit der Software Sigma-Win+. Nach dem Einstellen einiger Grundparameter optimiert sich der Antrieb bei einem Testlauf mit den von Yaskawa realisierten Auto-Tuning-Funktionen selbsttätig auf die zu bewegenden Trägheitsmomente und die Motoreigenschaften. Verglichen mit anderen Servoantrieben kann das die Zeit bei der Inbetriebnahme um bis zu 80% verringern. Mit einer weiteren Feinabstimmung können dann die Beschleunigungs- und Bremsfunktionen sorgfältig z.B. auf einen hochdynamischen oder ruckfreien Betrieb abgestimmt werden. Integrierte Sicherheit Wegen integrierter Sicherheitsfunktionen entsprechend der aktuellen Maschinenrichtlinie können ehemals benötigte externe Schaltungen entfallen. Das reduziert den Konstruktions- und Montageaufwand. Maschinenherstellern und Betreibern der Verpackungsanlagen kommt die Zuverlässigkeit der Geräte zugute. Service und Instandhaltung werden reduziert. Als Komplettanbieter für elektrische Antriebstechnik bietet Yaskawa zusätzlich Servoantriebe mit eisenlosen und eisenbehafteten Linearmotoren. Deren Nennkräfte umfassen den Bereich von 12,5 bis 2.000N auf Dauer und bis 7.500N in der Spitze. Im Vergleich mit rotatorischen Antrieben lässt sich mit diesen Servoantriebssystemen noch höhere Dynamik bei reduziertem Energieverbrauch erreichen. Die Positionier- und Wiederholgenauigkeiten können gesteigert werden, da spielbehaftete Übertragungselemente wie Zahnstangen, Zahnriemen und Kugelrollspindeln entfallen. Linearmotoren arbeiten zudem zuverlässiger, da ihre Motorelemente weder verschleißen noch Wartung benötigen. Yaskawa stellt die Lineamotoren seiner Reihen SGLG und SGLF als Varianten zum Einbau (Stator und Läufer als Einzelkomponenten) und als einbaufertige Komplettsysteme (Plug&Play) mit stabiler, verwindungssteifer Basis, geräuscharmen, vorgespannten Führungen und Kabelschlepp zur Verfügung. Koordination über lokale Netze Wegen der geforderten Kinematiken bei mechanischen Verpackungsvorgängen müssen sich mehrere Einzelantriebe in Verpackungsmaschinen untereinander exakt koordiniert bewegen. Das betrifft z.B. einen Synchronlauf mehrerer Antriebe mit unterschiedlichen Untersetzungen zueinander. Dazu gehören auch getaktete Bewegungen in wechselnde Richtungen abhängig von einem steuernden Masterantrieb, wie bei positionierenden Förderbändern an Sortier- sowie Be- und Entladestationen. Das ermöglichen die elektrischen Antriebssysteme von Yaskawa. Sie verfügen über unterschiedliche Schnittstellen, u.a. Ethernet, Ethercat, CC-Link, Profibus, Powerlink, CANopen, Mechatrolink-I, -II und -III. Alle Frequenzumrichter der Serien V1000 und A1000 sowie die Servosteuerungen der Serie Sigma-5 für Einzelachsen bieten zusätzlich diverse digitale und analoge Ein- und Ausgängen, um u.a. Ereignisse und Zustände des Antriebs anzuzeigen oder auf wechselnde Prozesszustände programmgesteuert reagieren zu können. Das reduziert den Rechenaufwand für übergeordnete Maschinensteuerungen und SPS. Es trägt zu höherer Dynamik und damit zu kürzeren Taktzeiten bei. Steuerung mehrerer Achsen Für das Überwachen und Steuern komplexer Maschinen und Anlagen hat Yaskawa neben anderen Servosteuerungen die skalierbare Maschinensteuerung MP2300siec für bis zu 16 Achsen entwickelt und realisiert. Sie ist somit für kleinere und mittlere Verpackungsmaschinen oder zur Teilsteuerung komplexerer Anlagen geeignet. Ihre Antriebs- und SPS-Funktionen werden nach internationalem Standard IEC61131-3 programmiert. Die Programme sind deshalb universell und austauschbar. Die zusätzlich als Option von Yaskawa erhältliche Controller-Programmiersoftware MotionWorksIEC vereinfacht das Anlegen, Speichern und Dokumentieren selbst verwickelter Ablaufprogramme. Die auf Antriebslösungen ausgelegte Steuerung kommuniziert über lokale Netzwerke wie Mechatrolink-III vor allem mit den Servoantrieben der Sigma-5-Serie bei hohen Datenraten. Deshalb nutzt man diese Maschinensteuerung bevorzugt für zeitkritische und prozessabhängig gesteuerte Automatisierungen von Teilen komplexer Anlagen. Mechatronische Komplettsysteme Vereinfachungen beim Aufbau von Verpackungsanlagen können Maschinenbauer mit den mechatronischen Komplettsystemen von Yaskawa verwirklichen. Dazu gehören Linearsysteme als Ausleger- und Portal- (Gantry) Einheiten sowie kompakte Handling- und Pick&Place-Roboter. Die Antriebs- und Steuerungskomponenten werden mit Mechanik zu kompletten Ready-to-use-Einheiten kombiniert. Dabei verwenden die Mechatroniker Maschinenelemente wie Linear-Auslegerachsen aus Kohlefaserwerkstoffen. Sie verringern die bewegten Massen und erhöhen so die erreichbare Dynamik. Dazu trägt auch der Einsatz moderner Antriebselemente wie eisenloser Linearmotoren bei. Beispielsweise die zweiachsige High-Speed Auslegereinheit F20-F35 zum Handhaben von Lasten bis 1,5kg erreicht mit zwei Linearmotoren eine hohe Dynamik und somit kurze Taktzeiten. Sie kann u.a. zum Aufnehmen und Einstapeln von Verpackungsgut oder Kleinverpackungen in andere Umverpackungen oder auf Paletten dienen. Durch die vollständige Ausstattung der Handhabungseinheit reduziert der Anwender seinen Aufwand für Projektierung, Konstruktion, Montage, Installation, Programmierung und Inbetriebnahme. Auf Wunsch wird der Maschinenbauer bzw. Anwender von den Spezialisten in Eschborn mit lokal entwickelten Konzepten integrierter Systeme unterstützt. Mit der Vergabe an einen Komplettanbieter, der aufeinander abgestimmte Lösungen aus einer Hand anbietet, vermeiden die Maschinenhersteller bzw. Betreiber zeit- und arbeitsaufwendige Abstimmungen zwischen mehreren Antriebs- und Steuerungssystemen unterschiedlicher Hersteller und können sich auf ihre Kernkompetenz konzentrieren. Diese Strategie nutzen vor allem Betreiber von Verpackungs- und Abfüllanlagen in der Nahrungs- und Genussmittelherstellung sowie in der Pharmaindustrie, die heute ihre Anlagen zentral konzipieren und anschließend weltweit betreiben. Interpack 2011 / Halle 16, Stand A45
Yaskawa Europe GmbH
