Aida Engineering profitiert bei IoT-Lösung von Beckhoff-Technik

Kazunobu Shinoda, Business Development Manager, Beckhoff Automation Japan

Inhaltsverzeichnis

1. Steuerungstechnik erleichtert Datenerfassung
2. IoT-Technologie macht Anlagenzustand transparent
3. Großanlagen erfordern präzise Synchronisation
4. Schnelle Prozesssteuerung erhöht Effizienz
5. Anwender konfiguriert Anlage softwaregestützt

Servopressen der japanischen Aida Engineering Ltd können eine Umformkraft von mehr als 3000 Tonnen aufbauen – doch die insbesondere in der Automobilindustrie eingesetzten Stahlbleche mit hoher Zugfestigkeit erfordern gleichwohl eine exakte Geschwindigkeitsregelung, um eine sehr präzise Verarbeitung zu ermöglichen. Das gilt insbesondere für eine neue Servopresse in Tandem-Ausführung, die auch komplexe Geometrien in kurzer Zeit formen kann.

Steuerungsseitig setzt Aida deswegen bei Servopressen im mittleren und hohen Leistungsbereich auf Industrie-PCs (IPCs), die Automatisierungssoftware Twincat 3 sowie Ethercat-I/O-Klemmen der Beckhoff Automation GmbH & Co. KG aus Verl. Deren PC-basierte Steuerungstechnik kommt auch bei den Transfereinheiten zum Verbinden mehrerer Pressen zum Einsatz – und legt die Basis für das Internet of Things (IoT).

Steuerungstechnik erleichtert Datenerfassung

Aida gehört nach eigener Aussage zu den Pionieren bei der Entwicklung von IoT-Systemen – hier seien die Echtzeit-Ethernet-Technologie Ethercat und Beckhoff-Komponenten laut Sotoyuki Kaneko, Leiter der Abteilung System Control bei Aida, starke Katalysatoren der Innovationen. Ein Beispiel ist das auf Microsoft Azure basierende System Aicare (Aida Information Care), das wichtige Daten der Presse wie Produktqualität, Betriebsparameter und Wartungsinformationen überwacht und visualisiert. Um die Formteilqualität analysieren zu können, müssen multiple Daten zeitlich synchron und nacheinander erfasst werden.

Aicare realisiert die Erfassung der Daten mit Hilfe der Distributed Clocks von Ethercat. Da hierüber alle Daten mit einem Zeitstempel versehen und gut strukturiert sind, lässt sich die Formteilqualität jedes Pressenhubs später leicht analysieren. Hierbei kommt ein Verfahren des Machine Learning (Support Vector Machine, SVM) zur Anwendung, was laut Kaneko mit der PC-basierten Steuerung von Beckhoff einfach zu realisieren war.

IoT-Technologie macht Anlagenzustand transparent

Weiterhin kann sich der Anwender über Microsoft Azure auf der Aicare-Webseite Betriebsinformationen sowie Daten zu Temperatur und Energieverbrauch anzeigen lassen. Autorisierte Personen bekommen außerdem etwaige Warn- und Fehlermeldungen zugeschickt. „Aicare profitiert ebenfalls enorm von der Echtzeit-Kommunikation mit Ethercat und der PC-basierten Steuerungstechnik, denn diese Komponenten ermöglichen die problemlose Integration mit Cloud-Diensten wie Microsoft Azure und damit die Nutzung fortschrittlicher IoT-Technologie“, fährt Sotoyuki Kaneko fort.

Großanlagen erfordern präzise Synchronisation

Steuerungsseitig muss für den reibungslosen Betrieb von Großanlagen, wie sie Aida herstellt, die Synchronisation aller Anlagenteile sichergestellt sein. Laut Sotoyuki Kaneko hat sich Ethercat aufgrund seiner leistungsfähigen Datenübertragung auch über längere Distanzen sowie der präzisen Synchronisation als die beste Lösung zur Realisierung des Aida-Systems erwiesen. Er erinnert sich noch an die Einführung von Ethercat und die damit mögliche Unterstützung extrem hoher Geschwindigkeiten, präzise Synchronisation und Langstreckenübertragungen über bis zu 100 Metern über ein Standard-Ethernet-Kabel. „Damit werden alle Anforderungen der Aida-Pressen erfüllt, so dass wir uns für dieses Kommunikationssystem entschieden haben.“

Aida ersetzte zudem die zuvor eigenentwickelten Steuerungen durch die Beckhoff-Komponenten, die nun standardmäßig die Steuerungsplattform für Aida-Pressen bilden. „Hätten wir weiterhin selbst die Steuerungssysteme entwickelt, wäre dies auch für die mit dem System verbundenen I/O-Klemmen notwendig gewesen“, erläutert Kaneko. „Das wäre allerdings für uns bei der enormen Anzahl von I/O-Klemmen für die Vielzahl der einzelnen Kundenspezifikationen nahezu unmöglich. Beckhoff hingegen bietet nicht nur ein breites Spektrum an IPCs, sondern auch unterschiedlichste I/O-Klemmen für alle erforderlichen Signale.“

Nicht zuletzt habe das IPC-Konzept zur Entwicklungsphilosophie von Aida gepasst, da sich mit der hochflexiblen Automatisierungssoftware Twincat alle benötigten Steuerungsfunktionen integrieren lassen.

Schnelle Prozesssteuerung erhöht Effizienz

Bei der neuen Servo-Tandemstraße wird jeder der zahlreichen Bearbeitungsprozesse über einen IPC als Ethercat-Master gesteuert. Diese wiederum kommunizieren untereinander über Ethercat-Bridge-Klemmen EL669x. Ein weiterer leistungsstarker IPC dient als übergeordnete Steuerung mit der Ethercat-‚Master-Uhr‘, welche die Synchronisation aller Pressen und Transfereinheiten sicherstellt.

In der Tandemstraße übernimmt ein Roboter den Transfer der Werkstücke von einem Prozess zum nächsten. Dabei ist der Abstand zwischen Roboter und Umformwerkzeug der wichtigste Faktor für das Erreichen hoher Produktivität und Effizienz der Anlage: Je geringer der Abstand, umso mehr Produkte kann die Anlage verarbeiten. Ein zu geringer Abstand kann jedoch Störungen verursachen, die das Risiko eines Anlagenausfalls erhöhen. Aida entwickelte hierfür eine Twincat-basierte Lösung für einen ultraschnellen Steuerungszyklus, optimale Synchronisation sowie minimalem Roboterabstand bei einem Höchstmaß an Produktionssicherheit. Die Servo-Tandemstraße erreicht auf diese Weise 20 Hübe pro Minute und ist damit ungefähr um 50 Prozent effizienter als die Vorgängerserie.

Anwender konfiguriert Anlage softwaregestützt

In die Servo-Tandemstraße ist die Software ADMS (Aida Digital Motion System) integriert, mit der die Bediener die Pressenbewegung jeder Straße komfortabel und frei konfigurieren können. Nur anhand der eingegebenen Formdaten des Blechteils ermittelt ADMS die optimale Prozesssteuerung. Auf der Benutzeroberfläche lässt sich vor Ort eine Feinjustage der Bewegungsabläufe vornehmen.

Weiterhin kann die Bewegungssteuerung vorab über einen Offline-3D-Simulator eingestellt werden. Als Ethercat-Slaves sammeln dazu I/O-Klemmen eine Vielzahl von Daten, wie etwa die Werkzeugposition, Informationen des Servomotors zur Positionierung des Handling-Roboters sowie Sensordaten. Auf Grundlage der von der Automatisierungssoftware Twincat in Echtzeit verarbeiteten Steuerungsdaten simuliert ADMS die Bewegung und erzeugt die entsprechende Bahnsteuerung. „Das System profitiert davon, dass Twincat unterschiedlichste Daten in die Laufzeitumgebung integrieren und Echtzeit-Feedback an SPS und Bewegungssteuerungen senden kann“, betont Sotoyuki Kaneko abschließend. (co)

Weitere Informationen zu Twincat-Lösungen für IoT und Industrie 4.0 von Beckhoff: