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| Kompakt-PC steuert Schokomassen-Dosiermaschine | | Auf der Schokoladenseite
| In den Dosiermaschinen von Bühler Bindler übernimmt künftig ein innovativer Kompakt-PC alle für das Vergießen flüssiger Schokomassen erforderliche PC- und PLC-Funktionalität. Das kostenoptimierte Industriegerät koordiniert bis zu fünf intelligente Antriebe und bildet zugleich das rechnende Rückgrat eines grafischen Artikelgenerators, der die Produkt- und Prozessoptimierung wesentlich erleichtert. Weitere Argumente für den neuen Ansatz waren die Durchgängigkeit, Verfügbarkeit und Investitionssicherheit der Gesamtlösung.
Mit rund 140 Mitarbeitern entwickelt und fertigt die Bühler Bindler GmbH aus Bergneustadt im Oberbergischen Kreis kundenspezifische Anlagen zur Herstellung massiver und gefüllter Schokoladeprodukte für namhafte Kunden weltweit. Das Unternehmen gehört zur global agierenden Bühler-Gruppe (Schweiz), bekannt für effiziente Produktionssysteme, Engineeringlösungen und darauf ausgerichtete Dienstleistungen für die Nahrungsmittelindustrie, Chemie- und Druckgusstechnik. Bühler Schokolade hat sich auf die Bereiche Schokoladen , Automatisierungs , Nahrungsmittel- und Prozesstechnik spezialisiert und deckt mit den Anlagen und Maschinen der Firmen Bühler, Frisse und Bühler Bindler sämtliche Verfahrens- und Produktionsschritte von der schonenden Aufbereitung der Schokolade-Rohstoffe bis zu deren rationellen Verarbeitung zum Endprodukt ab.
Herzstück jeder Gießlinie ist die Dosiermaschine, die flüssige Schokolade aus einem Massebehälter für Massivguss- bzw. im so genannten One-Shot-Verfahren für gefüllte Artikel über ein System aus Kolben und Düsen exakt und wiederholgenau in Mehrfachformen aus Kunststoff dosiert. Auf einer nachfolgenden Kühlstrecke erstarrt die Schokolade soweit, dass die Artikel ausgeformt und weiterverarbeitet bzw. verpackt werden können.
Mit einer individuell angepassten Anzahl gesteuerter Achsen für den Gießkopf ist auch die neueste Dosiermaschine von Bühler Bindler, die VersiShot, konsequent modular und flexibel erweiterungsfähig konzipiert. In welche Richtungen (X, Y, Z) der Gießkopf verfahren werden kann, entscheidet allein das Artikelspektrum des Anwenders. Bei Bedarf lässt sich die Gießkopfbewegung über einen zusätzlichen externen Geber auch mit einem Transportband synchronisieren. Zu den drei Servoantrieben für die Hauptachsen kommen zwei weitere für die Dosierkolben, so dass im Endausbau fünf Achsen koordiniert zueinander verfahrbar sind.
Totally Integrated Automation aus einer Hand
Die Bergneustädter haben auch an komplexen Gießanlagen mit bis zu 70 Achsen die konventionelle Königswelle längst ausrangiert und durch ein flexibles Konzept einzelner, elektronisch gekoppelter Antriebe ersetzt. Ein weiterer Innovationssprung wurde jetzt mit dem Ersteinsatz der jüngsten Antriebsfamilie Sinamics S120 in Verbindung mit dem in die Antriebstechnik integrierten Motion Control System Simotion D435 (Drive based) und Siemens-Servomotoren der Baureihe 1FK70 mit "Drive-Cliq"-Schnittstelle vollzogen. Nicht weniger innovativ ist das modulare Steuerungskonzept der Maschinen, basierend auf einem besonders kompakt bauenden und exakt für die Anwendung passenden Simatic Microbox PC 420.
Die Automatisierungstechnik des Branchenführers gilt schon seit Jahren als Quasi-Standard für Antriebs , SPS- sowie HMI-Aufgaben bei Bühler Bindler. Als Hauptgründe für diese Präferenz nennt Automationsingenieur Karl-Jürgen Kasemann die weltweite Verfügbarkeit und Akzeptanz der Marke, die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Produkte und nicht zuletzt die den Engineeringaufwand reduzierende Durchgängigkeit bei der Projektierung und Programmierung, Datenhaltung und Kommunikation. Hinzu komme die gute Unterstützung durch den lokalen Vertrieb ebenso wie durch die Spezialisten des Siemens Competence Center in Köln.
"Durch den intensiven und offenen Meinungsaustausch mit dem Kunden wissen wir, wo der Hebel gezielt angesetzt werden kann, um Kosten zu sparen bzw. Produktivität, Qualität oder Verfügbarkeit der Anlagen weiter zu steigern" so Siemens-Vertriebsingenieur Reinhold Patz. Mit diesen Zielen wurde auch das Automatisierungsprojekt "Dosiermaschine" vom Start weg gemeinschaftlich angegangen und umgesetzt.
Eine der Kernforderungen des Maschinenherstellers an das Steuerungskonzept war die nahtlose Integration des parallel zur Dosiermaschine entwickelten "Artikelgenerators" in das Steuerungssystem. Das komfortable 3D-Softwaretool vereinfacht das Einrichten und Umstellen der Dosiermaschine und führt weitgehend grafisch zur optimalen Einstellung für ein bestimmtes Endprodukt.
Statt sich um maschinennahe Parameter zu kümmern, erstellt oder wählt der Bediener aus den projektierten Möglichkeiten die gewünschte Produktform und legt deren Abmessungen, das Gießverfahren sowie die Anzahl der zu füllenden Formen fest. Das Programm erzeugt daraus alle notwendigen Prozessparameter wie Dosierhübe, Verfahrwege und Geschwindigkeiten. Das fertige Rezept wird gespeichert und steht dann natürlich auch als Ausgangsbasis für weitere oder modifizierte Artikel zur Verfügung.
PC-basiert komfortabel
Damit lag eine PC-basierte Steuerung nahe, für die es jedoch eine möglichst kostengünstige und offene Lösung zu finden galt. Die Wahl fiel schnell auf den neuen Simatic Microbox PC 420. Das besonders kompakte Gerät ist variabel in der Ausstattung, Performance und damit auch kostenoptimal für die jeweilige Anwendung. Als Simatic PC-Produkt fügt es sich nahtlos in das Konzept von Totally Integrated Automation und ist voll kompatibel zu den PC-basierten SPS-Varianten Simatic WinAC.
Zur Kommunikation nutzt der Microbox PC die vielfältigen Möglichkeiten von Profibus und Industrial Ethernet, wie sie das Simatic Net-Spektrum bietet. So zum Beispiel auch die Anbindung über Simatic Net OPC-Server an Office- und übergeordnete ERP-Systeme wie SAP, die in der Süßwarenbranche immer größere Bedeutung erlangen. Als Bediengerät kommt in der Standardausführung der VersiShot ein LCD-Monitor mit Touchdisplay vom Typ SCD1297 ET zum Einsatz.
Ein wichtiges Kriterium bei der Wahl des Microbox PC 420 ist die Möglichkeit der kompakten Montage im Verbund mit dezentralen Peripheriegeräten der Baureihe Simatic ET 200M auf Standardhutschienen im Schaltschrank. Auch bei der Wandmontage schützt das robuste Ganzmetallgehäuse das elektronische Innenleben vor elektromagnetischen und anderen äußeren Einflüssen, wie Temperaturen bis 50°C oder erhöhte Vibrations- und Schockbelastung, die im maschinennahen Umfeld auch gebündelt auftreten können. Alle Komponenten sind für lüfterloses Arbeiten rund um die Uhr ausgelegt. Eine 24V-Stromversorgung mit Potenzialtrennung überbrückt bis zu 15 ms lange Netzausfälle zuverlässig.
Mit dem Ziel höchster Service- und Wartungsfreundlichkeit sind Erweiterungssteckkarten, Batterie, SDRAM sowie Compact-Flash-Karten (CF) so platziert, dass sie bei eingebautem Microbox PC gewechselt werden können. Für den Fall, dass einmal das komplette Gerät getauscht werden müsste, hilft die CF-Karte, die dafür erforderliche Stillstandzeit zu minimieren, da nach dem Umstecken nicht nur das SPS-Programm, sondern auch alle abgespeicherten Daten und Rezepturen sofort wieder verfügbar sind.
Funktionalität nach Maß
Der CF-Speicher und das Betriebssystem Windows XP Embedded (XPe) sind außerdem die Grundlage für den festplattenlosen Aufbau des Microbox PC 420, der dessen dauerhaft störungsfreien Betrieb vor allem bei höheren Temperaturen und stärkerer Rüttel- oder Schockbelastung gewährleistet. Je nach Ausbaustufe der Dosieranwendung von Bühler Bindler kann die Speicherkapazität der benötigten Compact-Flash auf die Erfordernisse der Applikation optimiert werden. Die Obergrenze ist prinzipiell nur von den verfügbaren Speichermedien abhängig.
Das Microbox-Betriebssystem Windows XPe ist eine abgespeckte Variante des aktuellen Windows XP Professional und wurde von Siemens exakt an die hard- und softwaretechnischen Anforderungen der Kundenapplikation angepasst. Dabei werden nur die benötigten Treiber und Softwaretools beibehalten und überflüssiger Ballast eliminiert. In der Summe schrumpft das Betriebssystem so auf rund 10% seiner ursprünglichen Größe, was viel Platz für die eigentliche Applikation schafft. Ergebnis ist ein schlankes, optimal stabiles und im Zusammenspiel mit den gängigsten Komponenten geprüftes Betriebssystem, dessen Funktionalität jedoch flexibel nach- und umrüstbar bleibt.
Voraussetzung dafür ist auch ein umfassendes, auf Industrieanwendungen ausgerichtetes Schnittstellenangebot. Mit einer seriellen, vier USB-2.0- sowie einer Industrial-Ethernet-Schnittstelle (10/100 Mbit/s) zur Anbindung von PC- und Prozessperipherie lässt das Grundgerät diesbezüglich keine Wünsche offen. Zur schnellen und einfachen Kommunikation mit den Sinamics-Antrieben nutzt Bühler Bindler außerdem die optionale Profibus-DP-Schnittstelle. "Beide Bustechnologien schaffen ideale Voraussetzungen, aus der Ferne bis in die Feldebene einsehen zu können und so den Endanwender bei Störungen weltweit Zeit und Kosten sparend zu unterstützen," so Karl-Jürgen Kasemann.
Das 12" große LCD-Touchpanel wiederum hängt direkt am universellen DVI I-Graphikanschluss des Microbox PC, der einen analogen (VGA) und digitalen (DVI) Port für den Anschluss herkömmlicher CRT- bzw. flach bauender LCD-Monitore bietet. Zur Anbindung spezieller Peripheriegeräte, wie Barcodeleser, Kameras oder Schrittmotoransteuerungen, stehen drei Steckplätze im PC/104-Plus-Format bereit. Die Karten werden frontseitig gesteckt, wobei sich die Gerätetiefe mit jeder Karte um 17 mm erhöht und alle Anschlüsse nach unten ausführbar sind.
Bewährte Software-SPS auf offener Plattform
Der Microbox PC 420 wurde gezielt auf das Zusammenspiel mit der bewährten Software-SPS Simatic WinAC ausgelegt. Auf Windows XPe aufsetzend ermöglicht diese ein offenes, PC-basiertes Steuern mit allen Geräteressourcen. Abgesehen davon erleichtert die Integration aller Softwarekomponenten beispielsweise auch die Online-Dokumentation von Produktionsdaten erheblich.
Programmiert und projektiert wird die Software-SPS mit den gängigen Step-7-Werkzeugen, wobei Herr Kasemann und seine Kollegen den Funktionsplan (FUP) bevorzugen. Darüber hinaus lassen sich auch andere Engineering Tools wie S7 SCL (Structured Text) oder S7 Graph (Sequential Function Chart) zum grafischen Projektieren von Ablaufsteuerungen im Simatic Manager einsetzen. In jedem Fall werden sämtliche Konfigurationsdaten der PC-basierten Applikation auf einer gemeinsamen, durchgängigen Plattform erstellt, verwaltet und gespeichert. Das erschließt signifikante Einsparungen beim Aufwand für Engineering und Softwarepflege.
Simatic WinAC ist außerdem codekompatibel zu Simatic S7 400, so dass Programmteile, die für diese "konventionellen" Controller erstellt wurden, problemlos auf den Microbox PC portiert werden können, und umgekehrt. So bleiben vorhandenes Know-how und frühere Investitionen gesichert. Damit die Langzeitverfügbarkeit für die Microbox als Ganzes gilt, gewährleistet Siemens die Ersatzteilversorgung für mindestens fünf Jahre.
"Die Summe der Vorteile der hier von uns in Bergneustadt erarbeiteten Kombination des Microbox PC 420 mit intelligenter Antriebstechnik ist mittlerweile auch Thema in unserer Schweizer Konzernzentrale," sagt Karl-Jürgen Kasemann, "wo die Kollegen intensiv darüber nachdenken, das Konzept auf weitere Anwendungen mit ähnlichen Anforderungen zu übertragen." |
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