Integration von Deltarobotern für Pick&Place-Aufgaben
25 Prozent Produktivitätsgewinn
Die zuverlässige Einhaltung von Qualitätsstandards bei der Fertigung aseptischer Probenahmebeutel stellt anspruchsvolle Anforderungen an die Hersteller. Durch die Integration von Pick&Place-Robotern lässt sich das manuelle Einlegen von Zubehör in die Beutel automatisieren. Mithilfe von durchgängig modularer Steuerungstechnik können zudem Durchsatz, Wiederholgenauigkeit und Qualitätskontrolle verbessert werden.
Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KGDas in Sainte-Julie, Quebec, ansässige Unternehmen Labplas beliefert Kunden in der Lebensmittel-, Agrar-, Veterinär- und Pharmaindustrie. Außer sterilen Probenahmebeuteln gehören Teststäbchensets und umweltfreundliche, biologisch abbaubare Beutel zum Angebot. Dabei stellt die zuverlässige Einhaltung von Qualitätsstandards anspruchsvolle Anforderungen bei der Fertigung aseptischer Probenahmebeutel. Schließlich müssen solche Beutel Probenschwämme, Lebensmittel, Arzneimittel oder organische Substanzen aufnehmen, die in Labors getestet und vor Kontaminierung geschützt werden müssen. Die Erfüllung individueller Kundenwünsche ist ein Alleinstellungsmerkmal von Labplas. Deswegen entwickelt, baut und implementiert das Unternehmen seine Fertigungssysteme selbst. Auf diesen Maschinen können mit geringem Umrüstungsaufwand Beutel in Breiten von 3 bis 33" und aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. "Unserer Ansicht nach haben wir für diese Produkte eine der besten Technologieplattformen. Trotzdem verbessern wir unsere Anlagen laufend durch stärkere Automatisierung, um bei mehr Produkten einen höheren Durchsatz zu erzielen und dabei trotzdem flexibel zu bleiben", sagt Benoit Brouillette, General Manager von Labplas.
Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KGDurchgängig modulare Steuerungstechnik
Im Zuge einer Modernisierung mehrerer Produktionslinien der Serie MM implementierte Labplas zusätzlich Robotik und GigE-Kameras, um den Durchsatz, die Wiederholgenauigkeit und die Qualitätskontrolle zu verbessern. Wichtig ist dabei vor allem die sorgfältige Planung der Steuerungsplattform bis hinunter auf die Ebene der Komponenten, damit die Maschinen flexibel genug für eine kundenspezifische Produktion bleiben. So wollte Labplas z.B. seine Montagetechnik aufrüsten, um in die gefertigten Probenahmebeutel Zubehör wie Schwämme, Tücher, Löffel oder Scheren per Roboter statt wie bisher manuell einlegen zu können. Dafür evaluierte Labplas die Möglichkeiten von Form-Fill-Seal-Systemen und entwickelte ein neues Verfahren für die Integration dieser Maschinen mit einem Sechsachs-Deltaroboter. Ziel war es, dass alle Komponenten herstellerübergreifend in Echtzeit zusammenarbeiten und Daten für das Reporting und die Prozessoptimierung erfassen können. Man wollte den Durchsatz steigern und dem Bedien- und Wartungspersonal den Wechsel zwischen verschiedenen Linien erleichtern. Da die herkömmliche SPS des vorherigen Anbieters nicht in der Lage war, diese Anforderungen sowie die geforderte Robotikintegration zu unterstützen, entschied man sich für Beckhoff als neuen Automatisierungspartner. Labplas-Entwicklungsleiter Christian Fontaine und sein Team arbeiteten bei der Neuimplementierung Hand in Hand mit Applikations- und Supportingenieuren von Beckhoff Kanada unter der Leitung von Area Sales Manager Ted Sarazin.
Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KGLeistungsfähige Antriebstechnik
Die größte Rolle bei der Neugestaltung der Produktionslinien spielten Motion-Control-Hardware und die Automatisierungssoftware Twincat 3. An insgesamt 15 Linien setzt Labplas nun Roboter ein. Die Pick&Place-Roboter und andere Antriebsachsen sind mit den Servomotoren AM8000 von Beckhoff ausgestattet, die über die Ethercat-Servoverstärker AX5000 angesteuert werden. Der Anschluss erfolgt mit One Cable Technology (OCT), wodurch sich der Verdrahtungsaufwand reduziert, da Power- und Feedbacksystem in einem Kabel zusammengefasst sind. Labplas entschied sich außerdem für die Twinsafe-Drive-Optionskarte AX580x mit den integrierten Sicherheitsfunktionen Safe Torque Off (STO) und Safe Stop 1 (SS1). "Twincat Kinematic Transformation stellt mit einer integrierten dynamischen Vorsteuerung selbst bei hohen Geschwindigkeiten und schneller Beschleunigung eine präzise Bewegung sicher. Das Wichtigste ist allerdings, dass es mit der Twincat-Suite möglich ist, nicht nur die Codian-Roboter, sondern die gesamte Maschinenlinie in Echtzeit zu steuern", erläutert Sarazin.
Skalierbare Hardware
Techniker und Bediener interagieren mit den Maschinen über die Control Panels CP29xx, die über CP-Link 4 an den Embedded-PC CX2030 angeschlossen sind. Der PC-basierte Controller mit Intel-Core-i7-Dual-Core-Prozessor dient als Hauptliniensteuerung. Fontaine erklärt: "Auf der MM9-Linie z.B. muss der kleine, integrierte Controller die Verarbeitungsleistung bereitstellen, die für den Antrieb unserer komplexen Maschine mit sieben Bewegungsachsen sowie einen Fünfachs- und zwei Dreiachs-Deltaroboter benötigt wird, und trotzdem noch über ausreichend CPU-Bandbreite für die Qualitätsüberwachung und Optimierungssoftware verfügen." Zudem unterstützt der Beckhoff-Controller auch Drittanbietersoftware unter Windows, wie z.B. die kundenspezifische KI-Lösung, die Labplas für die Qualitätskontrolle verwendet, und stellt dafür ausreichende Rechenkapazitäten bereit. Platzsparende High-Density-Ethercat-Klemmen von Beckhoff werden für den Anschluss von Sensoren, Ventilen, Anschlusskarten, Solid-State-Relais (SSRs) und anderen Geräten verwendet.
Mehr Produktivität und Flexibilität
Die Amortisationszeit der aufgerüsteten Linien betrug nicht einmal ein Jahr. Labplas erhöhte die Flexibilität seiner Maschinen, um mit weniger Umrüstungen mehr Beutelgrößen herstellen zu können. Weiterhin wurde die Grundlage für eine verbesserte Qualitätskontrolle und die Nutzung von Robotik gelegt, um Prozesse schnell und effizient abzuwickeln. Labplas gelang dabei nicht nur die Steigerung der Qualität, sondern auch eine Erhöhung des Anlagendurchsatzes und somit einen Produktivitätsgewinn von durchschnittlich 25 Prozent bei den aufgerüsteten Maschinen.
Die zuverlässige Einhaltung von Qualitätsstandards bei der Fertigung aseptischer Probenahmebeutel stellt anspruchsvolle Anforderungen an die Hersteller. Durch die Integration von Pick&Place-Robotern lässt sich das manuelle Einlegen von Zubehör in die Beutel automatisieren. Mithilfe von durchgängig modularer Steuerungstechnik können zudem Durchsatz, Wiederholgenauigkeit und Qualitätskontrolle verbessert werden.
Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KGDas in Sainte-Julie, Quebec, ansässige Unternehmen Labplas beliefert Kunden in der Lebensmittel-, Agrar-, Veterinär- und Pharmaindustrie. Außer sterilen Probenahmebeuteln gehören Teststäbchensets und umweltfreundliche, biologisch abbaubare Beutel zum Angebot. Dabei stellt die zuverlässige Einhaltung von Qualitätsstandards anspruchsvolle Anforderungen bei der Fertigung aseptischer Probenahmebeutel. Schließlich müssen solche Beutel Probenschwämme, Lebensmittel, Arzneimittel oder organische Substanzen aufnehmen, die in Labors getestet und vor Kontaminierung geschützt werden müssen. Die Erfüllung individueller Kundenwünsche ist ein Alleinstellungsmerkmal von Labplas. Deswegen entwickelt, baut und implementiert das Unternehmen seine Fertigungssysteme selbst. Auf diesen Maschinen können mit geringem Umrüstungsaufwand Beutel in Breiten von 3 bis 33" und aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. "Unserer Ansicht nach haben wir für diese Produkte eine der besten Technologieplattformen. Trotzdem verbessern wir unsere Anlagen laufend durch stärkere Automatisierung, um bei mehr Produkten einen höheren Durchsatz zu erzielen und dabei trotzdem flexibel zu bleiben", sagt Benoit Brouillette, General Manager von Labplas.
Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KGDurchgängig modulare Steuerungstechnik
Im Zuge einer Modernisierung mehrerer Produktionslinien der Serie MM implementierte Labplas zusätzlich Robotik und GigE-Kameras, um den Durchsatz, die Wiederholgenauigkeit und die Qualitätskontrolle zu verbessern. Wichtig ist dabei vor allem die sorgfältige Planung der Steuerungsplattform bis hinunter auf die Ebene der Komponenten, damit die Maschinen flexibel genug für eine kundenspezifische Produktion bleiben. So wollte Labplas z.B. seine Montagetechnik aufrüsten, um in die gefertigten Probenahmebeutel Zubehör wie Schwämme, Tücher, Löffel oder Scheren per Roboter statt wie bisher manuell einlegen zu können. Dafür evaluierte Labplas die Möglichkeiten von Form-Fill-Seal-Systemen und entwickelte ein neues Verfahren für die Integration dieser Maschinen mit einem Sechsachs-Deltaroboter. Ziel war es, dass alle Komponenten herstellerübergreifend in Echtzeit zusammenarbeiten und Daten für das Reporting und die Prozessoptimierung erfassen können. Man wollte den Durchsatz steigern und dem Bedien- und Wartungspersonal den Wechsel zwischen verschiedenen Linien erleichtern. Da die herkömmliche SPS des vorherigen Anbieters nicht in der Lage war, diese Anforderungen sowie die geforderte Robotikintegration zu unterstützen, entschied man sich für Beckhoff als neuen Automatisierungspartner. Labplas-Entwicklungsleiter Christian Fontaine und sein Team arbeiteten bei der Neuimplementierung Hand in Hand mit Applikations- und Supportingenieuren von Beckhoff Kanada unter der Leitung von Area Sales Manager Ted Sarazin.
Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KGLeistungsfähige Antriebstechnik
Die größte Rolle bei der Neugestaltung der Produktionslinien spielten Motion-Control-Hardware und die Automatisierungssoftware Twincat 3. An insgesamt 15 Linien setzt Labplas nun Roboter ein. Die Pick&Place-Roboter und andere Antriebsachsen sind mit den Servomotoren AM8000 von Beckhoff ausgestattet, die über die Ethercat-Servoverstärker AX5000 angesteuert werden. Der Anschluss erfolgt mit One Cable Technology (OCT), wodurch sich der Verdrahtungsaufwand reduziert, da Power- und Feedbacksystem in einem Kabel zusammengefasst sind. Labplas entschied sich außerdem für die Twinsafe-Drive-Optionskarte AX580x mit den integrierten Sicherheitsfunktionen Safe Torque Off (STO) und Safe Stop 1 (SS1). "Twincat Kinematic Transformation stellt mit einer integrierten dynamischen Vorsteuerung selbst bei hohen Geschwindigkeiten und schneller Beschleunigung eine präzise Bewegung sicher. Das Wichtigste ist allerdings, dass es mit der Twincat-Suite möglich ist, nicht nur die Codian-Roboter, sondern die gesamte Maschinenlinie in Echtzeit zu steuern", erläutert Sarazin.
Skalierbare Hardware
Techniker und Bediener interagieren mit den Maschinen über die Control Panels CP29xx, die über CP-Link 4 an den Embedded-PC CX2030 angeschlossen sind. Der PC-basierte Controller mit Intel-Core-i7-Dual-Core-Prozessor dient als Hauptliniensteuerung. Fontaine erklärt: "Auf der MM9-Linie z.B. muss der kleine, integrierte Controller die Verarbeitungsleistung bereitstellen, die für den Antrieb unserer komplexen Maschine mit sieben Bewegungsachsen sowie einen Fünfachs- und zwei Dreiachs-Deltaroboter benötigt wird, und trotzdem noch über ausreichend CPU-Bandbreite für die Qualitätsüberwachung und Optimierungssoftware verfügen." Zudem unterstützt der Beckhoff-Controller auch Drittanbietersoftware unter Windows, wie z.B. die kundenspezifische KI-Lösung, die Labplas für die Qualitätskontrolle verwendet, und stellt dafür ausreichende Rechenkapazitäten bereit. Platzsparende High-Density-Ethercat-Klemmen von Beckhoff werden für den Anschluss von Sensoren, Ventilen, Anschlusskarten, Solid-State-Relais (SSRs) und anderen Geräten verwendet.
Mehr Produktivität und Flexibilität
Die Amortisationszeit der aufgerüsteten Linien betrug nicht einmal ein Jahr. Labplas erhöhte die Flexibilität seiner Maschinen, um mit weniger Umrüstungen mehr Beutelgrößen herstellen zu können. Weiterhin wurde die Grundlage für eine verbesserte Qualitätskontrolle und die Nutzung von Robotik gelegt, um Prozesse schnell und effizient abzuwickeln. Labplas gelang dabei nicht nur die Steigerung der Qualität, sondern auch eine Erhöhung des Anlagendurchsatzes und somit einen Produktivitätsgewinn von durchschnittlich 25 Prozent bei den aufgerüsteten Maschinen.
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in ROBOTIK UND PRODUKTION 4 (August) 2020 - 20.08.20.Für weitere Artikel besuchen Sie www.robotik-produktion.de
