Die einfache Verkabelung der Antriebe erleichtert es, modulare Maschinenkonzepte umzusetzen.

Die einfache Verkabelung der Antriebe erleichtert es, modulare Maschinenkonzepte umzusetzen.AMK

In der Produktion der Medizinprodukte von Lohmann&Rauscher kommt es häufig auf ähnliche Prozessschritte an. „Es geht darum bahnförmige Materialien übereinander zu legen, zu stanzen, zu schneiden, zu siegeln und zu verpacken“, berichtet Frank Kaufmann, Leiter Elektrotechnik bei dem Medizinprodukte-Hersteller. Daher bietet es sich an, die einzelnen Prozessschritte als separate, komplette Module mit Antrieb, Funktion und Programmierung zu konzipieren, um daraus jederzeit eine neue Maschine zusammenzubauen. Die Hardware einer neuen Anlage wird dann je nach Anzahl der erforderlichen Prozesse und deren Reihenfolge konfiguriert.

Dieses modulare Konzept ist auch unter einem anderen Aspekt wichtig: Es ermöglicht den flexiblen Umbau von bestehenden Anlagen, zum Beispiel wenn Produktionsschritte geändert werden. Durch den flexiblen Aufbau ist das Umrüsten, Erweitern oder Verkleinern schnell und einfach zu bewältigen. „Unsere Vorstellung war es, dass wir nur noch die einzelnen Module einzustecken brauchen und die Produktionssoftware weiß dann sofort wo das neue Modul sitzt und was es tun soll“, umreißt Kaufmann die Ziele. Ein solches modulares Gefüge senkt Planungs- und Projektierungsaufwand. Denn je schneller dies geschieht, umso schneller kann die Anlage wieder das tun, wozu sie da ist: produzieren. Diese Ziele lassen sich aber nur mit dezentraler Antriebstechnik verwirklichen, da sie der einzige Weg ist, einzelne Maschinenmodule als autarke Einheiten zu konstruieren. Um dies zu realisieren, braucht der Maschinenbauer einen Partner mit entsprechender Produktpalette und Erfahrung. „Mit AMK haben wir einen Partner gefunden, der uns ein durchgängiges Produktportfolio in Sachen dezentraler Antriebstechnik bieten konnte“, erklärt der Leiter Elektrotechnik. „Neben den technologischen Aspekten kam uns auch die Unternehmensgröße mit stets verfügbaren Ansprechpartnern sehr entgegen.“

Flexible Antriebslösung beschleunigt Anlagenkonzeption

Durch den Einbau direkt in der Maschine verringert sich der Platzbedarf der einzelnen Module und auch der übergeordnete Schaltschrank fällt kleiner aus.

Durch den Einbau direkt in der Maschine verringert sich der Platzbedarf der einzelnen Module und auch der übergeordnete Schaltschrank fällt kleiner aus.AMK

Für die einzelnen Module setzt Lohmann&Rauscher dezentrale AMK-Antriebe aus der Baureihe Amkasmart ein. Die Motoren mit integriertem Servowechselrichter iDT5 werden direkt in der Maschine verbaut und benötigen weder Schaltschrank noch Verteilerbox. Dadurch verringert sich der Platzbedarf der einzelnen Module und auch der übergeordnete Schaltschrank fällt kleiner aus. „Wir verwenden ein Standardgestell bei dem sich die Module baulich leicht einfügen lassen. Zusammen mit den flexiblen Komponenten von AMK und den Prozessmodulen kommen wir so relativ schnell zu einer neuen Maschine und damit in die Produktion“, freut sich Frank Kaufmann.

Da alle dezentralen Antriebe über den Zwischenkreis versorgt werden, befinden sich im übergeordneten Schaltschrank nur die Einspeisemodule.

Da alle dezentralen Antriebe über den Zwischenkreis versorgt werden, befinden sich im übergeordneten Schaltschrank nur die Einspeisemodule.AMK

Zur Verkabelung müssen nur das Feldbus- und Leistungskabel an die Antriebseinheit geführt werden. Die Kabel werden dann von einem Servowechselrichter zum nächsten weitergeschleift. Da der CAN-Bus was die Bewältigung großer Datenmengen und Zykluszeiten angeht, nur eine begrenzte Leistungsfähigkeit hat, ist das Unternehmen bei der Anlagenkommunikation zu Ethercat gewechselt. Das arbeitet in Echtzeit und bewältigt kurze Zykluszeiten. Weitere Feldbuskomponenten lassen sich jederzeit und überall in die Maschine integrieren, was ebenfalls den Forderungen nach flexiblem Umbau und Erweiterung der Anlagen entgegenkommt. Aufgrund der einfachen Verkabelung können die Ingenieure die einzelnen Maschinenmodule separat testen. Das erleichtert und verkürzt die Inbetriebnahme. Weil alle dezentralen Antriebe über einen Zwischenkreis versorgt werden, befinden sich im übergeordneten Schaltschrank nur noch die Einspeisemodule der Serie Amkasyn KE für die Ein- und Rückspeisung. Die Einspeisemodule besitzen eine hohe Leistungsdichte, bieten eine block- oder sinusförmige Netzrückspeisung und überwachen Übertemperatur, Netzausfall, Netzstrom, Kurzschluss, Bremswiderstand, Überspannung im Zwischenkreis und Steuerungs-Hauptschütz.

Auch wenn eine Maschine aus einzelnen Modulen besteht, muss sie dennoch aus einem Guss sein. Darum verzichtet Lohmann&Rauscher auf einen Systemmix und kauft alle Automatisierungskomponenten von einem Hersteller. Bei der Steuerung wählte das Unternehmen die Maschinensteuerung Amkamac A5 mit Motion Control, PLC und Visualisierung. Herz der Steuerung ist ein Intel-Atom-Prozessor mit 1,1 GHz. Um die Steuerung einfach einbinden zu können, besitzt sie analoge Eingänge und digitale Ein- und Ausgänge.

Einfach aber vielfältig programmieren

Die Software zur Konfiguration, Visualisierung, Inbetriebnahme und Diagnose liefert das Engineering Tool Aipex Pro. Basis hierfür ist die Programmierplattform Codesys. Die Parametrierung der Antriebe, die Konfiguration des Feldbusses und alle anderen Arbeiten werden aus den PLC-Funktionen abgeleitet und automatisch ausgeführt. Um die PLC-Programme schnell umsetzen zu können, stehen eine AMK-PLC-Motion-Bibliothek und branchenspezifische Technologiebausteine zur Verfügung, zum Beispiel für die Ansteuerung eines Wicklers. Mit der  Visualisierung bietet das System eine einfache und effiziente Darstellung der Applikation am Bedienterminal. Lohmann&Rauscher konnte die entsprechende Programmier-Kompetenz schnell im eigenen Haus aufbauen und erledigt mittlerweile alle Programmierarbeiten selbst.

In der Zukunft will das Unternehmen Qt zur Visualisierung einsetzen: Diese C++-Klassenbibliothek bietet eine grafische Benutzeroberfläche für das Programmieren der Steuerung. Für das Erstellen der Visualisierung gibt es graphische Elemente in modernem Design, zum Beispiel Farbverläufe in Buttons, 3D-Elemente oder anpassbare Bedienfelder. Außerdem reagiert die  Benutzeroberfläche schnell auf Eingaben. Über Qt können Anwender auf die integrierte SQlite-Datenbank zugreifen, um beispielsweise Produktionsdaten aufzuzeichnen oder Rezepturen zu verwalten. Über das hauseigene System können die Mitarbeiter die Anlagen außerdem vom Büro aus überwachen, Fehleranalysen erstellen und sich auf die entsprechende Maschine einloggen. Seit Neuestem kann die SPS-Programmieroberfläche Codesys auch mit Qt zusammenarbeiten und in Echtzeit Daten austauschen.