Optimiertes Spritzgießen

PC-Steuerung - In die Domäne von Industriereglern ist heute IEC-61131-3-kompatible Steuerungssoftware eingedrungen. Basis dafür sind Software-Algorithmen auf leistungsfähigen Industrie-PC-Plattformen. Ein Beispiel aus dem Maschinenbau zeigt die Potentiale.

29. April 2005

Im Maschinenbau von Phoenix Contact wurden Spritzgießmaschinen mit der neuen Maschinensteuerung ›Plast-Max‹ optimiert. Möglich wird dies durch die gestiegene Leistungsfähigkeit der PC-Prozessoren, da die Geschwindigkeit unmittelbaren Einfluß auf die Regelgüte hat. Die Regelungstechnik auf PC-Basis sowie die dezentralen E/A-Systeme erhöhen die Flexibilität derartiger Maschinen erheblich.

Beim Einsatz dieser Technik in einer Spritzgießmaschine im Maschinenbau von Phoenix Contact werden die Vorteile gegenüber der konventionellen hydraulischen Spritzgießmaschine deutlich. Phoenix Contact setzt bereits seit 38 Jahren hydraulische Spritzgießmaschinen ein und verfügt hier über umfassendes Prozeß-Know-how. Weil die Anforderungen an Spritzgießmaschinen und deren Automatisierungstechnik in der letzten Zeit gestiegen sind, wurde bei Phoenix Contact ein neues Konzept erarbeitet und in die Praxis umgesetzt.

Retrofit einer Spritzgießmaschine

»Unser Unternehmen produziert mehr als 36.000 Artikel mit unterschiedlichen Anforderungen an die Kunststoffteileproduktion«, erläutert Erich Blinne, Fachleiter im Bereich Kunststofftechnik bei Phoenix Contact in Blomberg. »Unser Markt ist ein internationaler Breitenmarkt, in dem die Kunden hohe Erwartungen an die Teilequalität stellen.« Die Prozeß-Stabilität und Wiederholgenauigkeit ist laut Blinne insbesondere im 3-Schicht-Betrieb zu einem wichtigen Faktor geworden: »Für uns heißt das, unsere Maschinen müssen noch präziser, effizienter und flexibler arbeiten.« Im Mittelpunkt des Projekts stand das Retrofit einer Spritzgießmaschine mit einer Schließkraft von 100 Tonnen, die bereits in der Teileproduktion eingesetzt wurde. Nach vierjährigem Betrieb stand eine Modernisierung an. Höhere Geschwindigkeit und Genauigkeit sowie mehr Effizienz bei Produktion und Rüstzeiten waren die vorrangigen Ziele.

Gesucht wurde ein vereinfachtes Bedienkonzept auf der Basis einer Visualisierungssoftware, das die Anfahrstrategie verbessert. Die Anzahl der Einfahrzyklen sollte reduziert und der ›Trial-and-Error‹-Prozeß minimiert werden. Nach der mechanischen und hydraulischen Optimierung der Maschine wurde das Maschinensteuerungssystem vollständig ausgetauscht. Eine vereinfachte Installation sowie ausreichende Erweiterungsmöglichkeiten standen ebenfalls im Anforderungskatalog. Die Bedienung sollte über ein Terminal mit TFT-Display und Touchscreen erfolgen, mit dem jeder Bediener schnell zurechtkommt.

»Das neue Automatisierungssystem musste der Maschine digitale und analoge E/A-Module zur Verfügung stellen, die mit den existierenden Komponenten verbunden werden können, ohne daß die Verdrahtung an der Maschine vollständig geändert werden muß«, erläutert Blinne. »Außerdem sollte eine Soft-SPS die Leistungsfähigkeit der Maschine steigern und gleichzeitig die Genauigkeit erhöhen.« Denn Qualität und Schnelligkeit haben bei Spritzgießmaschinen unmittelbaren Einfluß auf den Fertigungsprozeß. »Im Maschinenbau bei Phoenix Contact arbeiten wir auf dem Gebiet der Steuerungs- und Netzwerktechnik mit unseren Kollegen aus dem Bereich Automatisierung eng zusammen«, erklärt Blinne. »Dorthin habe ich mich mit meinem Wunsch nach einem innovativen Steuerungssystems für den Umbau der 100-Tonnen-Maschine gewandt.«

Die neu entwickelte Steuerung Plast-Max basiert auf der Steuerungs-Plattform S-Max von Phoenix Contact. Plast-Max wurde in Verbindung mit dem dezentralen E/A-System Inline für den Einsatz im Schaltschrank sowie dem E/A-System Fieldline Modular für den Einsatz direkt in der Hydraulikeinheit der Maschine konzipiert. Die Komponenten des Inline-Systems in Schutzart IP 20 erhöhen aufgrund ihrer Modularität die Flexibilität von Automatisierungslösungen im Schaltschrank. Das Installationssystem Fieldline Modular in Schutzart IP 67 ist die effektive Sensor-Aktor-Verkabelung für den Feldbereich. Weil die Module direkt an den vorhandenen Hydraulikventilen montiert werden können, reduziert sich die Verkabelung auf ein Minimum.

Als Bussystem dient Interbus, da aufgrund der synchronen Übertragung der Ist- und Sollwerte zu den einzelnen Softwareregler-Funktionsbausteinen mit einem minimalen Jitter von < 20 ns eine hohe Regelgüte erreicht wird. Bei der Maschinensteuerung Plast-Max, wie sie für die Spritzgießmaschine bei Phoenix Contact konzipiert und entwickelt wurde, handelt es sich um eine Kombination aus skalierbarer Industrie-PC-Plattform, Soft-SPS, Feldbusmaster sowie Visualisierungssoftware für Spritzgießmaschinen. Mit Plast-Max erhält der Anwender eine getestete und installierte Lösung mit aufeinander abgestimmten Hardware- und Softwarefunktionen. Basiseinheit der Steuerung ist die Steuerungs-Plattform S-Max im Aluminium-Gehäuse mit massiver Frontplatte und 12-Zoll-Touch-TFT-Farbdisplay. Je nach Anforderung kann ein VIA-Prozessor mit 733 MHz oder ein Pentium-M-Prozessor mit 1,1 GHz eingesetzt werden.

Die Steuerung verfügt über 128-KByte-Speicher für remanente Daten. Die Steuerung enthält keine drehenden Teile, wie zum Beispiel eine Festplatte, und sie kommt aufgrund der niedrigen Verlustleistung ohne Lüfter aus. Beides sind wichtige Voraussetzungen für den Einsatz bei Spritzgießmaschinen hinsichtlich der Langzeitstabilität. Plast-Max kann universell für vollhydraulische, hybride und vollelektrische Maschinen eingesetzt werden. Die Modularität der Feldbus-Anschaltung ermöglicht zudem die Ergänzung des Interbus-Systems durch elektrische Antriebe mit Sercos. Zusammen mit der Software-Applikation auf Basis der IEC-61131-3-Soft-SPS, in der das Regelungs-Know-how für Spritzgießmaschinen eingeflossen ist, wird Plast-Max zu einer flexiblen Automatisierungslösung für Spritzgießmaschinen.

Jörn Krimpenfort, Phoenix Contact

Erschienen in Ausgabe: 03/2005