Zusatznutzen durch offene Kommunikation

Endkunden in der Lebensmittelindustrie verlangen von Maschinenbauern immer flexiblere Verpackungslinien, denn allzu schnell verändern sich heutzutage die Produkte und damit auch deren Verpackung. Triowin entwickelt entsprechende Komplettanlagen mit Delta-Robotern und setzt dabei auf PC-basierte Steuerung. Mithilfe dieser offenen Steuerungstechnik lassen sich Peripheriekomponenten integrieren und Zusatzservices einfach realisieren. Auf diese Weise sind neue Konzepte für zusätzliche Märkte schnell und effizient umsetzbar.

Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

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Immer kürzere Produktzyklen wirken sich auf Produktion, Verpackung und Logistik aus. Traditionelle Fertigungstechniken mit manuell gesteuerten Abläufen verursachen unter diesem Gesichtspunkt nicht nur hohe Kosten, sondern sie bergen für den Bediener oft auch Sicherheitsrisiken. Automatisierung und Smart-Factory-Konzepte sind daher unerlässlich, will man die Effizienz in der Verpackungstechnik weiter steigern und die Arbeitssicherheit im Fertigungsablauf verbessern - bei gleichzeitig reduzierten Kosten und immer kürzeren Umrüstzeiten. Die Firma Shanghai Triowin Intelligent Machinery gehört zu den führenden chinesischen Anbietern von Anlagen für das robotergesteuerte Verarbeiten und Verpacken von Lebensmitteln. Die automatisierten Verpackungslinien werden kontinuierlich weiterentwickelt. Dabei arbeitet man nach eigener Aussage intensiv mit Beckhoff zusammen. So wird die PC-basierte Steuerungstechnik des Unternehmens unter anderem bei Delta-Robotern für intelligente Verpackungssysteme eingesetzt.

Offene Plattform verbessert Kompatibilität

Die Zusammenarbeit mit Beckhoff begann im Jahr 2011 mit der gemeinsamen Entwicklung von Delta-Robotern. Mit der offenen Automatisierungsplattform konnten - so Triowin - alle damaligen Anforderungen erfüllt werden, insbesondere die verbesserte Kompatibilität der Delta-Roboter zu Verpackungskomponenten anderer Hersteller. Damit ergaben sich mehr Möglichkeiten, um die Roboter flexibel an kundenspezifische Anforderungen und an eine Serienfertigung anpassen zu können. Für Triowin begann damit nicht nur der Einstieg in neue Märkte, sondern das Unternehmen konnte zudem den Zugang zu weiteren margenstarken Kundengruppen erschließen. Ein erstes Produkt der Zusammenarbeit war eine intelligente PC-gesteuerte Verpackungslinie, in der Transport, Entnahme, Verpackung und Palettierung integriert sind.

Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

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Intelligente und IoT-fähige Maschinenkommunikation

Wuyun Xiao, Projektleiter und Mitarbeiter des Robot Research Institute von Triowin betont, dass man für solche Aufgaben verschiedene Produkte von Beckhoff zur intelligenten und IoT-fähigen Maschinenkommunikation verbaute. So lieferte Beckhoff unter anderem die Embedded-PCs CX2040 mit hoher Rechenleistung als eine Steuerung, die alle Algorithmen zum Steuern eines einzelnen oder auch mehrerer Roboter verarbeiten kann. Die integrierte SPS unterstützt die Standard-Programmiersprachen nach IEC61131-3, was die Integration von Peripheriegeräten erleichtert und insgesamt eine kostengünstigere Steuerungstechnik ermöglicht. Ein weiteres Plus aus Sicht von Xiao: "Die Geräte sind einfach zu installieren und es gibt sie, aufgrund der Schnittstellen zu marktüblichen Feldbussen, in zahlreichen Varianten - und das ohne Kompatibilitätsprobleme bei der Kommunikation. Wichtigstes Argument für die Entscheidung von Triowin für Beckhoff war die Offenheit der Engineering- und Steuerungsplattform Twincat."

Leistungsfähige und flexible Delta-Roboter

Die üblichen für Delta-Roboter in China verwendeten Steuerungen sind laut Xiao derzeit durch die maximal mögliche Anzahl der Roboter bzw. Achsen begrenzt und bieten nur wenige Erweiterungsmöglichkeiten. Der Datenaustausch mit anderen Geräten und die Steuerung seien eher schwierig. Mit der Automatisierungssoftware Twincat lasse sich hingegen ein hochleistungsfähiges Delta-Robotersystem aufbauen. Einerseits könne ein Controller auch mehrere Roboter steuern und anderseits vereinfache die breite Palette an Ethercat-I/O-Klemmen die Integration von Robotersystem und Verpackungslinie. Xiao erläutert dazu: "Wir haben schon sehr früh die Robotikalgorithmen der entsprechenden Twincat-Bibliothek eingesetzt, bis hin zur Entwicklung eigener Algorithmen auf Twincat-Basis. Die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff für die Programmierung auch komplexer Algorithmen ist nicht nur flexibel und komfortabel. Sie verfügt zusätzlich über reichhaltige Nockenanweisungen, die den allgemeinen Anforderungen der Produkte auf unseren Verpackungslinien entsprechen. Außerdem lässt sich bei Bedarf problemlos andere Software in die Windows-Umgebung und unsere neuen Algorithmen integrieren. Weiterhin sind mit der echtzeitfähigen und sehr schnellen PC-basierten Steuerungstechnik von Beckhoff die komplexen Motion-Control-Aufgaben umsetzbar. Hierzu tragen neben dem Embedded-PC CX2040 und Twincat auch die Servoverstärker AX5000 und die Servomotoren AM8000 bei." Aufgrund der Flexibilität von Twincat gebe es auf der Softwareseite außerdem ausreichend Möglichkeiten für individuelle Anpassungen. So werden die Positionen des Delta-Roboters nicht wie üblich durch ein NC-Programm, sondern direkt über die Software Twincat PLC gesteuert. "Bei dieser Lösung verwendet Triowin selbst entwickelte Roboteralgorithmen und Bahnplanungs-Funktionsbausteine ohne zusätzliche Robotersoftware sowie NC I oder andere Interpolationsfunktionen. Daher genügt bereits ein einziger CX2040 für die Steuerung von z.B. fünf 2D-Delta-Robotern und vier 4D-Delta-Robotern, was natürlich Hardwarekosten spart", ergänzt Xiao.

Höhere Effizienz in Produktion und Engineering

Mit Twincat lassen sich nicht nur gängige Steuerungsaufgaben realisieren, sondern gleichzeitig auch weitere Anwendungen: Big Data, Machine Vision zur Mustererkennung sowie Condition Monitoring und Power Monitoring. Für Xiao sind das äußerst nutzbringende Werkzeuge, um die Effizienz in Produktion und Engineering nachhaltig zu verbessern. Die entsprechenden Twincat-Bibliotheken analysieren und unterstützen aus seiner Sicht bestmöglich die Kommunikation zwischen Controllern und cloudbasierten Diensten. Synchron zum Maschinenzyklus speichert Twincat Analytics Prozessdaten ab; entweder lokal, auf dem Server oder in der Cloud. Alle gemessenen Werte werden aufgezeichnet und schaffen somit die Datenbasis für umfassende Analysen im Rahmen von Zusatzdiensten wie z.B. vorausschauende Wartung. Das seien hilfreiche Informationen, um teure Stillstandzeiten zu reduzieren. Aus technischer Sicht zieht Xiao folgende Bilanz: "Von besonderem Nutzen in der Zusammenarbeit mit Beckhoff waren für uns die Systemoffenheit und die Leistungsfähigkeit der Automatisierungsprodukte. Auf dieser Grundlage können wir die Leistung der Anlagen steigern. Das von Beckhoff verfolgte Konzept der hochentwickelten Technik und Offenheit hilft uns außerdem bei der Anpassung des Planungskonzepts." Sein Fazit: "Triowin wird seine Aktivitäten auch künftig auf eine intelligente Fertigung ausrichten und sich dabei auf die Entwicklung von Anlagen für den Lebensmittel- und Medikamentensektor sowie auf den Bau digitaler Smart Factories konzentrieren." Zukünftig soll außerdem der sichere Roboterbetrieb über TwinSafe realisiert werden, um durch den vollständigen Verzicht auf separate Roboter- und Sicherheitssteuerungen eine durchgängige und damit effiziente Entwicklung sowie reduzierte Gesamtkosten zu erreichen.