Zwei Maschinen fest im Griff

Steuerungstechnik

Panel-PC – Die Verpackung und Prüfung von Bluttest-Produkten erfordert hohe Genauigkeit und zugleich ein perfektes Timing. Eine PC-basierte Plattform steuert gleich zwei Maschinen parallel.

09. September 2009

Das US-amerikanische Unternehmen Wierciszewski Controls mit Sitz in New Jersey ist spezialisiert auf Verpackungstechniklösungen für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie die Pharma- und Medizintechnik. Zwei der jüngsten Entwicklungen des Unternehmens sind maßgeschneiderte Maschinen zur Verpackung und visuellen Kontrolle von Bluttest-Sets in Form von Kunststoffampullen, die mit einer Mischung aus Glaskugeln und Reagenzflüssigkeit gefüllt sind.

Zur Kontrolle der Füllstände und der Mengenverhältnisse dient ein Sammeltisch für 600 Verpackungseinheiten mit einem Durchsatz von 80 Einheiten pro Minute. Integriert in die Maschine ist ein Prüfsystem, mit dem sich Mängel an der Füllung oder den Etiketten schon im Vorfeld entdecken lassen. Die visuelle Prüfung geschieht mithilfe einer Kamera, die große Datenmengen erfassen muss, wie beispielsweise Seriennummer, Barcodeklasse oder Füllstände. Die Analyse und Darstellung der Informationen erfordert deshalb einen PC mit Bedien- und Anzeigeinterface.

Punktgenaues Timing

Nach der Kontrolle werden die Bluttestprodukte in Kartons verpackt, die der sogenannte Trayaufrichter anliefert. Diese Maschine faltet die Kartons auf, bedruckt die Etiketten, positioniert sie und überprüft zuletzt die aufgeklebten Etiketten. Beim Falten der Kartons muss die Maschine individuelle Materialschwankungen tolerieren und das Timing nötigenfalls entsprechend anpassen. Noch komplizierter ist dieses Problem beim Sammeltisch, weil hier das Timing des Zufuhrsystems beim Transport der Verpackungseinheiten exakt stimmen muss, um die Produkte nicht zu beschädigen.

Eine Schwachstelle bei bisherigen Systemen war die Übertragungsgeschwindigkeit der Daten zwischen Sichtprüfung, HMI und SPS. Zur Abhilfe beschloss Firmenchef Jerry Wierciszewski, auf ein Steuerungssystem zu wechseln, das die Automatisierung, Motion Control, SQL-Datenbank und HMI für beide Maschinen übernehmen sollte.

Als Herzstück der Steuerung wählte Wierciszewski einen Panel-PC CP7202 des Automatisierungsspezialisten Beckhoff mit 15-Zoll-Touchscreen und der Software-SPS TwinCAT ADS, die große Datenmengen in Echtzeit zwischen HMI und SPS übertragen kann. Die Leistungsfähigkeit des PC ist dabei mehr als ausreichend für den gleichzeitigen Ablauf der rechenintensiven Visualisierung und der Steuerung beider Maschinen.

Für seinen speziellen Anwendungsfall entwickelte Wierciszewski auch eine eigene HMI-Software, die die Ergebnisse der visuellen Inspektion, Zähler und sonstige Systeminformationen anzeigt. »Die HMI kann sehr einfach mit TwinCAT kommunizieren«, fügt er hinzu.

Noch anspruchsvoller wird die Lösung aufgrund von Vorschriften der US-Gesundheitsbehörde FDA, die eine konsequente elektronische Datenaufzeichnung für Audit-Trails und eine detaillierte Rückverfolgung verlangt. Beide Maschinen verfügen deshalb über eine SQL-Datenbank, die alle Änderungen in der Produktion zuverlässig erfasst und ausführlich protokolliert.

Alles aus einer Hand

Wegen des beschränkten Raums konzipierte Wierciszewski ein Schrittmotorsystem unter Verwendung der Beckhoff-I/O- Klemmen KL2541, die direkt mit den Schrittmotoren verkabelt sind, die ebenfalls aus dem Portfolio des Herstellers aus Westfalen stammen. Durch die Integration in das Busklemmensystem sind dabei keine zusätzlichen Verstärker notwendig. Ein Buskoppler BK9000 vernetzt die Busklemmen über Ethernet TCP/IP. Dazu kommen zusätzliche Busklemmen-I/Os für Relaisausgänge, Motorstarter am Fördersystem sowie Magnetschalter mit einer Stromaufnahme von jeweils 1 Ampere. »Früher verwendeten wir separate Analogausgänge, Thermoelementeingänge oder Heizsteuereinheiten verschiedener Anbieter«, erzählt Wierciszewski und nennt den Vorteil der neuen Lösung: »Jetzt werden alle diese Funktionen von einem einzigen I/O-System abgedeckt.«

Schnell und sparsam

Die integrierte Komplettlösung aus einer Hand brachte für Wierciszewski gleich mehrere Vorteile. So benötigten Konstruktion und Bau des Trayaufrichters von der ersten Planung bis zur fertigen Maschine lediglich vier Monate, der Sammeltisch war sogar schon nach zwei Monaten fertig. Vollständig programmiert waren beide Maschinen in nur vier Tagen. Auch auf der Kostenseite zahlt sich die Steuerung beider Maschinen mit nur einem Panel-PC aus, erklärt der Amerikaner: »Selbst mit integriertem SQL-Server und umfassendem Visualisierungssystem kostet die Steuerungsplattform von Beckhoff durchschnittlich 40 Prozent weniger als die Geräte, mit denen ich vorher gearbeitet habe. Die Tatsache, dass zwei Maschinen gesteuert werden, spart viel Zeit und Geld.«

In Zukunft will Wierciszewski seine Maschinen deshalb mit EtherCAT ausrüsten und den EtherCAT-Servoverstärker AX5000 einsetzen, um ihre Leistungsfähigkeit weiter zu verbessern und den Anwendern gleichzeitig eine umfassende Konnektivität zu bieten.

Shane Novacek, Beckhoff USA/bt

Fakten

- Die Beckhoff Automation GmbH mit Stammsitz im ostwestfälischen Verl realisiert offene Automatisierungssysteme auf der Grundlage PC-basierter Steuerungstechnik.

- Das Produktspektrum umfasst Industrie-PCs, I/O- und Feldbuskomponenten, Antriebstechnik und Automatisierungssoftware.

- Das 2003 von Beckhoff eingeführte Feldbussystem EtherCAT ermöglicht die Anlagensteuerung in Echtzeit über Ethernet.

Erschienen in Ausgabe: 5-6/2009