Nahtlose Integration

Eben mal fix die Programmierzeit um 80 Prozent verringern? Über „eben mal fix“ lässt sich diskutieren, über „80 Prozent“ nicht. Diese Zeitersparnis stand beim Anwender zu Buche, der in die Förderstrecke seiner Highspeed-Verpackungsanlage 160 Rockwell-Antriebe integriert hat.

Der britische Systemintegrator XCS Systems in Droitwich Spa, Worcestershire, konzentriert sich auf Hochgeschwindigkeits-Prozesssteuerungen in der Verpackungsindustrie. Ein spezielles Interesse gilt dabei dem Nahrungsmittel- und Getränkesektor. Zum Kundenkreis zählen Sowohl Branchenführer als auch kleine und mittelständische Unternehmen. Alle eint der hohe Anspruch an Technik, Dokumentation, Sicherheit, Vertraulichkeit und Zuverlässigkeit.

XCS Systems hat sich das ehrgeizige Ziel gesetzt, die Erwartungen seiner Kunden durch die Lieferung von Komplettlösungen für spezielle Applikationen und schlüsselfertige Projekte noch zu übertreffen. Eine besondere Herausforderung war ein Projekt für eine Konservenfabrik, bei dem es um die Integration von über 160 Motoren und Antrieben in eine neue Förderstrecke für Konservendosen ging.

Bei dieser komplexen Anlage musste XCS Systems eine ganze Reihe von Anforderungen bewältigen: Reduzierung der Konstruktions- und Inbetriebnahmezeit für das Steuerungssystem, Optimierung der Antriebsdrehzahlregelung zur bewährten Prozesssteuerung, Senkung des Energieverbrauchs und Reduzierung der Programmierzeit zur einfacheren Integration der Antriebe in die Steuerungsprogramme.

Ziel ist eine möglichst schonende Förderung

Sämtliche 160 Antriebe separat zu programmieren, wäre mühsam und zeitraubend gewesen. XCS sah sich daher nach einem integrierten Steuerungssystem um, das alle Antriebe und die gesamte Drehzahlregelungssoftware verknüpfen und bei der Programmierung Zeit einsparen sollte. Mit einer besseren Prozesssteuerung sollte zudem die Produktionsqualität erhöht werden. Ziel war in diesem Fall, Schäden an den Konservendosen auf dem Förderband zu minimieren.

Gemeinsam mit Rockwell Automation setzten die Briten auf die Integrated Architecture Automatisierungsplattform von Rockwell Automation, eine Plattform, die sie insbesondere mit intelligenten Motorsteuerungen in Verbindung mit Allen-Bradley Steuerungen bringen. Diese Lösung kombiniert moderne Motorsteuerungs- und Schutzgeräte mit erweiterten Vernetzungs- und Diagnosefähigkeiten und einer Einzelsteuerungs-Infrastruktur und erleichtert damit die Inbetriebnahme, senkt die Installationskosten und gewährleistet den einfachen Zugriff auf Anlagen- und Produktionsdaten.

Für die Motoren der Förderstrecke empfahl Rockwell Automation Frequenzumrichter vom Typ Allen-Bradley PowerFlex 40 und, für die Schräg- und pneumatischen Förderer, Frequenzumrichter der Serie PowerFlex 70. Die Umrichter sind allesamt über ein EtherNet/IP-Netzwerk mit Anzeigemodulen des Typs PanelView Plus CE, programmierbaren Automatisierungssteuerungen ControlLogix, POINT I/O-Systemen und RSLogix 5000-Software der Version 16 miteinander verbunden.

„Mit den Frequenzumrichtern können wir die Lüfter viel langsamer laufen lassen, wenn sich auf dem pneumatischen Förderer keine Konservendosen befinden. Da wir die Lüfter dadurch nur so schnell wie nötig, mit vielleicht 20 Hz, betreiben, können wir Energie einsparen,” erklärt Paul Croad, von XCS Systems. „Der wichtigste Faktor ist dabei die Drehzahlregelung – und dafür ist ein Netzwerk schon sehr praktisch. Man kann damit die Drehzahlrückführung direkt von den Maschinen und ihren Antrieben erhalten, während wir früher die Analogsignale in die Rückführungsschleife zurück fest verdrahten mussten.”

Was die Reduzierung der Konstruktions- und Inbetriebnahmezeit betrifft, so stellte die Kombination aus EtherNet/IP-Netzwerk und RSLogix 5000-Software eine einfache und technisch überlegene Lösung dar. Insbesondere die Programmiersoftware war dafür verantwortlich, dass sich Konfigurationsarbeiten und Inbetriebnahme für XCS Systems einfacher als je zuvor gestalteten.

Die RSLogix 5000-Software verfügt nämlich über eine so genannte ‚Premier Integration’-Fähigkeit mit PowerFlex-Antrieben. Diese integrierte Funktion zur Konfiguration von Umrichtern ermöglicht es den Anwendern, Konfigurationen am Antriebssystem sowie Betrieb und Wartung in einer einzigen integrierten Umgebung zusammenzufassen. Damit senkt sie Programmier-, Installations- und Gesamtbetriebskosten und beschränkt die Anzahl der benötigten Softwaretools auf ein Minimum.

Reaktion in Millisekunden

Die Bandbreite des EtherNet/IP-Netzwerkes bietet für sämtliche Rückführungssignale zu den Antrieben eine Systemreaktionszeit von 50 bis 70 Millisekunden. Dadurch konnte XCS Systems sämtliche Maschinen und die verschiedenen Streckenabschnitte der Fertigungslinie miteinander verzahnen. Die Software sorgt dafür, dass es einen einzigen Netzwerkstandard für die gesamte Produktionslinie gibt. Dies vereinfacht die Integration der Antriebe in die Steuerungsprogramme über das EtherNet/IP-Netzwerk und macht Aufgaben in Bezug auf Konzeption, Konfiguration und Inbetriebnahme der Linie sehr viel flexibler.

„Das globale EtherNet/IP-Netzwerk verbindet jetzt alle Maschinen. So können die Ingenieure jede beliebige Maschine bzw. jeden beliebigen Teil der Streckensteuerung von jeder beliebigen Stelle der Strecke aus programmieren”, erläutert Croad.

Mit der Lösung von Rockwell Automation gelang es XCS Systems, seine Zielsetzungen für das beschriebene Projekt zu erreichen. Die eingesetzten, antriebsgesteuerten pneumatischen Förderer bewegen die Konservendosen auf einem Luftkissen weiter, wenn die Dosen von einem breiten Förderer auf eine Vereinzelungsstrecke übergeben werden. Dadurch gibt es weniger beschädigte Dosen und die Produktionsqualität der Konservenfabrik konnte verbessert werden.

Durch den Einsatz der PowerFlex-Frequenzumrichter reduzierte XCS Systems sowohl den Energieverbrauch als auch den Verschleiß an Motoren und mechanischer Ausrüstung. Bei nahezu leerem Förderer kann das System die Konserven rasch und reibungsarm entlang eines Luftkissens beschleunigen. In dem Maße, wie sich der Förderer füllt und mehr Luft zur Bewegung des Gewichts der Konserven benötigt wird, werden die Lüfter durch den Antrieb beschleunigt.

Schnelle Navigation durch kompakte Darstellung

Dazu erläutert Peter John von XCS Systems: „Wir nutzen das Manometer-Feedback um die Geschwindigkeit automatisch zu reduzieren und dadurch den Energiebedarf zu senken. Dadurch verbrauchen wir stets nur soviel Energie, wie gerade nötig. Zuvor wären für die Implementierung mehrere Codezeilen nötig gewesen, aber mit der RSLogix 5000-Software konnten wir anwenderdefinierte Befehle erstellen, die das Schreiben eines Unterprogramms vereinfachten und die Navigation schneller und einfacher machten. Das Programm ist dadurch viel kompakter und für das Wartungspersonal einfacher zu verstehen.”

Die anwenderdefinierten Befehle waren auch dafür verantwortlich, dass XCS Systems bei der Programmierung eine Zeitersparnis von 80 Prozent realisieren konnte. John zufolge kann nun die Programmierung, für die das Team früher zwei Monate für die Entwicklung und Umsetzung benötigte, in einer Woche erfolgen. XCS Systems musste mit der Programmiersoftware von Rockwell Automation einen Befehl nämlich nur noch einmal editieren, um alle Antriebe zu erfassen.

Die Antriebsparameter sind direkt in der RSLogix 5000-Software hinterlegt, so dass sich alle Antriebsdaten an einem Ort befinden und nur ein Tool zur Vernetzung und zur Programmierung des Steuergerätes verwendet werden muss. Dadurch sparte XCS Systems Platz im Schaltschrank.

„Früher bestand ein Steuerungs-Chassis aus mehreren Racks, die mit digitalen und analogen Ein- und Ausgängen bestückt waren”, erklärt Croad. “Heutzutage machen es kleinere Bedienfelder leichter, neue Ausrüstung in eine bestehende Anlage einzubauen.”

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