PC-Control für Verpackungsmaschinen: Offenheit reduziert Implementierungsaufwand und Kosten

Was hat Beckhoff dazu bewogen, in diesem Jahr erstmals auf der Interpack auszustellen? Frank Würthner: Zahlreiche bereits realisierte Anwendungen in der Verpackungsindustrie zeigen, dass Automatisierungstechnik von Beckhoff die Produktivität und Flexibilität von Verpackungsmaschinen signifikant steigern kann. Mit PC-basierter Steuerungstechnik lässt sich die gesamte Prozesskette einzelner Verpackungsmaschinen sowie kompletter Verpackungslinien steuern und überwachen: Alle Vorgänge, vom Füllen, Formen, Verschließen, Labeln, Sammeln, Umverpacken, bis hin zur Palettierung, können durchgängig mit unseren Industrie-PCs und der Automatisierungssoftware Twincat realisiert werden. Auf der Interpack demonstriert Beckhoff das Potenzial PC-basierter Steuerungstechnik für die Verpackungsindustrie. Welches sind – in Bezug auf die Automatisierungstechnik – die drängendsten Probleme bei den Verpackern? Frank Würthner: Flexibel, produktiv und platzsparend sollen die Verpackungsmaschinen von morgen sein. Sie sollen das Verpackungsgut sicher, frisch und hygienisch verpacken, wobei das Design nicht zu kurz kommen darf. Das erfordert unterschiedlichste Verpackungsformen und -materialien, teilweise sogar für das gleiche Produkt. Zukünftige Verpackungsmaschinen müssen daher immer flexibler und produktiver werden, um am Markt bestehen zu können. Ein auch für die Verpackungsindustrie wichtiges Thema ist die Nachverfolgbarkeit und – damit einhergehend – die durchgängige Dokumentation aller Prozessdaten. Eine umfassende Antwort auf all diese Forderungen ist die offene, PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff, die die einfache Anbindung an Datenbanken und ERP-System unterstützt. Welche Rolle spielt die Automatisierungstechnik für die Entwicklung der Verpackungsmaschinen? Frank Würthner: Moderne Automatisierungstechnik treibt die Verpackungsmaschinen technologisch voran und verbessert deren Wettbewerbsfähigkeit entscheidend. Beispielsweise erhöht die ultraschnelle Beckhoff-Steuerungstechnologie XFC (eXtreme Fast Control Technology) den Ausstoß und damit die Produktivität der Maschinen. Hinzu kommen kompaktes Design der Automatisierungskomponenten und einfache Anschlusstechnik, die den Platzbedarf und den Ins­tallationsaufwand reduzieren. Welche Steuerungskonzepte sind in dieser Branche erfolgreich? Frank Würthner: Zentrale Steuerungstechnik hat wesentliche Vorteile gegenüber einem dezentralen Ansatz. Wenn alle Programme und alle Prozessdaten auf einer zentralen CPU vorhanden sind, vereinfacht das den Engineeringprozess, und die Inbetriebnahme- und Instandhaltungskosten reduzieren sich. Voraussetzung für einen zentralen Ansatz ist allerdings ein leistungsfähiger Feldbus für I/O und Motion Control, wie er mit Ethercat zur Verfügung steht. Natürlich lässt sich mit Beckhoff-Komponenten auch ein verteilter, dezentraler Ansatz realisieren. Gerade durch den Ersatz mechanischer Getriebe und Kurvenscheiben durch elektronische nimmt der Anteil an Servomotoren, in Verbindung mit digitalen Servoverstärkern zu. Sie sind hervorragend für Positionieraufgaben mit besonders hohen Ansprüchen an Dynamik und Standfestigkeit geeignet. Beckhoff empfiehlt hier die AX5000-Serie. Bei einer stetig steigenden Zahl von Servomotoren in einer Maschine ist eine zentrale Motion-Control-Lösung mit Synchronisierung aller Achsen von Vorteil. Was bedeutet eigentlich \’offenes Automatisierungssystem\‘ und wofür ist das heute wichtig? Dr. Josef Papenfort: Offenheit der Automatisierungstechnik bezieht sich sowohl auf die Software- als auch auf die Hardwareschnittstellen. Kern ist die offene, skalierbare Automatisierungssoftware Twincat von Beckhoff. Sie ist eine reine Software-SPS- und Motion-Control-Lösung für den PC. Die Programmierung der SPS erfolgt nach dem international gültigen IEC61131-3-Standard. Offene Kommunikationsschnittstellen unterstützen die Integration in bestehende Visualisierungen, Leit- und Datenbanksysteme. Durch die offenen Schnittstellen und die verschiedenen Abstraktionsebenen im Twincat-System laufen einmal erstellte Applikationen mit nahezu jedem Feldbus, I/O-Komponenten und Antriebstechnik verschiedener Hersteller ohne weitere Anpassungen. Grundsätzlich unterstützt die Offenheit des Twincat-Systems den Maschinenhersteller darin, seine Anlage auf die vielfältigen, wechselnden Anforderungen zu adaptieren, ohne jedes Mal hohe Implementierungskosten und Zeitaufwand in Kauf nehmen zu müssen. Welche Komponenten bietet Beckhoff für die Verpackungsmaschinenhersteller? Frank Würthner: Das Beckhoff-Produktspektrum bietet für die Verpackungsmaschinenbranche kompakte Hochleistungs-IPCs, mit eigens für den indus­triellen Einsatz entwickelten Motherboards, sowie Embedded-PCs, eine große Vielfalt elektronischer I/O-Klemmen, flexibel einsetzbare Servo-Antriebstechnik, kostengünstige Schrittmotortechnik, den High­speed-Feldbus Ethercat, die Automatisierungssoftware Twincat sowie spezielle Panels. Aus diesem durchgängigen, skalierbaren, modularen Steuerungsportfolio kann für jede Aufgabenstellung bezüglich Rechenleistung, Komplexität und Kosten die optimale Lösung zusammengestellt werden. Wie werden bei Beckhoff SPS- und Motion-Control-Lösung realisiert? Dr. Wilfried Plaß: Twincat integriert SPS- sowie Motion-Control-Funktionalitäten. SPS-Bibliotheken mit Bausteinen nach dem PLCopen-Motion-Control- und dem OMAC-PackSoft-Standard PackAL erleichtern die Programmierung. Standards, wie die OMAC Packaging Guidelines, bieten ein weltweit einheitliches Interface für Verpackungsmaschinen. OMAC (Open Modular Architecture Controls) ist eine nordamerikanische Anwendervereinigung zur Definition offener Automatisierungsarchitekturen. Die SPS-Bibliothek TcPackAL stellt Softwaremodule für unterschiedliche verpackungstechnische Aufgaben zur Verfügung. Die Inbetriebnahme wird durch das Twincat Scopeview unterstützt. Ethercat zeichnet sich durch seine besonders schnelle Kommunikation aus. Welchen Nutzen haben Maschinenbauer und -betreiber davon? Frank Würthner: Ethercat, der echtzeitfähige Ethernet-Feldbus mit höchster Performance, flexibler Topologie und besonders einfacher Handhabung, ist optimal für den Einsatz in Verpackungsmaschinen geeignet. Die schnelle Kommunikation – Steigerung der Update- und Reaktionszeiten um mindestens Faktor 10 gegenüber den klassischen Feldbussen – zwischen den I/O-Signalen und der Steuerung bietet dem Maschinenbauer neue Möglichkeiten: Motion Control mit vielen synchronisierten Achsen und einer reproduzierbaren Genauigkeit im Nanosekundenbereich. Die im Ethercat-Feldbussystem verankerte Redundanz sorgt zudem für Sicherheit im Fall von Kabelbrüchen. Einfache und bewährte Anschlusstechnik reduziert den Verkabelungsaufwand und damit die Kosten. Ethercat bietet volle Ethernet-Kompatibilität, maximale Nutzung der Ethernet-Bandbreite und hervorragende Echtzeiteigenschaften bei niedrigen Kosten. Durch Gateways zu den konventionellen Feldbussen wie Profibus oder CAN können vorhandene Geräte einfach integriert werden. Damit sind Kompatibilität und Durchgängigkeit zu bestehenden Systemen gewährleistet. Die Ethercat-Technologie zeichnet sich außerdem durch besondere Offenheit aus: In der Ethercat Technology Group haben sich inzwischen mehr als 680 Mitglieder zusammengeschlossen und weltweit entstehen Geräte unterschiedlicher Hersteller mit Ethercat-Anschaltung. Immer mehr Kunden erwarten von den Automatisierungslieferanten eine nahtlose Integration von Antriebs- und Steuerungstechnik. Wie begegnet Beckhoff diesen Forderungen? Dr. Josef Papenfort: Beckhoff trägt diesen Anforderungen mit verschiedenen Ansätzen Rechnung: Zum einen werden durch Twincat schon immer SPS, Motion-Control-Projektierung und Runtime in einer Software vereinigt. Zum anderen gewährleistet Ethercat als schneller Feldbus das deterministische Austauschen von Daten sowohl zu den I/Os als auch zu Antrieben. Mit XFC, der Kombination aus einer leis­tungsstarken CPU, dem PC, einer Software, wie Twincat, einem leistungsfähigen Feldbus, wie Ethercat, und schnellen I/Os, wie den XFC-Klemmen, ist jeder Programmierer in der Lage, auf der Basis von Standardkomponenten extrem schnelle und hochpräzise Steuerungslösungen für Verpackungsmaschinen einfach und elegant zu realisieren. Ein Höchstmaß an Performance und Dynamik bietet zudem die Servoverstärker-Baureihe AX5000.