Komplexes Orchester

Technik

Motion Control – Mit Werkzeugen von Elmo sollen Anwender ihre Maschinen leicht implementieren und Vorlaufzeit sowie den Aufwand für die Konstruktion reduzieren können. So geschehen bei einer Applikation zur Etikettierung und Versiegelung von Flaschen.

19. Mai 2016

Zur zügigen Konstruktion von schnellen, hochpräzisen Maschinen bedarf der gesamten Palette der Automatisierung wie intelligente Konstruktionswerkzeuge, moderne Steuerungstechnik, perfekt ausgelegte Servoachsen und ein effizientes Ethercat-Netzwerk. All das hat Elmo Motion Control aus Israel in einer Anlage zur Etikettierung und Versiegelung von Flaschen an den Start gebracht.

So ist es dem Anwender möglich, bis zu 60.000 Etiketten pro Stunde aufzubringen. Trotz der hohen Geschwindigkeit arbeiten die Maschinen äußerst präzise, die Fehlerrate ist gering. Die konstruktive Auslegung dieser Maschinen ist anspruchsvoll, denn die 60 integrierten Antriebe des extrem schnell rotierenden Rundläufers müssen genau gesteuert werden. Voraussetzungen für einen reibungslosen Betrieb sind eine hocheffiziente Energieübertragung und eine wirkungsvolle Ethercat-Netzwerkkommunikation über Schleifringe. In der Maschine laufen die komplexen und dynamischen Bewegungen auf Basis von Electronic CAM (ECAM) ab. Berechnung und Steuerung übernehmen die hocheffizienten Bewegungsregler von Elmo. Dank der dort integrierten anspruchsvollen und komplexen Mechanismen lassen sich Dutzende von Motoren und Antrieben mühelos steuern, und das selbst dann, wenn die Maschine enormen Schwingungen, feuchten Umgebungsbedingungen und extremen Temperaturen ausgesetzt ist.

Außerdem müssen die äußerst empfindlichen Kommunikationsdaten über die Schleifringe schnell, exakt und fehlerfrei übertragen werden. Statt wochenlanger Einrichtung durch erfahrene Experten verkürzt sich der Zeitaufwand für Konstruktion, Programmierung und Inbetriebnahme der Steuerung mit der Steuerungstechnologie von Elmo auf weniger als drei Tage.

Software als Basis

Ein wichtiges Hilfsmittel dabei ist die Application Studio II Software (EAS II), die die gesamten Bewegungsabläufe der Maschine erheblich vereinfacht. Es gibt zwei Gruppen von Werkzeugen: Mit den Konfigurationswerkzeugen der ersten Gruppe stehen dem Nutzer Funktionalitäten wie die Konfiguration der Servoregler, die ECAM-Konfiguration, das Fehlermapping oder die Netzwerkkonfiguration zur Verfügung. Zur zweiten Gruppe zählen umfangreiche Programmierwerkzeuge, die sogenannten Elmo Advanced Motions Blocks (EMBL), sowie Bibliotheken und Bedienoberflächen.

Die Werkzeuge beider Gruppen ergänzen sich, und die Maschine ist laut Elmo innerhalb kürzester Zeit implementiert, was auch Kosten einspart. Getreu dem Motto »Intelligenz durch Einfachheit« ist der Einsatz verschiedener Fachkräfte nicht notwendig, denn die Steuerung ist leistungsstark und die Produkteinführungszeit verkürzt sich.

In die Maschine ist eine Reihe von Einzelkomponenten integriert. In den Motoren wirkt zum Beispiel ein kompakter, leistungsstarker und robuster Servoregler der Reihe Gold Whistle. Dadurch fällt die Konstruktion des Rundläufers bedeutend einfacher aus. Der Servoantrieb braucht nur wenig Platz und ist zudem sehr leicht. Als Verdrahtung sind nur noch der DC-Bus und ein Ethercat-Kabel erforderlich. Damit kann auch der Schaltschrank kleiner ausfallen, und durch den reduzierten Verdrahtungsaufwand erweist sich der Antrieb zudem als sehr störfest. Der Gold Whistle ist für hohe Bandbreiten und kurze Reaktionszeiten ausgelegt. Sie ermöglichen laut Elmo selbst bei nicht linearen hochauflösenden Systemmechaniken einen schnellen, stabilen und fehlerfreien Maschinenbetrieb bei gleichzeitig hohem Durchsatz.

»Dirigent« im »Orchester« der 60 Servoantriebe ist der Maestro. Die Multiachsen-Steuerung steuert und überwacht die gesamte Etikettierung und Versiegelung der Flaschen. Selbst das komplexeste Bewegungsszenario soll sich so noch mit höchster Präzision ausführen lassen. In Verbindung mit den Servoreglern der Gold-Serie soll das Ziel perfekter harmonischer Bewegungen erreicht werden.

Vier fest installierte High-Speed-Kameras machen von jeder Flasche ein Bild und übertragen es an den Hostcomputer. Dieser verarbeitet die Bilddaten weiter und errechnet, wo genau das Etikett aufzubringen ist. Die für die Etikettierung notwendige Flaschendrehung wird vom Maestro gesteuert. Dieser legt fest, wo das Etikett platziert werden sollte und gleicht diese Information mit den Daten des ECAM-Werkzeugs ab. Erst danach erfolgt die eigentliche Etikettierung.

Präzise Bewegung

Die Zuführung und Vereinzelung der Flaschen erfolgt in der Anlage automatisch über einen Rundläufer mit 60 Drehtellern. An jedem einzelnen ist eine hochleistungsfähige, platzsparende Kombination aus Servomotor und Servoregler aus der Serie Duet von Elmo angebracht. Aufgrund der kompakten Bauweise des Rundläufers lassen sich die Motor-Servoregler direkt an den Rundläufer kuppeln, was eine präzise Maschinenbewegung während der Bilderfassung der Kamera sicherstellt.

Duet nutzt die volle Leistung der EtherCAT-Netzwerkkommunikation. Dazu verfügt das EAS II über vielfältige Funktionalitäten, um die einzelnen Servoregler genau aufeinander abzustimmen. Dadurch können alle Bewegungen der Maschine präzise und mit kurzen Reaktionszeiten erfolgen. Durch den Einsatz der Software soll der Servoantrieb jedes beliebigen Motors an jeder Mechanik bestmögliche Leistungswerte erbringen.

Der kompakte Motor mit dem leistungsstarken Regler wurde eigens für einen Einsatz in beengten Platzverhältnissen entwickelt. Dank einem hochauflösenden Absolutwertgeber arbeiten die Servoantriebe sehr effizient. Die Duet-Lösung muss so robust sein, dass sie selbst den Schwingungen des Rundläufers standhält. Dank der Minimalverkabelung kommt es bei dieser Lösung nur zu geringfügigen elektromagnetischen Störungen. Zusammen mit der seriellen Verdrahtung des Ethercat-Netzwerks eignet sich die Lösung deshalb für mehrachsige Bewegungsszenarien mit vielen Achsen.

Durch die Verbindung aus ECAM-Werkzeug und Maestro kann Elmo einen einwandfreien Betrieb der Etikettiermaschine sicherstellen. Alle Slaves entsprechen dann den im DS402-Standard definierten Vorgaben. Der Maestro und EAS II ermöglichen hohe Interpolationslevel und damit fließende, präzise Bewegungen mit einer minimalen Anzahl von ECAM-Punkten. Dieses Zusammenspiel gewährleistet laut Elmo Motion Control eine schnelle, dynamische Berechnung, die Übermittlung und Weiterverarbeitung aller Daten selbst bei komplexen Strukturen oder eine virtuelle Achsensynchronisation, die die Implementierung vereinfachen und beschleunigen.

In Verbindung mit den EMBL können die ECAM-Bewegungen einfach und schnell berechnet und geprüft werden. Dadurch ist die Maschine bereits innerhalb weniger Tage einsatzbereit. Bei einer modernen Interpolation werden mehrere Slaves als Zusatzfunktion zum Master hinzugefügt.

Anschließend erfolgt nur noch die Interpolation zwischen den unterschiedlichen Positionen. Beispiele für die EMBL sind Referenzfahrten, Ausgangsvergleich, Emulation, Spline Profiling oder Joystick, weitere Module sind in Planung.

Auf einen Blick

Elmo Motion Control

• Mit mehr als 25 Jahren Erfahrung ist Elmo Motion Control weltweit tätig in der Entwicklung von hochkompakten Motion-Control-Lösungen höchster Leistungsdichte.

• Die digitalen Servo-Regler und Motion-Controller werden von den führenden Maschinenherstellern der Welt in herausfordernden industriellen Anwendungen eingesetzt – überall dort, wo Leistungsfähigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit von höchster Bedeutung sind.

• Ziel ist, die Anforderungen und Erwartungen der Kunden zu verstehen und zu erfüllen. Elmo sieht es als Verpflichtung, einen steten Fortschritt in der Antriebstechnik sicherzustellen.

Erschienen in Ausgabe: 04/2016