03.09.2014

Integration von Servoverstärkern bei Verpackungsmaschinen

Integrierte Automatisierungstechnik

Mitsubishi Electric ist einer der weltweiten Marktführer bei den drei wichtigsten Anwendungsbereichen von Servoverstärkern in der industriellen Automatisierung: Robotertechnik, CNC-Steuerungen und allgemeine Motion Control. In Kombination mit einem einzigartigen Service ermöglicht dies die Entwicklung von Maschinen und Systemen in höchster Qualität - wie das Beispiel einer Verpackungsmaschine zeigt.


Bild 1: Der Verpackungsmaschinenhersteller PKS entwickelt Endverpackungslösungen, die die aktuellen Marktanforderungen erfüllen.
Bild: Mitsubishi Electric Europe B.V.

Sämtliche Technologien lassen sich nahtlos auf einer einzigen Steuerungsplattform integrieren: der Melsec iQ Platform. Die Plattform kombiniert eine SPS-CPU mit einer Roboter-CPU und einer Motion-CPU sowie einem MES-IT-Modul, für die direkte Anbindung an Systeme der übergeordneten Managementebene. So werden einfache, eigenständige Steuerungskomponenten zu vollständig integrierten Systemen mit synchronisierten Abfragezyklen. Zu den neuesten Produkten auf dem Markt zählen die Servoverstärker der MR-J4 Serie mit passenden Servomotoren. Sie verfügen über zahlreiche Features, wie einen eingebauten Absolut-Encoder mit einer Auflösung von 22Bit, einen Durchlassbereich von 2,5kHz sowie einen doppelten Filter zur Vibrationsunterdrückung. Damit können Maschinenhersteller Anlagen entwickeln, die mit reduzierten Stellzeiten und kürzeren Zykluszeiten die Produktionsanforderungen ihrer Kunden erfüllen. Eine weitere Herausforderung besteht heute in der Erhöhung der Produktionsflexibilität, für die eine immer größere Anzahl an Achsen gesteuert werden muss. Dafür verwendet Mitsubishi Electric einen zweifachen optischen Glasfaser-Bus mit einer Datentransferrate von 150Mbit/s. Dieser vereinfacht das Anschlussschema sowie die Inbetriebnahme und ermöglicht eine Mehrachsen-Steuerung in synchronisierten Maschinen mit bis zu 96 Achsen mittels der Q173DS-Controller.

Innovation bei Verpackungsmaschinen

Zum Beispiel entwickelt der spanische Hersteller von Verpackungsmaschinen, Packaging del Sur (PKS), Endverpackungsanlagen, die den aktuellen Marktanforderungen entsprechen. Zehn Jahre nach der Gründung gilt PKS als renommiertes Unternehmen, dessen konstante Innovationen im Bereich der Fertigungslinien passgenaue Lösungen auf die vielfältigen Kundenanforderungen bieten. Damit hält PKS Schritt mit den sich stets verändernden Marktbedingungen, die kontinuierlich Neuentwicklungen im Produkt- und Verpackungsbereich erfordern. Davon sind nicht nur die Primärverpackungen betroffen, sondern auch das vielleicht sogar noch relevantere Geschäft der Sekundärverpackungen und Palettierung. PKS fertigt schlüsselfertige Systeme einschließlich Verpackungsautomaten, Pack- und Kartonförderer, Umflaufsysteme mit und ohne Druck, Verpacker, Tray-Füller, Wrap-Around-Füller, Mosaik-Former, Palettierer, Palettenfördervorrichtungen sowie Palettenförderanlagen und -Aufzüge. Antonio Corpas, General Manager von Packaging Del Sur S.L. sagt:"Ein Schlüssel unseres Erfolgs ist die Integration fortschrittlicher Servosysteme von Mitsubishi Electric, mit denen unsere Maschinen zuverlässig, flexibel und schnell produzieren."

Hohe Zuverlässigkeit

Aus Innovationssicht ist Flexibilität von größter Bedeutung, da sie jeden Entwicklungsaspekt der Maschine beeinflusst, sowohl bei der Hardware als auch auf der Software-Seite. Beispielsweise arbeitet die Kartoneinschlaganlage IBER60C von PKS mit insgesamt 16 Mitsubishi Electric Servomotoren mit Winkelplanetengetrieben. Diese steuern den gesamten Prozess von der Trennung der Zufuhrlinien und dem Aufnehmen der Produkte bis zum Einfüllen der Kartons und dem Falten eines Deckels oder dem optionalen Einschlagen. Dank einer Formulareingabe auf dem integrierten 10,4" großen Touch-Screen kann der Anwender die verschiedenen Maschinenformate steuern. Die Einstellungen lassen sich sogar im laufenden Betrieb anpassen und speichern, wie eine Entkoppelung einer bestimmten Achse, ohne die Maschine dafür zu stoppen oder zu entleeren. Bei der Entwicklung der Maschine hat PKS verschiedenste Verpackungsformate berücksichtigt, angefangen bei den 3x2er-1l-Kartons bis zu halben Paletten-Trays (800x600mm) mit 185mm Klappen. PKS kann außerdem existierende Kundenmaschinen umrüsten, sodass beispielsweise aus einem reinen Tray-Packer ein Wrap-Around-Packer wird, der niedrige und hohe Trays, offene Kartons, offene Kartons mit Deckel und Wrap-Around-Kartons befüllen kann. Es können auch Schrumpffolien- und Schrumpftunnelmodule integriert werden, um die Anlage zu einer 'Combi'-Version zu konfigurieren. Ebenso möglich ist eine gestaffelte Gruppierung auf offenen Trays mit hoher Fertigungsrate.

Geschwindigkeit und Produktivität

Die Geschwindigkeit einer Anlage wird durch ihre Fertigungskapazität bestimmt. Dies bedeutet natürlich eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit, aber auch eine schnelle Umrüstzeit von einem Produkt zum nächsten. PKS hat beide Faktoren auf einem hohen Niveau optimiert und betont, dass sich die tatsächlichen Anlagenkosten aus dem Preis und der Produktivität zusammensetzen. Mathematisch ausgedrückt hat der Einsatz von Technologien zur Motorsteuerung einen sehr großen Einfluss auf den Nenner, nicht so sehr auf den Zähler. In der Praxis unterscheiden sich also die Kosten für einen Verpackungsautomat, der 30 Kisten pro Minute schafft, kaum von einem, der auf 60 Kisten in der Minute ausgelegt ist. Das Palettier-System Alco Pal F von PKS besteht aus einem Mosaik-Gruppierer mit acht Servomotoren von Mitsubishi Electric und einer Handling-Kapazität von 90 Einheiten pro Minute. Der Gruppierer kann jede Packungseinheit als Funktion der Mosaik-Schicht bewegen und drehen, während er das Produkt mit einem elektronischen Synchronkupplungssystem begleitet. Anschließend folgt der Palettierer, der sieben Servomotoren besitzt und bis zu acht Schichten pro Minute verarbeiten kann. Mit diesen Angaben lässt sich die Fertigungsrate der Linie bestimmen, aber was ist mit den Auswirkungen der Umrüstzeiten auf verschiedene Formate? Bei vielen Anlagen führt dies zu erheblichen Stillstandzeiten und beeinflusst die Gesamtproduktivität. Im Gegensatz dazu können PKS-Maschinen einfach vom Bedienpanel aus umgerüstet werden.

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