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Verpackungsmaschinen führen meist mehrere Schritte gleichzeitig aus und benötigen dafür entsprechend viele Achsen.

Verpackungsmaschinen führen meist mehrere Schritte gleichzeitig aus und benötigen dafür entsprechend viele Achsen.Yaskawa

Ein Blick ins Supermarktregal reicht aus, um die aktuellen Herausforderungen im Maschinenbau abschätzen zu können: Noch nie war die Vielfalt an Produkten und Verpackungen größer als heute. Und nie mussten Maschinen so viele verschiedene Produkte in immer kürzeren Innovationszyklen produzieren. Was bei diesem Beispiel für die Prozess- und die Verpackungsindustrie gilt, trifft auch auf viele andere Branchen zu: Die Bewegungen und Abläufe werden immer komplexer. Gleichzeitig müssen Unternehmen ihre Maschinen flexibel, schnell und kostengünstig auf neue Produktionsanforderungen umstellen können. Möglich ist dies durch den zunehmenden Einsatz von Elektronik und durch immer leistungsfähigere Steuerungssysteme.

Tausendsassa

Als Herzstück der Maschine müssen moderne Motion Controller heute zwei Funktionen parallel abdecken: Sie ermöglichen zum einen die Bewegungsabläufe aller Antriebe, zum anderen erfüllen sie, quasi nebenbei, auch die Funktion einer klassischen SPS. Es ist nachvollziehbar, dass diese zweifache Belastung viel Rechenleistung beansprucht. Dies gilt umso mehr, wenn in der Maschine nicht nur einige wenige, sondern 30 und mehr Achsen aktiv sein sollen.

Vor diesem Hintergrund hat Yaskawa sein Portfolio an Maschinensteuerungen um die Serie MP3000 erweitert und stellt nun mit der MP3200iec das erste Modell vor. Diese Steuerung für hochkomplexe Maschinen mit bis zu 62 synchronisiert angetriebenen Achsen lässt sich nach EN/IEC 61131-3 programmieren.

Die Motion Controller der MP3000-Familie können 62 Achsen steuern.

Die Motion Controller der MP3000-Familie können 62 Achsen steuern.Yaskawa

Wie die bestehenden Geräte des MP-Portfolios vereinen auch die All-in-one-Maschinensteuerungen der neuen MP3000-Reihe auf einer Plattform alle für den Maschinenprozess notwendigen Funktionen wie Motion Control, SPS-Funktion­alität, Ein- und Ausgänge sowie sequenzielle Logik und Prozess-Algorithmen. Ihre Integration in die Steuerung senkt die Systemkosten, erhöht die Leistung, verringert den erforderlichen Platz im Schaltschrank und vereinheitlicht den Programmierprozess. Die Kommunikation zu übergeordneten Systemen erfolgt über das Standard-Ethernet/IP- und das Ethernet Modbus-TCP-Protokoll.

Für gleichmäßige Bewegungen

Eine hohe Leistungsfähigkeit der Steuerung stand bei der Entwicklung der MP3000-Reihe besonders im Fokus. Das stellt sicher, dass auch bei fließenden Kurvenbewegungen und hohen Taktzahlen, die sehr viel Prozessorleistung zur Bewegungssteuerung erfordern, noch ausreichend Rechenleistung für die SPS-Funk­tionalitäten zur Verfügung steht. Die Performanz kann sich gleichmäßig verteilen, also zu jeweils ca. 50 %, auf den Anteil der Achs-Ansteuerung und auf die SPS-Funktionalität.

Herkömmliche Lösungen mit geringerer Leistungsfähigkeit können nur wenige Achsen ansteuern, damit die Rechenleistung für die Bewegungssteuerungen nicht die Gesamt-Leistungsfähigkeit beeinträchtigt. Die Leistung der aktuellen Maschinensteuerung ermöglicht es hingegen, bis zu 62 synchron beziehungsweise bis zu 32 linear interpolierend angetriebene Achsen zu steuern, was heutzutage gängigen Anforderungen entspricht. Dabei unterstützt die Steuerung diverse Funktionen wie elektronische Getriebe und Kurvenscheiben. Die Datenkommunikation zwischen den Maschinensteuerungen und den Servoantrieben erfolgt über die Echtzeit-Ethernet-Schnittstelle Mechatrolink-III von Yaskawa mit Übertragungsraten bis zu 100 Mbit/s und einem möglichen Kommunikationszyklus von 125 μs. Außerdem ist die Schnittstelle robust gegenüber Störeinflüssen und kann im Vergleich zu anderen Echtzeit-Ethernet-Schnittstellen Übertragungsfehler erfassen und im gleichen Zyklus automatisch erneut senden.

Einfach programmieren

Die Programmierung der MP3000-Geräte gelingt einfach, schnell und übersichtlich. Die Voraussetzung dafür schafft die Software Motion-Works IEC. Sie stellt sicher, dass sich Programme vorhersagbar verhalten und ausführen lassen. Die Software entspricht der Norm IEC 61131-3 und erleichtert das Programmieren durch PLCopen-Funktionsbausteine zusätzlich. Der Hersteller hat die Motion-Control-Schnittstelle PLCopen-konform entwickelt und gleichzeitig bewährten Bewegungsalgorithmen aus Vorgängerversionen beibehalten.

Zusätzlich beinhaltet die Yaskawa Toolbox Vorlagen in Form von Informationen und Formaten, mit denen der Anwender eigene Funktionsblöcke erstellen kann. Andere spezielle Funktionen, die der Hersteller entwickelt hat, werden periodisch zu dieser Toolbox hinzugefügt. Außerdem bietet sie für typische, immer wiederkehrende Aufgaben vordefinierte Software-Bausteine, zum Beispiel für die Umsetzung einer Zweiachs-Delta-Kinematik. Das spart dem Maschinenbauer zusätzliche Hardware, senkt die Software-Entwicklungskosten und verkürzt die Zeitspanne bis zur Marktreife einer Maschine. Die Programmierung in Motion-Works IEC erfolgt nach der interna­tionalen Norm IEC61131, auf dem auch die Europäische Norm EN 61131 basiert.

Hauptsache komplex

Mit ihrer Fähigkeit, komplexe Anlagen mit vielen Achsen und differenzierten Bewegungsabläufen zu steuern, ermöglicht die MP3000-Reihe die Realisierung von Maschinen in anspruchsvollen Produk­tionsumgebungen. Dies trifft in besonderem Maß auf Verpackungsmaschinen zu. Sie führen meist mehrere Schritte gleichzeitig aus und benötigen dafür entsprechend viele Achsen. In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie koordiniert die Steuerung komplexe Systeme mit Achsen im Verbund, was etwa hohe Geschwindigkeit bei gleichzeitiger Präzision erfordert. Weitere Anwendungsbeispiele finden sich in der Elektronik- und Leiterplatten-Fertigung oder bei der Konfektion von Solarzellen. Aber auch in der Handhabungs- und Montagetechnik, in der Pharmaindustrie bei Blisterpackern und in der Prozessindustrie entfalten die Maschinensteuerungen ihr Potenzial. So lassen sich damit beispielsweise Verpackungsprozesse mit bis zu 62 Achsen handhaben. Die Steuerung als auch die Antriebskomponenten bleiben dabei vergleichsweise kompakt.

Manfred Niedoba

ist Produktmanager Motion Control in der Drives & Motion Division der Yaskawa Europe GmbH in Eschborn.

(dl)

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