Druckgießmaschinen mit integrierter Safety
Mehr Transparenz auf einer Plattform
Die Kaltkammer-Druckgießmaschinen des Unternehmens Frech umfassen Schließkraftbereiche zwischen 2.750 und 52.000kN. In der neuen Generation der Maschinen wurde unter anderem großer Wert auf die Service- und Diagnosefähigkeit gelegt. Mit einer integrierten Safety-Lösung wurde dazu auch die Sicherheitssteuerung auf die gemeinsame Automatisierungsplattform umgestellt.
Bild: Bachmann Electronic GmbHDas Maschinenbauunternehmen Oskar Frech aus dem schwäbischen Schorndorf ist spezialisiert auf Warm- und Kaltkammer-Druckgießmaschinen sowie Druckgießwerkzeuge. Die wohl wichtigste Produktivitätskennzahl für Gießereien ist die Gesamtanlageneffektivität der Druckgießzelle. Sie berechnet sich im Wesentlichen aus der Verfügbarkeit der Anlage, den Zykluszeiten sowie der erreichten Qualität der Gussteile. Deshalb gilt es zum Beispiel, die Stillstandzeiten der Maschine, sei es für das Umrüsten oder für Wartungen, weitestmöglich zu reduzieren: "Eine Erhöhung der Verfügbarkeit der Maschine um wenige Prozent, kann für den Gießer rasch eine signifikante Ertragssteigerung bedeuten", erklärt Heinrich Kleuren, Bereichsleiter Konstruktion und Entwicklung bei Frech. Auch deshalb stand bei den neuen Kaltkammer-Druckgießmaschinen unter anderem die Servicefähigkeit im Vordergrund. "Eines unserer erklärten Ziele war es, die Diagnosefähigkeit zu verbessern und den Remote-Zugriff zu vereinfachen", zitiert Peter Maurer, Leiter Entwicklung Steuerungs- und Regelungstechnik bei Frech, aus dem Lastenheft.
Bild: Bachmann Electronic GmbHDurchgängige Diagnose
"Gießereien wollen den First-Level-Support ihrer Maschinen selbst übernehmen, das spart vor allem Zeit, aber auch Kosten. Dafür stellen wir ihnen die entsprechenden Werkzeuge, beispielsweise durch umfangreiche Service- und Diagnoseapplikationen als Teil unserer Anlagenvisualisierung oder auch Remote-Service-Lösungen sowie Telefon-Support zur Verfügung", erklärt Maurer. Ein weiterer wichtiger Schritt war auch die Integration der Sicherheitsfunktionen auf eine gemeinsame Plattform mit der Maschinensteuerung: "Wir haben uns dazu entschlossen, die bisherige autarke Sicherheitssteuerung abzulösen, auf die wir datenseitig über die Maschinensteuerung keinen Zugriff hatten", so Maurer weiter. "Mit der Integration der Safety-Lösung von Bachmann besteht dann auch im Servicefall die Möglichkeit, die Maschine mit durchgehenden Werkzeugen zu diagnostizieren." Die Konfiguration und Programmierung der Safety-Funktionen ist in das Engineering Tool SolutionCenter integriert und ermöglicht so die nahtlose Verknüpfung von Standard-SPS-Aufgaben mit den Anforderungen der funktionalen Sicherheit.
Integrierte Sicherheitslösung
Vor allem bei den großen Maschinen setzt Frech auf eine verteilte Automatisierung. Anlagenteile lassen sich so unabhängig voneinander vormontieren, die Verkabelung wird einfacher. Auch hierbei sieht Heinrich Kleuren mit der integrierten Safety-Lösung Vorteile: "Durch die Möglichkeit der Mischung sicherer und nicht sicherer Kanäle und der Verfügbarkeit aller I/O-Kanäle in der Software, vermindert sich der Verdrahtungsaufwand, sodass die Fertigungs- und Produktqualität gesteigert werden kann." Zeit wird nun auch in der Entwicklung gespart, wie Peter Maurer anmerkt: "Wir kennen die Baugruppen und das Entwicklungswerkzeug bereits bestens, denn die Safety-Module sind vollständig in das M1-System und somit auch in die Entwicklungsumgebung integriert."
Bild: Bachmann Electronic GmbHDurchdringung mit Bus-Systemen
Für die Zukunft sieht man bei Ferch eine weitere Durchdringung der Maschine mit Feldbussen. Auch das sei, so sind Kleuren und Maurer überzeugt, eine logische Konsequenz der Überlegungen im Hinblick auf Industrie 4.0: Die Vernetzung von Maschinen und Anlagenteilen und der damit verbundene Datenaustausch gewinnen zunehmend an Bedeutung. Gewünscht ist eine Transparenz bis auf die letzte Ebene, was voraussetzt, dass innerhalb einer Maschine alle Komponenten bis hin zum kleinsten Ventil digitalisiert sind. "Einen wichtigen Anspruch, den wir deshalb schon heute an das Steuerungssystem stellen, ist, dass es mit verschiedenen Bussystemen parallel arbeiten kann. Auch dieses Detail schätzen wir an der von uns verwendeten MC205-CPU von Bachmann, die über zwei Ethernet-Ports verfügt", ergänzt Kleuren. Ein Port wird klassisch mit TCP/IP-Protokoll zur Einbindung der Maschinen in das Netzwerk, für die Visualisierung und den Fernzugriff genutzt. Am zweiten Port werden über Profinet beispielsweise die Frequenzumrichter sowie Sensoren angeschlossen.
Zu jedem Schuss die Daten
Zunehmend verpflichten Hersteller ihre Zuliefergießereien auch dazu, die vollständige Nachverfolgbarkeit des Gießprozesses bis hin zum einzelnen Bauteil, also für jeden einzelnen Schuss, zu gewährleisten: Zeitstempel, Gießdruck, Werkzeug, Abkühlzeit und vieles mehr gilt es dabei zu erfassen. "Eines ist klar: Die Datenmenge, die eine Druckgießmaschine bereit stellen muss, wird wachsen", resümiert Maurer. Auch wenn der größere Teil der Daten heute von den Kunden noch nicht ausgewertet wird, ist Frech bereit: Mit dem OPC-Server von Bachmann wird eine PC-kompatible Software-Schnittstelle gemäß OPC-Standard zur Verfügung gestellt. Die Anbindung an Prozessdaten und somit eine zeitnahe Erfassung von Wertänderungen mit exakter Zeitstempelung ist damit gegeben. "Die gewünschten Prozesswerte können so einem externen Client jederzeit offengelegt werden", so Peter Maurer.
Bereit für die Zukunft
Der eigentliche Gießprozess und somit die benötigte Hardware, unterliegt zwar keinen raschen Innovationszyklen, dennoch: "Die Nutzungsdauer unserer Anlagen liegt bei mindestens 15 Jahren, viele Anlagen sind bis zu 30 Jahre in Betrieb", schildert Kleuren das Marktumfeld. Im Betrieb der Anlagen, bei der Bedienung, Visualisierung und Vernetzung der Maschine, sind jedoch permanente Weiterentwicklungen gefordert: "Umso wichtiger ist es deshalb, dass unsere Zulieferer Hardware und Software so weit voneinander abstrahieren, dass man unproblematisch kurze Software-Zyklen realisieren kann", ergänzt Maurer. "Mit dem M1-Automatisierungssystem haben wir dafür eine sehr gute Basis."
Die Kaltkammer-Druckgießmaschinen des Unternehmens Frech umfassen Schließkraftbereiche zwischen 2.750 und 52.000kN. In der neuen Generation der Maschinen wurde unter anderem großer Wert auf die Service- und Diagnosefähigkeit gelegt. Mit einer integrierten Safety-Lösung wurde dazu auch die Sicherheitssteuerung auf die gemeinsame Automatisierungsplattform umgestellt.
Bild: Bachmann Electronic GmbHDas Maschinenbauunternehmen Oskar Frech aus dem schwäbischen Schorndorf ist spezialisiert auf Warm- und Kaltkammer-Druckgießmaschinen sowie Druckgießwerkzeuge. Die wohl wichtigste Produktivitätskennzahl für Gießereien ist die Gesamtanlageneffektivität der Druckgießzelle. Sie berechnet sich im Wesentlichen aus der Verfügbarkeit der Anlage, den Zykluszeiten sowie der erreichten Qualität der Gussteile. Deshalb gilt es zum Beispiel, die Stillstandzeiten der Maschine, sei es für das Umrüsten oder für Wartungen, weitestmöglich zu reduzieren: "Eine Erhöhung der Verfügbarkeit der Maschine um wenige Prozent, kann für den Gießer rasch eine signifikante Ertragssteigerung bedeuten", erklärt Heinrich Kleuren, Bereichsleiter Konstruktion und Entwicklung bei Frech. Auch deshalb stand bei den neuen Kaltkammer-Druckgießmaschinen unter anderem die Servicefähigkeit im Vordergrund. "Eines unserer erklärten Ziele war es, die Diagnosefähigkeit zu verbessern und den Remote-Zugriff zu vereinfachen", zitiert Peter Maurer, Leiter Entwicklung Steuerungs- und Regelungstechnik bei Frech, aus dem Lastenheft.
Bachmann electronic GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 5 2016 - 13.05.16.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
