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Intelligente Technologien verändern die Verpackungsperformance

09 Jul 2021
Kollmorgen Experten

Die steigende Nachfrage der Verbraucher treibt den wachsenden Bedarf für mehr Durchsatz, mehr Produkte pro Minute und zuverlässigere, präzisere Leistung von Verpackungsmaschinen voran. Um dieser Nachfrage gerecht zu werden, bewegt sich die Industrie hin zu integrativeren und automatisierten Technologien, um Effizienz und Leistung auf dem Verpackungsmaschinenmarkt sicherzustellen. Durch diese Integration entstehen auch kleinere und kompaktere Verpackungsmaschinen – ein allgemeiner Trend in der Verpackungsindustrie und generell den meisten Technologien.

Der übliche Ansatz ist es jedoch, separate Geräte wie einen Servoantrieb und eine programmierbare Steuerung hinzuzufügen und dann zu versuchen, diese zu integrieren. In der Regel bauen Lieferanten eine Komponente und überlassen es dem Maschinenkonstrukteur und -bauer, herauszufinden, wie diese in ein bestehendes System integriert werden kann oder wie Komponenten in einer Neuentwicklung zusammen arbeiten können. Das Ergebnis kann dann ein System sein, dass nicht vollständig integriert ist oder nicht die von den Nutzern der Vepackungsmaschine benötigte Leistung erbringt.

In einem neuen Ansatz zur Deckung der steigenden Nachfrage auf dem Verpackungsmaschinenmarkt werden integrierte Technologien mit offenen Architekturen verwendet, die Smart Computing nutzen, um neue Systeme zu konstruieren oder bestehende Systeme aufzuwerten. Diese neuen Technologien bieten nicht nur mehr Durchsatz und Produkte pro Minute, sie werden zudem für die vorausschauende Pflege und Wartung verwendet, um die Effizienz weiter zu steigern und die Maschinensicherheit zu verbessern.

Am Anfang steht die Integration, am Ende die Einfachheit

Die Verwendung hochintegrierter Komponenten ist der erste Schritt zur Herstellung einer fortschrittlichen Verpackungsmaschine. Durch die Kombination und Integration von Komponenten entsteht jedoch nicht zwangsläufig eine einfache oder bedienerfreundliche Maschine. Hier kommt intelligentes Design ins Spiel. Die Kombination eines Servoantriebs mit einer integrierten Antriebssteuerung in einem Paket beispielsweise spart Platz und Kosten, verringert den Integrationsaufwand und macht das Verdrahten eines weiteren Geräts im Schaltschrank überflüssig.

KAS Systemüberblick

Kollmorgen Automation Suite ist eine Maschinenautomationslösung, die Hardware mit einer hochgradig integrierten und intuitiven Software-Programmierungsumgebung sowie erweiteren Sicherheitsfunktionen kombiniert, um eine Maschine zu entwickeln, die sich von Wettbewerbern deutlich abhebt. Diese Integration hat dazu beigetragen, die Entwicklungszeit zu verkürzen, den Maschinendurchsatz zu steigern, den Ausschuss zu reduzieren und die Anlagenverfügbarkeit zu verbessern.

Da das Steuerungssystem nicht mehr auf Maschinenebene integriert werden muss, spart das Entwicklungsteam des Maschinenbauers Zeit bei der Herstellung der Maschine. Eine kleinerer Schaltschrank ist kostengünstiger und hilft dem Maschinenbauer, eine kleinere Maschine zu bauen, die beim Endbenutzer weniger Platz einnimmt. Maschinen- und Bewegungssteuerungen können in einen Maschinensteuerung integriert werden, welche eine integrierte Steuerung für mehrere Servo- und Schrittachsen, komplette E/A, HMI-Schnittstelle und Feldbusanbindung ermöglicht. Diese Art der Integration ist besonders nützlich, wenn sie mit Systemen mit offener Architektur kombiniert wird.

Während bei geschlossenen Architekturen vorgefertigte Produkte verwendet werden, die sich nur schwierig erweitern lassen, können offene und verteilte Systeme sich den Anforderungen des Verpackungsherstellers anpassen, indem verschiedene Komponenten mit dem vorhandenen System oder dem neuen Design arbeiten und sich nahtlos in dieses integrieren lassen. Zum Beispiel erleichtert die Verwendung einer integrierten grafischen Programmierungsumgebung, die automatisch mehrere Variablen umsetzt, die Programmierung. Obwohl alle modernen Verpackungsmaschinen über ein HMI verfügen, auf dem ein Visualisierungsprogramm als Schnittstelle mit der Maschine läuft, bietet die Verwendung eines HMI, das seine eigenen, mit einer grafischen Programmierungsumgebung erstellten Programme ausführt, dem Endbenutzer mehr Flexibilität und eine einfachere Handhabung. Hier können Sie mehr über das antriebsintegrierte Grafikdisplay lesen.

AKD2G Servoverstärker

Der AKD2G von Kollmorgen ist ein doppelachsiger Servoantrieb mit erweiterbaren Ein-/Ausgängen, entnehmbarer Speicherkarte, zweikanaligem STO und dem industrieweit ersten antriebsintegrierten grafischen Farbdisplay. Die Doppelachsvariante bietet die doppelte Leistungsdichte gegenüber einachsigen Geräte und benötigt 20 % weniger Platz als andere auf dem Markt erhältliche doppelachsige Regler.

Einsatz intelligenter Technologien

Intelligente Technologien nutzen automatische Erkennung und webbasierte Funktionen, um zu kommunizieren und mehrere Geräte innerhalb einer Maschine zu verbinden. Wenn beispielsweise ein Servoantrieb mit integrierter Bewegungssteuerung mit verschiedenen anderen Servoantrieben oder E/A-Modulen verbunden ist, sollte er sich selbst und die anderen Servoantriebe im Netzwerk automatisch erkennen. Der Maschinenbauer ordnet sie dann einfach den Namen den physischen Achsen zu.

Mit einer Verpackungsmaschine, die webbasierte Funktionen nutzt, kann der Benutzer, den Status jeder Achse prüfen, die Maschine starten oder stoppen und Sicherungs- und Wiederherstellungsfunktionen aufrufen. Über eine dedizierte IP-Adresse oder Verbindung zu einem Server kann das Betriebs- oder Technikpersonal den Status einer Maschine oder sogar einer einzelnen Steuerung über einen beliebigen Web-Browser prüfen.

Die Verwendung eines anerkannten Standards für SPS-Programmierung oder Bewegungssteuerungen, wie IEC-61131-3 oder PLCopen for Motion, ermöglicht es Maschinenbauern, die besser mit Kontaktplanprogrammierung, strukturiertem Text oder einer anderen IEC-61131-3-Sprache vertraut sind, Maschinen zu bauen, in welche sich leicht andere Komponenten integrieren lassen, die dieselben Standards verwenden.

Integrierte Technologien für schnellere Sicherheit

Das oberste Anliegen für jede Maschine ist die Sicherheit. Bei Verpackungsmaschinen besteht der traditionelle Ansatz darin, separate Sicherheitsmodule zu verwenden und diese dann in die Maschine zu integrieren. Dank neuer Technologien sind Sicherheitsfunktionen zu 100 % antriebsintegriert, sodass keine externen Lösungen mit komplizierten Integrationen zwischen der Steuerung, der sicheren SPS und dem Antrieb erforderlich sind. Da sich die Sicherheitsfunktionen ausschließlich im Antrieb befinden, kann dieser schneller reagieren als einzelne Komponenten.

Antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen können so programmiert werden, dass sie automatisch ohne explizite Befehle des Bedieners arbeiten. Eine Achse könnte beispielsweise so programmiert werden, dass die Bremsen bei einem Stromausfall automatisch betätigt werden, damit kein Fehler auftritt und eine Last durchrutschen lässt.

Fortschrittliche antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen können nicht nur den Bediener schützen, sondern auch die Maschinenproduktivität aufrechterhalten, selbst in Zeiten, in denen die Maschine normalerweise abgeschaltet werden würde. Beispielsweise müsste eine Verpackungsmaschine normalerweise vor der Reinigung heruntergefahren und anschließend wieder hochgefahren werden. Damit wäre die Maschine während des gesamten Reinigungsvorgangs außer Betrieb. Durch die Verwendung antriebsintegrierter Sicherheitsfunktionen wie sicher begrenzter Geschwindigkeit kann die Maschine bei laufendem Betrieb gereinigt werden, wodurch Stillstandszeiten vermieden werden, ohne die Sicherheit des Bedieners zu beeinträchtigen. Hier können Sie mehr über antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen lesen.

Leistungsstarke SafeStop-Funktionen

Safe Torque Off (STO)

Schaltet die Stromversorgung zum Motor ab, der Antrieb wird jedoch für einen schnellen Wiederanlauf weiterhin mit Spannung versorgt.

SS1 (Safe Stop 1)

Der Antrieb wird durch kontrolliertes Bremsen zum Stillstand gebracht. Nach einem festgelegten Zeitraum wird die Stromversorgung des Motors sicher unterbrochen, in dem STO intern aktiviert wird.

 

SS2 (Sicherer Stopp 2)

Der Antrieb wird durch kontrolliertes regeneratives Bremsen zum Stillstand gebracht und verbleibt anschließend in einem kontrollierten Stillstand.

SBC (Safe Brake Control)

Sichere Steuerung einer elektromechanischen Haltebremse, typischerweise für vertikale Achsen.

 

SBT (Sicherer Bremsentest)

Um eine Sicherheitsstufe von SIL2 oder höher zu erreichen, muss die elektromechanische Bremse getestet werden.

SDB (Sichere dynamische Bremse)

In manchen Anwendungen ist es vorteilhafter, die Motordrähte über „sichere“ Relais kurzzuschließen, anstatt eine elektromechanische Haltebremse zu verwenden.

Die SafeMotionMonitor-Einheit von Kollmorgen verfügt über eine große Auswahl ISO-zertifizierter Optionen, die praktisch alle funktionalen Sicherheitsanforderungen erfüllen können. Diese Sicherheitsfunktionen sind zu 100 % antriebsintegriert, sodass keine externen Lösungen mit komplizierten Integrationen zwischen der Steuerung, der sicheren SPS und dem Antrieb erforderlich sind.

Fortschrittliche Wartungs- und Leistungskenndaten

Webbasierte Funktionen ermöglichen es dem Benutzer, den Status jeder Achse zu prüfen und die Maschine aus der Ferne zu starten oder zu stoppen. Diese Fähigkeit, die Maschine in Echtzeit zu überwachen, bietet die Möglichkeit, vorbeugende Wartungsarbeiten durchzuführen, was die Sicherheit der Maschine insgesamt verbessert. Darüber hinaus ist keine PC-Software oder Programmierung an einem Bedienfeld erforderlich, um die Maschine bei einem Austausch oder einer vorbeugenden Wartung zu konfigurieren, was die Betriebszeit einer Verpackungslinie deutlich steigern kann. Man spricht häufig vom „Nachtschichteffekt“, wenn das Unerwartete während der Nachtschicht passiert, in der die meisten Unternehmen die Maschine mit eingeschränkter Unterstützung laufen lassen. Diese Tools helfen, dieses Risiko teilweise zu mindern.

Neben der vorbeugenden Wartung bietet eine integrierte Maschine mit Internetverbindung den Vorteil, dass sie dem Endbenutzer mehr Daten für die Leistungstrendanalyse zur Verfügung stellt, um die Betriebseffizienz zu steigern. Automatische Sicherungs- und Wiederherstellungsfunktionen ermöglichen den Austausch eines Servoverstärkers ohne Konfiguration. Informationen werden zentral gespeichert und heruntergeladen, und oftmals ist ein integriertes Hilfe-System direkt in der Entwicklungssoftware mit integrierter Hilfefunktion eingebaut.

Maschinen entwickeln, die sich den wandelnden Anforderungen anpassen

Intelligente, integrierte Technologien bieten neben dem geringeren Platzbedarf weitere Vorteile, die dem Betrieb der Verpackungsmaschine zugutekommen: vorausschauende Wartung und Leistungsmodellierung, fortschrittliche Sicherheitsfunktionen, einfachere Integration verschiedener Komponenten und einfache Handhabung und Konfiguration für den Endbenutzer.

Bedenken Sie bei der Aufrüstung oder der Entwicklung eines neuen Verpackungssystems, dass die meisten Gerätehersteller vorgefertigte Produkte verwenden, die den Benutzer für zehn Jahre oder länger an ein System binden. Dies kann besonders ärgerlich sein, wenn ein Verpackungshersteller oder Endbenutzer die Betriebsabläufe kontinuierlich verbessern und die Maschine den sich wandelnden Anforderungen anpassen möchte. Der Gerätehersteller sollte sich den Input seiner Benutzer zu Herzen nehmen und ihnen helfen, ihre langfristigen Ziele zu erreichen.

Für jede Bewegung: Kollmorgen

Seit mehr als 70 Jahren konzipiert und baut Kollmorgen Antriebssysteme, die den Anforderungen der modernen Verpackungs- und Fertigungsindustrie gerecht werden. Von unserer Bewegungs- und Maschinensteuerung über den AKD2G Servoverstärker und den AKM2G Servomotor bis hin zur Kollmorgen Automation Suite, einer Maschinenautomationslösung, die hochintegrierte Software, erstklassige Bewegungssteuerung und SafeMotionTM-Funktionen vereint – die Antriebssysteme von Kollmorgen bieten die Art von Integration, Intelligenz und Automatisierung, mit denen OEMs Maschinen bauen können, die flexibel und schnell auf die Anforderungen ihrer Kunden angepasst werden können.

Wir bieten Co-Engineering und regionale Unterstützung für einen schnellen Produktionsanlauf und eine langfristige, nachhaltige Lieferkette. Wenn es um den zuverlässigen Einsatz Ihrer Verpackungsmaschine über die gesamte Lebensdauer geht, können Sie sich auf Kollmorgen verlassen. Vom Konzept bis zur Produktion ist Kollmorgen der richtige Partner für anspruchsvolles Design, leistungsstarke Konstruktion und verlässliche Supply Chain.

Über den Autor

Kollmorgen Experten

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Dieses Blogthema wurde in Zusammenarbeit von Motion- und Automationsexperten bei Kollmorgen erstellt, darunter Ingenieure, Customer Service - Mitarbeiter und Applikateure. Gerne helfen wir auch bei Ihrem Projekt.

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