Mehr Leistung, Sicherheit und Freiheit am Rundschalttisch

Sicheres Bewegungsmanagement durch ein Motion Control Steuerungssystem von Pilz

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Die so genannte Compact Grundmaschine (CGM) von PIA Automation kam früher über 50 Takte pro Minute kaum hinaus, eine Veränderung der Kurvenprofile war praktisch nicht möglich. In den servogesteuerten Rundschalttischen zeichnet heute das Motion Control Steuerungssystem PMCprimo DriveP der Pilz GmbH & Co. KG als Komplettlösung für das sichere Bewegungsmanagement in den Montageautomaten verantwortlich. Bei einem Höchstmaß an Sicherheit sind jetzt bis zu 72 Teile pro Minute umsetzbar, der Wechsel von Kurvenprofilen erfordert nur wenige Sekunden. Bei einem Not-Halt behalten die Antriebsachsen stets ihren mechanischen Zusammenhalt, d.h., die Achsen bleiben synchron. Beim Wiederanlaufen arbeitet die Anlage ohne zeitaufwändiges Anfahren einer definierten Grundstellung weiter.

Peter Deren, Business Development Manager, Pilz GmbH & Co. KG in Ostfildern

Inhaltsverzeichnis

1. Bewegungsmanagement für mehr Produktivität 2. Performance, Flexibilität und Sicherheit in Einem 3. Simulation anstatt Hardware 4. Mehr Freiheit für den Nutzer 5. PMCprimo DriveP

Extrem schnell laufende Bewegungen, beispielsweise in Montageapplikationen mit Taktzahlen von über 500 Hüben pro Minute, lassen sich selbst heute kaum wirtschaftlicher erzeugen als mittels Kurvenscheiben. Wo hohe Takt- und Stückzahlen im Vordergrund stehen, wurden in der Vergangenheit kurvengesteuerte Mechaniken stets anfälligen Pneumatik-Lösungen vorgezogen. Haben Flexibilität sowie die vielseitige Nutzbarkeit von Maschinen Priorität, sind heute Servolösungen, die Kurvenscheiben sowie Königswelle elektronisch simulieren, die bessere Wahl. Servotechnik ist der Kurvensteuerung durchaus ebenbürtig und zudem energieeffizienter.

Die PIA Automation ist Teil einer international ausgerichteten Unternehmensgruppe mit rund 1800 Mitarbeitern. Als Systemlieferant bietet das Unternehmen Automatisierungslösungen zur Montage von kleinen und kleinsten Teilen bis zu großen Komponenten für die Automobil-, Konsumgüter- und Medizintechnik-Industrie. Das Produktspektrum reicht dabei vom manuellen Montagearbeitsplatz bis hin zu vollautomatischen Produktionsanlagen für viele Branchen und unterschiedliche Einsatzbereiche.

Bewegungsmanagement für mehr Produktivität

Am Amberger Standort stand ein Upgrade der kompakten CGM-Rundschalttische an. Deren fixe Kurvenprofile ließen weder Veränderungen noch eine Steigerung der Performance zu. Zu diesem Zeitpunkt verband PIA Automation und Pilz bereits eine fünfzehnjährige Partnerschaft. Somit lag es nahe, die Automatisierungsexperten aus Ostfildern als Berater hinzuzuziehen. „Im Zuge einer ersten Analyse standen zunächst das Zusammenspiel von Sicherheit und Dynamik, die Risikoanalyse sowie relevante Sicherheitsfunktionen im Mittelpunkt“, sagt Stefan Unger, Softwareentwickler bei PIA Automation. Der Einsatz einer Sicherheitskarte PMCprotego S in Kombination mit der damals verwendeten Motion-Lösung sorgte zwar im ersten Schritt für ein Plus an Sicherheit, brachte aber nicht den gewünschten Produktivitätsschub. Eine alternative Steuerungs- und Sicherheitslösung musste her.

Anlass für Pilz, bei PIA Automation das antriebsintegrierte Motion Control Steuerungssystem PMCprimo vorzustellen: Das Motion-Control-Steuerungssystem übernimmt in Anlagen die Automatisierung inklusive Bewegungsmanagement für mehrere Servoachsen. Über eine elektronische Königswelle können bis zu 32 Achsen mit 1 ms Zykluszeit – bei längeren Zykluszeiten auch mehr – flexibel verknüpft und einfache CNC-Aufgaben gelöst werden. Häufig genutzte Funktionen, wie beispielsweise „Kurvenscheibenfunktionen“, sind bereits als Funktionsblock hinterlegt. Die extrem kurzen Zykluszeiten beruhen darauf, dass die Motion Control Karte PMCprimo C hier eine leistungsfähige Echtzeit-Ethercat-Master-Schnittstelle zur Verfügung stellt.

Für Produktivität und Effizienz spricht darüber hinaus der Umstand, dass das Pilz-Motion-Control-Steuerungssystem PMCprimo eine integrierte Entwicklungsumgebung für speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) nach dem IEC 61131-3 Standard für die Applikationsentwicklung in der Industrieautomation besitzt. Kunden respektive Anwender benötigen keine Einzelplatzlizenzen, sie können die Software direkt beim Hersteller herunterladen und unmittelbar mit der Programmierung beginnen.

Performance, Flexibilität und Sicherheit in Einem

Bei motorischen Servoantrieben übernimmt Elektronik die Aufgabe von Kurvenscheiben. Ist ein Produktwechsel bei konventionellen Anlagen nahezu unmöglich, bietet Antriebstechnik von Pilz größtmögliche Flexibilität: Der Bediener wählt ein anderes Programm mit dem gewünschten Kurvenprofil – in kürzester Zeit steht die Anlage für neue Aufgaben zur Verfügung. Der neue CGM-Rundschalttisch von PIA Automation ist ein servogesteuerter, modularer und flexibler Vollautomat. Antrieb und Bewegung der Einleger erfolgen rein elektromechanisch. Für die Bewegung des Rundtisches und des vertikalen und horizontalen Hubs ist jeweils eine angetriebene Achse zuständig. „Der Montageautomat fügt über 16 Stationen hinweg Bauteile zu filigranen Mechaniken zusammen, beispielsweise Mikroschalter, Kleinstecker oder Teile eines Rasierapparates“, erläutert Stefan Unger. „Die Teilezuführung erfolgt über Förderbänder, Werkstückträger, Vibrationsförderer sowie Handling-Einheiten“. Dabei ist die Schwenkbewegung des Tisches von der Einlegebewegung entkoppelt und bietet größtmögliche Flexibilität bei zeitlich langen oder sequenziellen Prozessen.

Höchste Präzision ist insbesondere bei der Montage von Kleinstteilen erforderlich. Wird der Not-Halt betätigt oder eine Schutztür im laufenden Betrieb geöffnet, dürfen die Achsen unter keinen Umständen ihren mechanischen Zusammenhalt verlieren und asynchron laufen. Ein Austrudeln der Achsen würde zu kostspieligen Schäden an den Füge- und Aufnahmevorrichtungen führen.

Simulation anstatt Hardware

Verantwortlich für das komplette Bewegungs- und Sicherheitsmanagement der Servoachsen ist das Motion-Control-Steuerungssystem PMCprimo DriveP, welches die Bewegungen vorgibt, sowie drei Sicherheitskarten PMCprotego S zur Bewegungsüberwachung.

Ein Servoverstärker PMCprotego D verfügt grundsätzlich über zwei Optionsschächte, einen für die Motion Control-Karte und einen für die Sicherheitskarte. In der CGM-Maschine von PIA sind insgesamt drei Servoverstärker PMCprotego D mit je einer Sicherheitskarte PMCprotego S im Einsatz. Zusätzlich ist einer der Servoverstärker mit der Motion Control Karte PMCprimo C ausgestattet.

Diese Lösung simuliert die klassischen mechanischen Kurvenscheiben elektronisch, PMCprimo C erhält von der übergeordneten Steuerung die entsprechenden Daten. Die Königswelle wird durch eine virtuelle Achse ersetzt, die von null bis 360° angelegt ist. Auf diese virtuelle Achse werden die mechanischen Achsen synchronisiert: So wird zum Beispiel zwischen null und 90° der Rundschalttisch um einen Schritt nach vorne bewegt und von 90 bis 180° die Vertikal- sowie von 180 bis 360° die Horizontalachse bewegt.

Bei unzulässigen Eingriffen oder bei Betätigung des Not-Halt-Tasters reagiert das System innerhalb von Millisekunden. Die Überwachungszeiten der Sicherheitskarte sind so ausgelegt, dass die drei Achsen gemeinsam am elektronischen Master heruntergebremst werden und die mechanische Einheit in jedem Fall gewährleistet ist. Nach der Entriegelung des Not-Halt-Tasters und Betätigung der Reset-Taste arbeitet die Anlage ohne Grundstellungsfahrt an exakt derselben Stelle weiter.

Zum Funktionsumfang der steckbaren Sicherheitskarte PMCprotego S zählen „Sicher abgeschaltetes Moment – Safe torque off (STO), Sicher reduzierte Geschwindigkeit, Sicherer Betriebshalt (SOS) – Safe Operating Stop)“ gemäß EN 61800-5-2 oder Sicheres Stillsetzen. Die Sicherheitsfunktionen sind unabhängig vom verwendeten Motor- und Gebertyp bis Performance Level PL e ausgelegt.

Mehr Freiheit für den Nutzer

In der Summe hat sich der Umbau der CGM-Rundschalttische für PIA Automation gelohnt: Die Rundschalttische erreichen heute nicht nur praktisch die Hälfte mehr Takte pro Minute: Der Wiederverwendungsanteil sowie die technische Verfügbarkeit sind deutlich höher, die Automaten eignen sich optimal für kurze Produktlaufzeiten. Die kurzen Schaltzeiten erlauben optimierte Prozesszeiten und mit nur drei Servomotoren sowie elektrischen Greifern ist der Energieverbrauch vergleichsweise gering.

„In enger Kooperation mit unserer Engineering-Abteilung hat Pilz die komplette Umrüstung mit Rat, Tat und hoher Kompetenz geleitet und umgesetzt. Überzeugend ist die Pilz-Lösung nicht zuletzt auch aufgrund der Integration von Ethercat Master, Profinet Slave und der Anbindung an ein übergeordnetes System, das die Laufleistung der Spindeln erfasst“, stellt Stefan Unger anerkennend fest. ik

Weitere Informationen zu den Motion Control Steuerungssystemen PMCprimo: hier.pro/vIYw4

Messe SPS 2019: Halle 9, Stand 370

Kontakt: Pilz GmbH & Co. KG Felix-Wankel-Straße 2 73760 Ostfildern Telefon: +49 711 3409-0 E-Mail: info@pilz.de www.pilz.de


PLUS

PMCprimo DriveP

Bei der safe-drive basierten Motion-Control-Lösung PMCprimo DriveP wird die Motion-Control-Steuerung als Optionskarte in den Servoverstärker integriert. Weitere Servoverstärker können über den Antriebsbus einfach angekoppelt werden. Zusätzlich ist diese Lösung mit der Sicherheitskarte PMCprotego S um antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen erweiterbar. Die sicheren Bewegungs-, Stopp- und Brems-Funktionen sorgen für reduzierte Rüstzeiten und Wartungsaufwendungen. Die Haupteigenschaften im Überblick:

  • Die integrierte Lösung benötigt nur wenig Platz.
  • Es handelt sich um eine leistungsstarke SoftSPS nach IEC 61131 mit einer übersichtlichen Programmieroberfläche.
  • Die Lösung eignet sich für Motion-Control- und CNC-Anwendungen, eine wahlweise Anbindung an Leitrechner sowie für eine einfache Erweiterung über externe I/Os durch eine PSSu-Anbindung.
  • Sie kann zu einer höheren Maschinenverfügbarkeit führen, da eine schnelle Wiederinbetriebnahme über SD-Karten nach einem Tausch von Komponenten möglich ist.
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