Modernisierung einer Maschinensteuerung mittels Touchterminal

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Viele Prozess- und Produktionsanlagen lassen sich technologisch kaum optimieren. Ein Effektivitätsgewinn kann dagegen meist durch den Einsatz neuer Steuerungs- und Bedienkonzepte erzielt werden, wobei die Reduzierung der Ausfallzeiten im Vordergrund steht. Dass sich ein Umrüsten auf eine moderne Steuerung lohnt, zeigt das Beispiel einer einfachen Spritzgießmaschine, bei der ein Bedienterminal zum Einsatz kommt, das die notwendige Steuerungsfunktionalität für einen Prozess geringer Komplexität bereits beinhaltet.

Dipl.-Ing. Dirk Hartmann ist Marketingleiter der Pro-face Deutschland GmbH in Solingen

Im Zuge notwendig gewordener Maschinenumrüstungen hatten die Ingenieure des Kunststoffspezialisten Erwin Quader Werkzeugbau GmbH in Espelkamp die Aufgabe, die Steuerungen einzelner Produktionslinien des Unternehmens konzeptionell zu überarbeiten und zu modernisieren. Ihre Aufgabe bestand darin, neben der Vereinfachung der Bedienung vor allem die Effektivität bei Service und Wartung zu steigern. Letztendlich verfolgten sie das Ziel, die Verfügbarkeit der Maschinen zu steigern. Das mittelständische Unternehmen fertigt Kunststoffteile für die unterschiedlichsten Branchen und verfügt über diverse Spritzgießanlagen in Espelkamp sowie an weiteren Standorten in den USA.
Anlagen-Modernisierung
Während bisher eine Maschinensteuerung aus Rechner, Tastatur, Monitor und DOS-Applikation zum Einsatz kam, sollte nun ein Touchterminal mit Steuerungsfunktionalität eingesetzt werden. Das von Pro-face gelieferte LT-A aus der Logitouch-Serie verfügt dazu über 16 digitale Ein- und 16 digitale Ausgänge und ersetzt so bereits in der Grundkonfiguration eine herkömmliche Klein-SPS. Über das Grafikpanel mit dem 6 Zoll großen Touchdisplay erfolgt das eigentlichen Bedienen und Beobachten.
Nach Auskunft der Verantwortlichen beim Spritzgießspezialisten reicht die Leistungsfähigkeit des LT-A in dieser Applikation vollkommen aus. Da sich die Maschine nur durch wenige Funktionsparameter auszeichnet, reichen bereits die im Gerät verfügbaren 32 E/A aus. Ausgangseitig wird lediglich das Förderband für den Stückguttransport in Rechts- und Linkslauf sowie eine Blinkleuchte als Statusanzeige angesteuert. Ein Initiator gibt den Zustand – offen oder geschlossen – des Presswerkzeugs weiter. Mit dem von Pro-face gelieferten Terminal konnte die Maschinenüberwachung erheblich vereinfacht werden. Das Gerät bietet dem Bediener alle relevanten Parameter „auf einen Blick“ und mittels Touchoberfläche erfolgt die Dateneingabe eindeutig und fehlerfrei.
Der Produktionsprozess ist einfach strukturiert. Der Bediener gibt vor Auftragsbeginn die Anzahl der zu produzierenden Teile sowie die Menge des verwendeten Materials pro Spritzgießteil ein. Eine Besonderheit bei der Steuerungslösung ist das selbständige Ermitteln der Zykluszeit durch die Steuerung. Beim Anfahren der Maschine wird während der ersten drei bis fünf Schüsse die durchschnittliche Presszeit für das Endprodukt ermittelt; in den meisten Fällen sind das zwischen 15 und 30 s. Einmal definiert, wird der Wert im Panel abgespeichert. Danach erkennt und überwacht das intelligente Anzeigegerät jede Abweichung. Ist der Spritzgießprozess aufgrund von Temperaturschwankungen oder fehlendem Granulat gestört, wird die Zykluszeit überschritten. Das Terminal erkennt dann einen Fehler und gibt ein Signal an die Meldeleuchte. Gleichzeitig wird die Transportrichtung des Förderbands geändert und die schlechten Teile werden aussortiert. Danach kann der Bediener die Störung beseitigen und den Prozess neu starten.
Eine weitere Fehlermeldung tritt auf, wenn die eingestellte Chargenmenge des Füllbehälters erreicht ist. Dann stoppt das Panel das Förderband und zeigt die produzierte Anzahl an, während der Spritzgießteil der Maschine weiter arbeitet. Ist der Komplettauftrag nicht erfüllt, muss der Bediener einen weiteren Behälter bereitstellen. Danach bestätigt er den Vorgang per Touch, das Förderband läuft wieder an und die produzierten Teile werden auf dem Panel weiter gezählt, wobei alle zwischenzeitlich gefertigten Teile mit gezählt werden. Die Trennung zwischen Spritzguss und Förderteil hat den Vorteil, dass der empfindliche thermische Prozess dabei nicht unterbrochen und neu gestartet werden muss, sodass eine gleichmäßige und kontinuierliche Kunststoffverarbeitung gewährleistet ist.
Unterstützung durch einen Partner
Bei der Entwicklung der Bedienoberfläche nutzten die Ingenieure von Quader das Projektierungswerkzeug LT-Editor von Pro-face, mit dem sowohl der Grafik- als auch der Logikteil erstellt werden. Das Tool bietet vielfältige Möglichkeiten, um auf einfache Weise eine leicht verständliche Oberfläche zu entwerfen. Eine umfangreiche Objektbibliothek mit mehr als 1800 vordefinierten Bauteilen, wie Schaltern, Lampen, Balken- und Trendgrafen, bildet die Basis bei der Projektentwicklung. Darüber hinaus können weitere Elemente beliebig erstellt und in eigenen Symbolbibliotheken für zukünftige Anwendungen abgelegt werden. Inhaltlich aufgeteilt nach Wort- und Bitschaltern, Funktionsschaltern wie z.B. für Bildschirmwechsel, Leuchtensymbole und Variablenanzeigen in unterschiedlicher Form, kann nahezu jede gewünschte Bedienerumgebung per einfachem Mausklick erstellt werden. Durch die gemeinsame Datenbasis werden Taster durch einfaches Ziehen und Klicken im Logikteil zum Merker und ein Ausgang wird auf dem Display zur Kontrollleuchte. Insgesamt stehen 47 Anweisungen nach IEC 61131-3 zur Verfügung.
Erfahrungen beim Umrüsten
Schon nach einer etwa vierwöchigen Probephase an der Maschine hatten sich die Bediener mit der Steuerung vertraut gemacht. Da die Werteeingabe per Touch eindeutiger und präziser als mit der Tastatur erfolgt, ist die Störanfälligkeit des Systems erheblich zurück gegangen. Nachdem bereits mehrere Maschinen mit den Geräten der Logitouch-Reihe ausgestattet sind, läuft der Betrieb annähernd wartungsfrei. Die Oberflächendefinition erfolgte sehr flexibel. Zusätzlich wurde der Platzbedarf gegenüber der alten Lösung deutlich verringert. Da sich das Pro- face-Touchterminal mit integrierter Steuerungsfunktionalität als ideale Lösung zur Automation des Materialtransports an Spritzgießmaschinen herausgestellt hat, ist bereits ein weiteres Projekt in der Entwicklung. Dabei wird ein Prüfplatz für Steckkontakte mit einem Roboterarm ausgestattet; gesteuert von einem Logitouch-Terminal.
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Dem Spritzgießen von Kunststoffen liegen komplexe steuerungs- und regelungstechnische Prozesse zugrunde, deren Beherrschung über die Qualität der Produkte entscheidet. Wer sich für diese Thematik interessiert, dem bietet die „Jahrestagung Spritzgießen 2004“ mit begleitender Fachausstellung der VDI-Gesellschaft Kunststofftechnik Gelegenheit dazu. Sie findet am 11. Und 12. Februar in Baden-Baden statt. Informationen dazu unter www.vdi.de oder
www.vdi.de/vdi/organisation/ schnellauswahl/fgkf/k/tagungen/ 09472/index.php

Während sich viele Produktionsanlagen technologisch kaum optimieren lassen, kann durch die Erneuerung der Steuerung meist ein deutlicher Effektivitätsgewinn erzielt werden, wobei die Reduzierung der Ausfallzeiten im Vordergrund steht. Dass sich ein Umrüsten auf eine moderne Steuerung lohnt, wird am Beispiel einer Spritzgießmaschine deutlich, bei der ein Bedienterminal zum Einsatz kommt, dass zusätzlich über Steuerungsfunktionalität für einen Prozess geringer Komplexität verfügt. Derartige Lösungen bringen mehr Ergonomie an die Maschine, stellen die eindeutige Dateneingabe sicher und unterstützen eine Vielzahl von Applikationen.
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