Sie achten auf die richtige Schachtel: Ethernet-Codelesegeräte in Verpackungsmaschinen

Als kabelgebundene Datennetztechnik für lokale Datennetze ermöglicht Ethernet einen Datenaustausch zwischen allen in einem lokalen Netz angeschlossenen Geräten. Die Möglichkeit, Daten zwischen Steuerungen, Sensoren und Aktoren in einem Netzwerk auszutauschen, hat Ethernet auch im Maschinenbau zur meistverwendeten LAN-Technik gemacht. \’\’Für uns ist Ethernet in der Maschinenkommunikation Standard\’\‘, erklären Siegfried Rottler, Gruppenleiter Steuerungstechnik bei der Gerhard Schubert Verpackungsmaschinen GmbH in Crailsheim, und sein Kollege Achim Beck, zuständig für die Entwicklung durchgängiger Bedienkonzepte und Kommunikationslösungen. \’\’Alle unsere TLM-Anlagen nutzen Ethernet als physikalische Grundlage für die Datenübertragung.\’\‘ Die angeschlossenen Netzwerkteilnehmer, zu denen auch die Codeleser von Sick gehören, werden auf den Bedienoberflächen visualisiert und ermöglichen eine Maschinenbedienung aus einem Guss. Verpackungsmaschinen aus dem Baukasten Top-Loading-Maschinen der Gerhard Schubert GmbH eignen sich, um stückige Produkte sowie Sortimente mit hoher Präzision und Wirtschaftlichkeit zu verpacken. Pro Jahr fertigen die etwa 600 Mitarbeiter am Firmensitz in Crailsheim etwa 120 Verpackungsanlagen mit einem Gesamtwert von 115Mio E. Ob Verpackungsmaschine, Pickerlinie, Packstraße oder Thermoformmaschine – das von Schubert entwickelte TLM-Maschinenkonzept kommt mit nur sieben Basisbaugruppen aus: Übergabeaggregat, Gruppierkette, zwei Verpackungsroboter-Varianten, Vakuumtransporteur, Maschinengestell und Bedienpanel. Die konsequente Modularität ermöglicht technisch und wirtschaftlich effiziente Komplettlösungen für unterschiedliche Verpackungsanwendungen: Nahrungsmittel, Molkereiprodukte, Süßwaren, Pralinen, Gebäck, Getränkeflaschen, technische Produkte sowie Pharma- und Kosmetikartikel. \’\’Gerade für die letztgenannte Applikation ist aus Gründen der Maschinenvalidierung eine durchgängige IT an der Maschine wichtig\’\‘, sagt Siegfried Rottler und verweist dabei auf zwei aktuell im Aufbau befindliche Anlagen: die eine für ein in Spritzen abgefülltes kosmetisch-chirurgisches Produkt, von dem pro Minute 70 Einheiten verpackt werden; die andere für Augentropfen in Kunststoff-Dosierfläschchen. Beide Anlagen sind auf jeweils zwei unterschiedliche Formate ausgelegt. Das macht eine Unterscheidung der jeweils zu verwendenden Verpackungsausführungen anhand der aufgedruckten 1D- bzw. 2D- Kodierung erforderlich. Funktion der 1D- und 2D-Leser in den TLM-Anlagen Obwohl an der einen Anlage Bar­codes identifiziert werden müssen und die andere Anlage das Lesen von Data-Matrix-Codes erfordert, konnte aus dem Sick-Portfolio mit dem CLV622 und dem ICR840 ein jeweils passender Ethernet-Codeleser ausgewählt werden. Der CLV622 ist ein Barcode-Scanner für Short-Range-Anwendungen. Der wahlweise gerade oder seitliche Lichtaustritt sowie die drehbare Steckereinheit ermöglichen in den TLM einen optimalen Einbau und Anschluss der Geräte im en­gen Umfeld der Verpackungsmaschine. Ähnlich kompakt ist der Data-Matrix-Codeleser ICR840-2. Das Gerät arbeitet mit einem 1,3Megapixel-CMOS-Sensor und kann 2D-Codes – ob Standard oder High Density – omnidirektional erkennen. \’\’Die Anwendung ist für die Codeleser in beiden Anlagen identisch\’\‘, sagt Siegfried Rottler. \’\’Es geht zum einen darum, die Verpackungen anhand ihrer Kodierung zu identifizieren und sicherzustellen, dass der zum Auftrag und damit zu den eingestellten Parametern und eingesetzten Werkzeugen passende Karton in die Maschine eingezogen wird. Zum anderen ist es ja gerade bei Pharmaprodukten wichtig sicherzustellen, dass auch der Beipackzettel, und zwar der richtige, in die aufgefaltete und bestückte Schachtel eingelegt wird.\’\‘ Sowohl flachliegende Schachtelzuschnitte als auch Beipackzettel werden durch ein Vakuum-Übergabewerkzeug aus dem Stapelmagazin entnommen und dabei der Barcode bzw. der Data-Matrix-Code gelesen. Die Daten werden online geprüft und verifiziert. Auf diese Weise stellt die Anlage sicher, dass nur die zum Verpackungsauftrag gehörenden Kartonzuschnitte und Beipackzettel verarbeitet werden. Bei einer Falschzuführung wird die Maschine zur Vermeidung von Beschädigungen am Roboteraggregat, am Aufrichtewerkzeug oder am Transporteur sowie von Falschabpackungen sofort gestoppt und die Fehlerursache an der Bedieneinheit visualisiert. Bedienergerechte Visualisierung per Ethernet Um die in das gesamte Maschinenbedienkonzept integrierte Visualisierung der Codeleser zu ermöglichen, hat sich Schubert sowohl bei den sechs CLV622 in der Maschine für die Kosmetikprodukte in Spritzen als auch bei den sechs ICR840-2 für die Augentropfen-Verpackung für die Geräteversionen mit einer 10/100MBit/s Ethernet-Datenschnittstelle entschieden. \’\’Praktisch und kostengünstig ist, dass für die Anbindung der Codeleser kein separates Ethernet-Feldbus-Gateway erforderlich ist\’\‘, weist Achim Beck auf montagetechnische Vorteile hin. Die Parametrierung, Diagnose und Visualisierung der Codeleser erfolgt direkt in der TLM-Bedienoberfläche. Dadurch hat der Anwender das von der TLM-Baureihe bekannte Look&Feel. Achim Beck ergänzt: \’\’Wir haben aber ein paar Elemente aus der Sopas-Konfigurationssoftware übernommen. Dadurch wird für den Bediener eine Art optische Verbindung zwischen der Anzeige auf dem Bedienpanel und den Geräten in der Maschine geschaffen. Zudem können die Geräte über die Original-Parameter konfiguriert werden.\’\‘ Anschlussmodule als Signalgeber und Speichermedium Sowohl die CLV622 als auch die ICR840-2 sind in den Maschinen über CDB620-Anschlussmodule mit der Maschinensteuerung verbunden. Für diese Lösung sprach eine doppelte Zeitersparnis – zum einen durch die schnelle Montage und den einfachen Scanner-Anschluss, zum anderen durch die übersichtliche Verdrahtung mit der Peripherie. In das Anschlussmodul eingebaut ist jeweils ein Cloning-Modul CMC600. \’\’Über die digitalen Ausgänge wird die Maschine sofort gestoppt, wenn ein Codeleser statt eines erwarteten Codes entweder gar nichts liest oder einen anderen Code identifiziert\’\‘, erklärt Achim Beck. Die zweite Funktion des CMC600 ist die Speicherung aller Parameter der angeschlossenen Codeleser außerhalb der Geräte. \’\’Dadurch, dass wir alle Einstellungen auf dem Steckmodul redundant zum Codeleser sichern, können wir im Falle eines Falles ein einzelnes Gerät ohne Neu-Parametrierung via Plug&Play austauschen. Die gesicherten Daten werden dann automatisch auf das neue Gerät geladen\’\‘, sagt Achim Beck. Dass dabei falsche Parameter übernommen werden, ist ausgeschlossen: Der Schreibschutz-Schalter am CMC600 verhindert das unbeabsichtigte Ändern oder Überschreiben der applikationsspezifischen Codeleser-Parametrierung.\’\‘ Objekterkennung, Magazinüberwachung & Überlastschutz Während die Integration der Codeleser über Ethernet in die IT-Topologie die ersten Anwendungen dieser Art an TLM-Verpackungsmaschinen sind, hat die Lösung von Anwesenheitskontrollen mit Lichtschranken eine lange Tradition. Im engen funktionellen Zusammenhang mit den Codelesern steht der Einsatz von Lichttastern der Baureihe WT4-3. \’\’Die Sensoren erfassen zuverlässig die Anwesenheit des jeweiligen Produktes in den Über­gabewerkzeugen\’\‘, beschreibt Siegfried Rottler. \’\’Beim Scannen, beim Auffalten der Schachtelzuschnitte und beim Einlegen der Beipackzettel stellen die Geräte sicher, dass die Teile auch tatsächlich vorhanden und ver­arbeitet werden.\’\‘ Reflexions-Lichtschranken WL12-3 erkennen die aufgefalteten Schachteln in den Transporteuren und überwachen die Zwischenmagazine in den Maschinen. Kollisionen und Beschädigungen an Werkzeugen, Roboter- und Maschinenkomponenten vermeidet die als Überlastschutz eingesetzte WL4-3. Sobald sich das Werkzeug in einer Achse aufgrund eines Widerstandes verdreht, wird dies vom Sensor erkannt und die Maschine abgeschaltet. \’\’Letztlich erwähnen möchte ich auch noch eine qualitätssichernde Anwendung\’\‘, sagt Siegfried Rottler, \’\’an der abschließenden Prüfung der fertigen Verpackungen überwacht ein WLG12-Lichtgitter, dass n.i.O.-Einheiten tatsächlich ausgeschleust und nur einwandfrei verpackte Produkte zum nächsten Prozessschritt transportiert werden.\’\‘ Lese- und Netzwerkperformance reduziert Kosten