Fortschritt mit Steuerung

<strong>Industrie-PC</strong> – Die traditionelle SPS-Technik hat ihre Grenzen. Bei einem amerikanischen Verpackungsmaschinenhersteller bewirkte die Umstellung auf eine PC-basierte Steuerungsplattform eine deutliche Leistungssteigerung bei zugleich niedrigeren Kosten.

10. September 2008

Der US-amerikanische Maschinenbauer Talon Manufacturing mit Sitz in Spring Park, Minnesota, ist ein führender Anbieter von Verpackungsanlagen für Mikrowellenpopcorn und andere Snacks. Das 1994 gegründete Unternehmen exportiert seine Maschinen weltweit und setzt auf technische Innovationen und Kosteneinsparungen, um seine Marktposition weiter auszubauen.

Bei der Steuerung der Maschinen mit herkömmlichen SPSen geriet der Hersteller jedoch mit zunehmender Komplexität an deren Leistungsgrenzen. Talon-Geschäftsführer Dennis Hohn suchte deshalb nach einer hochleistungsfähigen Automatisierungsplattform, die das Unternehmen für die kommenden Jahre als Standard verwenden könnte.

Während der Maschinenbauer bis dahin bei der Systemarchitektur auf mehrere Anbieter vertraut hatte – SPS, Bedienerschnittstelle und Servoantriebstechnik stammten jeweils von verschiedenen Lieferanten –, sollte künftig jedoch eine einheitliche Plattform zum Einsatz kommen, möglichst aus der Hand eines einzigen Anbieters, erläutert Hohn und begründet: »Die Steuerungselemente sollten besser zusammenarbeiten, über mehr Funktionen verfügen, leistungsfähiger sein und es gleichzeitig ermöglichen, Kosteneinsparungen an unsere Kunden weiterzugeben.«

Um das Bedienpult so schlank wie möglich zu gestalten, suchte Hohn zudem ein platzsparendes Gerät, das zugleich mehr Steuerungsfunktionalitäten bot. Bei der herkömmlichen Herangehensweise waren die Bedienpulte nämlich immer größer geworden, weil ständig neue Hardware hinzugefügt werden musste, um den Anforderungen an die Maschinensteuerung gerecht zu werden. Zudem wurde die Verkabelung mit jeder Leistungssteigerung immer komplexer, insbesondere, wenn sich die Anzahl der Bewegungsachsen erhöhte.

Alles aus einer Hand

Am Ende entschieden sich die Amerikaner für eine PC-basierte Steuerungsplattform auf Grundlage des Embedded-PC CX1020 des deutschen Automatisierungsspezialisten Beckhoff. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Verl in Ostwestfalen lieferte zudem die TwinCAT-NC-PTP-Software für Automatisierungs- und Steuerungsfunktionen, diverse Standard-I/Os sowie EtherCAT- und TwinSAFE-Klemmen, ergänzt um die passenden Servoverstärker der Reihe AX 2000 und Servomotoren AM 3000.

Teil des Bedienungskonzepts von Beckhoff sind zudem zwei Arten von 12-Zoll-Displays: Der Panel-PC CP62xx für die All-in-One-Steuerungs- und Anzeigefunktionen sowie das Control Panel CP69xx zum Bedienen und Beobachten.

»Die Entscheidung für den Embedded- PC CX1020 ist im Wesentlichen seiner kompakten Bauform zu verdanken«, sagt Hohn und erklärt: »Der PC findet auf einer Hutschiene Platz und ermöglicht dabei eklatante Platzeinsparungen gegenüber den alten SPSen.«

Mit entscheidend waren für Hohn aber auch die direkte Verbindung des Embedded-PCs mit den I/O-Klemmen sowie der Einsatz von Windows XP als Betriebssystem, das viele hilfreiche Tools der Office-Umgebung auch an den Maschinen zur Verfügung stellt.

Das eingesetzte Softwarepaket TwinCAT-NC-PTP umfasst eine Achspositionierung mit Sollwertgenerierung und Lageregelung, eine integrierte Software- SPS mit NC-Schnittstelle, ein Bedienprogramm zur Inbetriebnahme sowie eine I/O-Anbindung an die Bewegungsachsen. Es ersetzt damit herkömmliche Positionierbaugruppen und NC-Steuerungen. Der Einsatz der Twin-CAT Modbus-RTU-Bibliothek ermöglicht dabei eine schnelle und komfortable Anbindung aller Modbus-Geräte.

Einfache Verkabelung

Die Verwendung von EtherCAT als Systemfeldbus ermöglicht eine ultraschnelle, deterministische Steuerung. Dazu kommen Kostenvorteile gegenüber den meisten herkömmlichen I/OSystemen, weil das Feldbussystem mit Standard-Ethernet- Komponenten und -Verkabelungen arbeitet und deshalb keine teuren Feldbuskarten und kostspielige Feldbusverkabelung benötigt.

Der Anschluss an EtherCAT geschieht über den Buskoppler BK1120 anstelle der einfachen Reihenklemmen, die der Maschinenbauer früher eingesetzt hatte. »Auf diese Weise konnten wir zahlreiche Anschlüsse einsparen, die andernfalls mit der SPS hätten verkabelt werden müssen«, erklärt Hohn.

Eine flexible Integration von Sicherungsfunktionen gewährleistet dabei der Einsatz der TwinSAFE-Klemmen, die sich nahtlos in das bestehende Busklemmensystem integrieren lassen und kein spezielles Sicherheitsnetzwerk benötigen. Dieses System ermöglicht damit die Implementierung von Sicherungsfunktionen ohne großen Aufwand und verringert zudem den Platzbedarf in den Schaltschränken.

Ein weiteres Plus der PC-basierten Steuerungsplattform sieht der Talon-Geschäftsführer in der verkürzten Programmierzeit: »Bislang erforderte jede neue SPS und jeder Antrieb, den wir hinzufügten, eine Menge Programmierzeit. Bei der zentralen Steuerung mit TwinCAT bedarf es dagegen nur einer Änderung in einem Programm, wenn wir unsere Maschine anpassen oder neue Funktionen hinzufügen wollen.«

Alles optimiert

Insgesamt benötigte Talon für die Umstellung der Automatisierungs- und Motion-Control-Plattform zu einem vollständig PC-basierten Steuerungskonzept einschließlich UL-Zulassung und aller Programmieraufgaben rund drei Monate, erinnert sich der Geschäftsführer und ist zufrieden: »Die Ausrüstung unserer Maschinen mit Beckhoff-Steuerungen hat für uns wie für unsere Kunden nur Vorteile gebracht.«

Schließlich verbessere die PC-basierte Steuerung auch die Qualität des Endprodukts, weil die Popcorntüten präziser geschnitten werden und deshalb eine einheitliche Länge besitzen, freut sich der Unternehmer.

Geringe Kosten

Erfreulich sind für den Geschäftsführer zudem die niedrigen Kosten, die für jede Maschinensteuerung um etwa 30 Prozent unter dem bisher genutzten SPS-System liegen, sowie der geringe Platzbedarf der Bedieneinheiten: »Obwohl die Steuerungs- und Kommunikationsaufgaben umfangreicher geworden sind, benötigen wir jetzt weniger Hardware, wodurch sich die Verkabelung wesentlich reduziert hat.«

Mit den neu ausgestatteten Maschinen sieht sich Talon für die Zukunft gerüstet. So ist Hohn überzeugt, dass er die Nachfrage nach Verpackungsmaschinen für Mikrowellenpopcorn, die etwa 80 Prozent des gesamten Geschäfts ausmacht, künftig optimal befriedigen kann.

Auch im Sektor der Standbeutelverpackungsmaschinen für verpackte Snacks, in den Talon nun verstärkt eingestiegen ist, denken die Amerikaner jetzt über die Einführung der PC-basierten Steuerungstechnik nach. Die Maschinenbauer haben deshalb damit begonnen, vorhandene Verpackungsmaschinen mit der Beckhoff-Technologie nachzurüsten, erzählt Hohn: »Für die Zukunft erwarten wir davon auch in diesem Bereich bedeutende Einsparungen.«

Shane Novacek, Beckhoff USA/bt

Fakten

- Die Beckhoff Automation GmbH im ostwestfälischen Verl realisiert offene Automatisierungssysteme auf Basis der PC-basierten Steuerungstechnik.

- Das Produktspektrum umfasst die Hauptbereiche Industrie-PC, I/O- und Feldbuskomponenten, Antriebstechnik und Automatisierungssoftware.

- Ergänzt werden der IPCs durch industrietaugliche Anzeige-Einheiten mit Displaygrößen von 5,7 bis 19 Zoll. Die räumliche Trennung von Anzeige-/Bedieneinheit und Steuerungsrechner bietet dabei höchstmögliche Flexibilität.

Erschienen in Ausgabe: 06/2008