PC-basierte Steuerung für automatisierten Folienauftrag in der Fensterproduktion

Verdoppelter Durchsatz

Damit Glasfenster während des Versands und beim Einbau geschützt sind, werden sie bei der Herstellung mit einer PET-Schutzfolie versehen. PDS IG Equipment hat hierfür ein modulares Fensterfolien-Auftragssystem entwickelt, das mit der offenen Steuerungstechnik von Beckhoff die Anpassung an Kundenanlagen erleichtert. Der Durchsatz liegt laut Anwender nun erheblich über dem Branchenstandard. Auch biete die erhöhte Datentransparenz zusätzlichen Mehrwert für den Anlagenbetreiber.
 Servomotoren der Serie AM8000 von Beckhoff steuern zahlreiche Bewegungsachsen des modularen Systems, auch die des Applikationskopfes.
Servomotoren der Serie AM8000 von Beckhoff steuern zahlreiche Bewegungsachsen des modularen Systems, auch die des Applikationskopfes.Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Das US-amerikanische Unternehmen PDS IG Equipment bietet eine breite Palette von Maschinen für die Fensterproduktion an. Für das Anbringen von schützenden PET-Folien bei der Herstellung von Fensterglas aller Größen hat der Maschinenbauer eine modulare automatisierte Lösung entwickelt, die hohe Wiederholgenauigkeit, kurze Zykluszeiten und eine zuverlässige Datenerfassung ermöglicht. Hierfür greift PDS IG auf Ethercat- und PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff zurück.

 Das modulare Fensterfolien-Auftragssystem von PDS IG lässt sich leicht in bestehende Anlagen integrieren und über den Beckhoff-Panel-PC CP6202 komfortabel bedienen.
Das modulare Fensterfolien-Auftragssystem von PDS IG lässt sich leicht in bestehende Anlagen integrieren und über den Beckhoff-Panel-PC CP6202 komfortabel bedienen.Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Anforderungen an die Präzision

Das entstandene Fensterfolien-Auftragssystem umfasst mehrere Module, beginnend mit einem manuell beladenen Einlaufförderer, der die Isolierglaseinheit in das Folienaufbringungsmodul transportiert. Jedes Glas wird genau vermessen. Der Applikationskopf bedeckt dann die Oberfläche in so vielen Durchgängen wie nötig mit PET-Folie in 30 bis 40cm Breite. Sobald die Folie auf einer Seite aufgetragen ist, wird die Isolierglaseinheit in einer Wendestation horizontal um 180° gedreht und in den zweiten Folienapplikator befördert. Nach dem Abdecken der anderen Seite entlädt ein Bediener oder Roboter das vollständig geschützte Glas.

Bei der Konstruktion des Systems wurde schnell klar, dass Echtzeitkommunikation der Schlüssel für die nötige Präzision ist. Der Folienapplikator muss nämlich einen konsistenten Cutback hinterlassen. Das ist ein dünner Streifen an den Rändern, der frei bleiben muss, damit die Folie nach dem Einbau des Fensters in den Rahmen problemlos abgezogen werden kann und mit ihr alle Verschmutzungen, die sich angesammelt haben. „Die Fenstergrößen reichen von 30×30 bis 245x355cm,“ sagt Steve Polkinghorne, Automatisierungstechniker bei PDS IG. „Unsere Maschine muss aber den Randstreifen über den gesamten Bereich hinweg gleich halten.“ Neben der genauen Messung erfordert diese Präzision eine zuverlässige Antriebssteuerung. 28 Bewegungsachsen sind erforderlich, um die Fördermodule und die X- und Y-Achsbewegungen des Folienauftragskopfes richtig zu steuern.

 Die Servoverstärker der Serie AX5000 versorgen alle Bewegungsachsen über die Einkabeltechnik OCT, die Leistung und Positions-Feedback in einem Kabel bereitstellt.
Die Servoverstärker der Serie AX5000 versorgen alle Bewegungsachsen über die Einkabeltechnik OCT, die Leistung und Positions-Feedback in einem Kabel bereitstellt.Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Flexible Automatisierung

Im Fensterfolien-Auftragssystem kommen zahlreiche Beckhoff-Komponenten zum Einsatz. Als Bedienoberfläche dienen Economy-Einbau-Panel-PCs vom Typ CP6202, die in kompakten Schaltschränken montiert und an den Maschinenmodulen aufgehängt sind. „Mit der Geräteserie können wir nicht nur das HMI, sondern auch einen Thin Client betreiben, um die Modularität zu erhöhen“, betont Polkinghorne. Je nachdem, wie viele Module verwendet werden, kann eine Maschinenlinie über 30m lang sein. Mit den Thin Clients können die Benutzer von jedem Panel-PC aus zur Oberfläche jedes einzelnen Maschinenmoduls navigieren. Die Maschinensteuerung basiert auf einem Schaltschrank-IPC C6930 und der Automatisierungssoftware Twincat 3. Mit deren Feature Core-Isolation kann PDS IG einzelne Steuerungsfunktionen wie SPS, Motion Control oder Safety den vier Kernen des Core-i7-Prozessors gezielt zuordnen. Laut Polkinghorne ermöglicht der Twincat Database Server außerdem das Sammeln von Produktionsinformationen in SQL-Datenbanken, welche die Kunden in Informationen zur Verbesserung der Produktion umwandeln können. Ethercat stellt die schnelle, deterministische Kommunikation sicher, welche für die präzise Messung und den exakten Filmauftrag notwendig ist. Insbesondere die digitale Eingangsklemme EL1252 mit Extreme-Fast-Control-Technik (XFC) bietet eine Zeitstempelung mit einer Auflösung von 1ns. Ethercat ermöglicht auch die Nutzung der integrierten Sicherheitstechnologie Twinsafe, um eigene, über Twincat 3 programmierte Sicherheitslogiken zu implementieren. Diese können direkt auf Twinsafe-Komponenten wie die Klemme EL6900 geladen werden.

Für die 28 Bewegungsachsen der Standardkonfiguration kommen neben den Servoverstärkern der Serie AX5000 die leistungsstarken Servomotoren der Serie AM8000 zum Einsatz. Sie werden über die Einkabeltechnik OCT kostensparend mit Steuerungssignalen und Leistung versorgt. Mit den Twinsafe-Optionskarten AX5805 implementieren die Antriebe außerdem antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen wie sicherer Betriebshalt (SOS) und Stopp (SS1, SS2), sichere Geschwindigkeit (SSR, SLS, SSM), sicher begrenzte Position (SLP) sowie sichere Beschleunigung (SMA, SAR) und Drehrichtung (SDlp, SDln).

Hohe Leistungskapazität

Das Fensterfolien-Auftragssystem von PDS IG erreicht eine hohe Wiederholgenauigkeit und Flexibilität sowie kurze Zykluszeiten. Durch die Hochgeschwindigkeitsmessung mit Ethercat-XFC-Klemmen weist der Applikator selbst bei den größten Glaseinheiten eine Genauigkeit von ±0,32cm beim Randbeschnitt auf. „Wenn diese Folie auf ein 213 oder 244cm langes Fenster aufgebracht wird, ist diese Beständigkeit bemerkenswert, besonders wenn man bedenkt, wie dehnbar die Folie ist“, so Michael Rapp, Vizepräsident Vertrieb bei PDS IG. Obwohl die Glasabmessungen von Stück zu Stück variieren, verdoppele die Lösung in etwa die Leistung, die mit anderen Systemen auf dem Markt möglich ist. „Unsere Zykluszeiten betragen im Durchschnitt 25 bis 30s pro Fenster, sodass der Durchsatz für eine Achtstundenschicht etwa 1.000 bis 1.200 Isolierglaseinheiten beträgt – im Vergleich zu anderen in der Branche, die in der gleichen Zeit 500 bis 600 Stück produzieren.“ Durch die flexible und skalierbare Automatisierungstechnik könne man dem System noch weitere Module hinzufügen und den Durchsatz pro Schicht auf 2.000 Einheiten erhöhen – selbst wenn jede Einheit eine andere Artikelnummer hat.

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