Im Maschinenbau stellt jede Anlage individuelle Anforderungen an Elektronik und Steuerungstechnik. Damit Maschinenentwickler einerseits auf kostengünstigere Standardkomponenten zurückgreifen können, andererseits aber keine technischen Eigenschaften bezahlen müssen, die sie nicht benötigen, sind modulare Lösungen gefragt, mit denen sich Standards ideal an spezifische Bedürfnisse anpassen lassen. Bezieht der Maschinenbauer zudem noch von Anfang an den Lieferanten der elektronischen Komponenten in die Entwicklung mit ein, können die Partner gemeinsam die beste Lösung finden, selbst wenn sie Neuland betreten. Geschehen ist dies bei einer Papierbohrmaschine. Das Maschinenbauunternehmen Constantin Hang aus Göppingen fertigt Hochleistungs- Nietanlagen, automatische Einsetzmaschinen für Ösen und Nieten sowie Papierbohrmaschinen wie die flexible Hochleistungsbohranlage des Typs 245-10. Partner für Steuerung und Regelung ist GE Fanuc.
»Wir arbeiten schon seit Jahren in verschiedenen Projekten mit GE Fanuc zusammen«, berichtet Kunibert Schall, Leiter der Elektrokonstruktion bei Hang. »Weil diese Zusammenarbeit immer gut funktioniert hat, verwenden wir auch bei der neuen Papierbohrmaschine deren Komponenten.« Dabei entstand eine Anlage, die abhängig von der Stapelhöhe und Papierqualität bis zu 3.000 Stapel pro Stunde bearbeitet. Einsatz finden solche Anlagen weltweit in Druckereien und Buchbindereien beliebiger Größe, je nach Bedarf integriert in die Fertigungslinie oder als Stand-alone-Maschine.
Wechselnde Qualität
Technisch stieß der Maschinenbauer bei Planung und Bau der neuen Anlage auf einige neue Herausforderungen. Die größte war, dass von Papiersorte zu Papiersorte die Materialqualität stark variiert. »Es ist deshalb schwierig, einen allgemein gültigen Vorschub zu definieren«, berichtet Gunnar Dieringer, Account Manager bei GE Fanuc, Darmstadt.
»Um Bohrerbrüche zu vermeiden, muss der Vorschub daher materialabhängig variabel und über die gesamte Papierdicke äußerst konstant sein. Hier haben wir gemeinsam mit Hang nach einer Lösung mit einem dynamischen Servoantrieb mit Sanftaufsetz-Modus gesucht, die zum einen den Werkzeugverschleiß und den Bohrerbruch deutlich reduziert und zum anderen durch individuelle Anpassung des Bohrhubes die Leistung erheblich steigert.« Der durch einen weiteren Servoantrieb gesteuerte Vorschub erlaubt dynamischen und gleichzeitig schonenden Papiertransport bei maximaler Positioniergenauigkeit. Bei GE Fanuc bekommt Hang von der Steuerung über die E/A-Module bis hin zum Bedienpanel alle Komponenten aus einer Hand. So übernimmt die modular aufgebaute Standard-SPS Series 90-30 die Gesamtsteuerung der Anlage. Sie lässt sich von der CPU bis zu den geregelten E/A-Komponenten völlig flexibel an die Prozessanforderungen anpassen.
Generell reicht das Einsatzspektrum dieser Steuerungen daher vom einfachen Ersatz von Relais bis zu hoch entwickelten Automationssystemen der mittleren Leistungsklasse. Auch das in der Papierbohrmaschine bei Constantin Hang eingesetzte E/A-System Versapoint I/O ist modular aufgebaut und lässt sich auf den E/APunkt genau skalieren. Der Motion Controller DSM 324i übernimmt die Steuerung der Vorschub- und der Bohrerachse. »Bei GE Fanuc überzeugt uns immer wieder die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Antriebe«, meint Schall. »Damit der Bohrer nicht frühzeitig stumpf wird, läuft zum Schutz des Bohrers unter den Papier bögen ein 0,5 Millimeter dickes Bohrband mit, darunter ist eine harte Messingplatte. Der Bohrer muss die Papierbögen komplett durchbohren und dann innerhalb der Höhe des Bohrerbandes abstoppen.«
Antriebsverstärker und Motor bilden eine harmonische Einheit und sind direkt über einen optischen Bus ans DSM-Modul gekoppelt. Diese Kommunikationsart ist nicht nur sehr schnell, sondern auch unanfällig für elektromagnetische Störungen. Insgesamt bietet GE Fanuc ein integriertes Motion-Konzept, bei dem Steuerung und Motion keine getrennten Bereiche bilden. Der Maschinenbauer muss sich also nicht mit unterschiedlichen Tools beschäftigen und nicht die Kommunikation zwischen zwei verschiedenartigen intelligenten Systemen sicherstellen.
Die oftmals unvermeidlichen Anpassungsprobleme bei der Verbindung der Einzelkomponenten treten bei den Komponenten von GE Fanuc nicht auf. Große Bedeutung für Maschinenhersteller und Betreiber kommt der überdurchschnittlichen Zuverlässigkeit der eingesetzten Servoantriebe bei, die sich im MTBF-Wert (Mean Time Between Failure) der Verstärker und Motoren widerspiegelt. Der vom Hersteller genannte Wert von mindestens 50 Jahren liegt über dem üblichen Durchschnitt. Bedient und visualisiert wird die Anlage mit dem auf CE.NET basierenden Touchpanel der Serie Quickpanel View. Mit der Programmiersoftware Proficy Machine Edition View lässt sich die Benutzeroberfläche einfach individuell an den jeweiligen Prozess anpassen. Damit kann der Anwender Eingabemasken für Prozessparameter oder die Visualisierung von Alarmen oder Fehlermeldungen so anlegen, wie es für die jeweilige Anlage am sinnvollsten ist.
Anlagenbauer, die ihre Maschinen weltweit exportieren, können mit dem integrierten Motion-Konzept alle für die Diagnose notwendigen Informationen direkt in der Steuerung abrufen. Via Internet kann so der Servicetechniker von seinem Schreibtisch aus schnell und umfassend auf jede Maschine weltweit zugreifen.
