Modularer Softwarebaukasten: Inbetriebnahme in eineinhalb statt früher fünf Wochen Maschinen schneller beim Kunden

Modularer Softwarebaukasten: Inbetriebnahme in eineinhalb statt früher fünf Wochen

Maschinen schneller beim Kunden

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Eine zentrale Steuerung mit passenden Servoreglern, dazu der schnelle Motion-Bus und das Ganze aus einem Guss projektiert mit Softwaremodulen aus dem Baukasten. Mit Technologie von Lenze kann der Spezialist für Wickel-, Schneid- und Kaschieranlagen HSM seine Maschinen viel schneller in Betrieb nehmen.

Dauerte eine Inbetriebnahme nach dem mechanischen Aufbau in der Vergangenheit noch fünf Wochen, ist das HSM-Team heute innerhalb von eineinhalb Wochen fertig. Für das auf Wickel-, Schneid- und Kaschieranlagen spezialisierte Unternehmen bedeutet der erhebliche Zeitgewinn spürbare Vorteile, die sich für Maschinenbauer wie Endkunden gleichermaßen rechnen.

Das kompakte Zentrum der Antriebs- und Steuerungstechnik bildet dabei der in den Sprachen der IEC 61131-3 frei programmierbare Controller C3200 von Lenze. Die Steuerung vereint als integrierte Lösung SPS, Bahnführung, Antriebsregelung und Visualisierung unter einem Dach.
HSM kennt sich als Systemanbieter für die Verarbeitung bahnförmiger Materialien gut darin aus, wie zugempfindliche Materialien kantengenau mit den richtigen Drehmomenten ab- und wieder aufzuwickeln sind. Genau hier, bei der Motion-Control-Funktion Wickeln, greift das neue Antriebs- und Steuerungskonzept des Maschinenbauers, das unter anderem dafür sorgt, dass das Regelungsverhalten aller Motoren innerhalb der Maschine zueinander exakt ist.
Hierbei gilt, dass gerade die Verarbeitung aufgeschäumter Materialien, die auf eine Trägerbahn mit Klebstoff kaschiert werden, keinen Spielraum bei den Zugkräften einräumt. „Während wir bei einigen Produkten nur mit minimalem Zug arbeiten, werden andere Materialien wiederum sehr hart mit hohen Momenten gewickelt – und dies auf derselben Maschine“, fasst HSM-Geschäftsführer Michael Grohmann zusammen.
Flexible Regelung
Geregelt wird das Ganze über trägheitsarme Tänzer, die von Zylindern gehalten werden und daher kein Eigengewicht auf die Bahn übertragen. Ein zweiter Weg erfolgt über die Durchmessersteuerung. „Welche Regelungsart die beste ist, entscheidet der Prozess.“ Die Lenze-Steuerungstechnik lässt es sogar zu, während der laufenden Produktion zwischen den Regelungsarten umzuschalten.
Bei der Konzeption seiner Maschinenlösungen hat es HSM mit zwei unterschiedlichen Anwendungen zu tun. Zum einen gibt es Anlagen, die immer das gleiche Produkt fahren – mit Geschwindigkeiten, die durchaus 700 bis 800 Meter in der Minute betragen können. Zum anderen stellt das Unternehmen Lösungen her, die auf maximale Flexibilität ausgelegt sind: „Hier kommt es weniger auf die Geschwindigkeit an als vielmehr darauf, ob ich ein Produkt aufgrund besonderer Eigenschaften überhaupt herstellen kann.“
Und gerade hier zählt HSM zu den Innovationstreibern in einem Markt, der von Kurzlebigkeit geprägt ist. Ein Beispiel sind Hersteller von Dekorpapieren und -folien für Möbel und Fußböden, die immer weniger Materialien auf Lager produzieren, sondern erst im Anschluss an konkrete Bestellungen Fertigungsaufträge auslösen. Dieser Aspekt hat sogar Auswirkungen bei Maschinenbauern wie HSM, weil die notwendigen Produktionsmittel immer später geordert werden, um das Risiko von Fehlinvestitionen zu begrenzen.
Der Effekt: Steigt die Zahl der Bestellungen, weil eine Serie im Markt gut ankommt, muss HSM schnell sein bei Entwicklung, Engineering und Inbetriebnahme der notwendigen Maschine. Diese Herausforderung gab letztlich auch den Ausschlag, dass sich das Unternehmen auf die Suche nach einem neuen Antriebs- und Steuerungskonzept machte.
Runter mit der Komponentenzahl
Das durchgängige Antriebs- und Steuerungskonzept reduziert einerseits die Anzahl an Komponenten. Andererseits ist es damit möglich, Maschinenszenarien durch virtuelle Achsen parallel zum mechanischen Aufbau einer Anlage zu simulieren und zu testen. So gehen die Mitarbeiter mit einer fertig programmierten Steuerung sowie ebenfalls fertig parametrierten – und damit einbaufertigen – Antriebsachsen in die Inbetriebnahme. Hierbei gehört es durchaus zum gewohnten Bild, dass Regler samt Motoren auf dem Arbeitstisch liegen, weil die Maschine mechanisch noch nicht fertig ist. Gleiches gilt für die Visualisierung. Grohmann: „Das geht komfortabel vom Schreibtisch aus.“
Robert Kohne, Abteilungsleiter Elektronik & SPS-Programmierung bei HSM, schätzt an der Lenze-Lösung, „dass das System dabei hilft, Zeit zu sparen“ – und das obwohl die HSM-Anlagen funktional durchaus komplex sind. So anspruchsvoll die Motion Control letztlich ausfällt, realisiert ist sie doch mit einer in sich schlanken Antriebs- und Automatisierungsstruktur.
Auf der Aktorebene setzt HSM Servogetriebemotoren ein. Die Regelung übernehmen die i700 Servoumrichter, die für genau die koordinierten Mehrachsanwendungen konzipiert sind und in der Kaschieranlage auch als Doppelachsen zum Einsatz kommen. Als Steuerungskopf greifen die Ostwestfalen zur Steuerung C3200. Die zentrale Recheneinheit übernimmt sowohl die SPS-Funktionalität als auch die komplette Motion Control sowie die Kommunikation zur Visualisierung.
Als einziges Kommunikationsmedium zieht sich mit Ethercat ein leistungsstarkes Echtzeit-Bussystem durch die Maschine. Der Aufbau zeigt eindrucksvoll, mit wie wenig Komponenten HSM seine Anlagen heute baut. Äußerst schlank präsentiert sich ebenfalls die Programmierung, weil die HSM-Programmierer für Standardaufgaben auf vorbereitete Funktionen innerhalb der Lenze Application Software Toolbox Fast zurückgreifen können. „Indem wir vorbereitete Bausteine verwenden, müssen wir nicht jedes Mal wieder bei null anfangen zu programmieren.“
Infolge der gewonnenen Erfahrungen hat Kohne damit begonnen, die Denkweise von Lenze auf die eigene Maschinenentwicklung zu übertragen. Es geht hierbei um vorbereitete Funktionen, die sich ganz im Sinne der Mechatronik aus Mechanik, Elektronik und Software modular zusammensetzen. Dadurch brauchen die Programmierer nur noch sechs Minuten, um einen Antrieb in Betrieb zu nehmen. „Wir haben uns grundlegende Gedanken darüber gemacht, wie unsere Maschinenentwicklung künftig effizienter wird – und sparen heute enorm viel Zeit.“
Zugegeben: Das Unternehmen musste dafür anfänglich die gewohnte Komfortzone verlassen und einen Systemwechsel vollziehen. Daraus erwächst schließlich auf einfache Weise neuer Freiraum für nachhaltige Optimierungen der Maschinen – was letztlich den Unternehmenserfolg steigert. „Ich konnte bisher jeden Kunden von den Vorteilen der neuen Lenze-Technologie überzeugen“, sagt Kohne angesichts der gängigen Praxis, dass Kunden häufig die Steuerungssysteme großer Hersteller vorschreiben.
Chef testet ohne Anleitung
„Ich muss eine Maschine ohne dicke Anleitungsbücher bedienen können“, legt Grohmann die eigene Messlatte hoch. Deshalb zählen für ihn Benutzerführung und Visualisierung zum A und O. „Bevor der Kunde zur Abnahme kommt, prüfe ich die Anlage deshalb mit dem Blick eines Anwenders.“ HSM verfolgt das Ziel, bei neuen Maschinenentwicklungen die Erfahrungen der Bediener auf Kundenseite umfassend zu integrieren. „Das sind in der Regel besondere Ansprüche, weil jeder Kunde unterschiedlich arbeitet. Deshalb nutzen wir auch eine dreidimensionale Planung und gehen mit dem Kunden virtuell alles durch, bevor es dann an den realen Maschinenbau geht.“
Vergleichbares gelte für die Visualisierung – die zwar nach außen immer anders aussieht, im Inneren jedoch aus standardisierten Softwaremodulen besteht. „Unser Ziel ist es, die gesamte Verfahrenstechnik zu modularisieren, um noch mehr Tempo in die Projekte zu bekommen.“ ↓
Lenze SE
Autor: Andre Poerting, Applikationsingenieur, LenzeSE
„Wir haben uns grundlegende Gedanken darüber gemacht, wie unsere Maschinenentwicklung künftig effizienter wird – und sparen heute enorm viel Zeit.“ Robert Kohne, HSM
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