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Steuerungsplattform Fertigung modernisiert: flexibel bei hohem Durchsatz

| Autor / Redakteur: James Figy* / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Ein Hersteller von sterilen Probenahmebeuteln modernisierte seine Fertigungsanlagen mit der Steuerungsplattform PC-based Control und integrierte Pick-and-place-Roboter. Dadurch ließ sich die Produktivität deutlich steigern.

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Durch den Einsatz von Pick-and-place-Robotern und u.a. von Twincat Kinematic Transformation konnte das Zusammenstellen von Probenahmesets automatisiert und insgesamt um das Sechsfache beschleunigt werden.
Durch den Einsatz von Pick-and-place-Robotern und u.a. von Twincat Kinematic Transformation konnte das Zusammenstellen von Probenahmesets automatisiert und insgesamt um das Sechsfache beschleunigt werden.
(Bild: Beckhoff Automation)

Bei der Herstellung von sterilen Probenahmebeuteln steht Reinheit und die zuverlässige Einhaltung von Qualitätsstandards ganz oben auf der Liste der anspruchsvollen Fertigungsanforderungen. Schließlich müssen solche speziellen Beutel Probenschwämme, Lebensmittel, Arzneimittel oder organische Substanzen aufnehmen, die in Labors getestet und vor Kontaminierung geschützt werden müssen.

Das in Sainte-Julie, Quebec, ansässige Unternehmen Labplas stellt Probenahmebeutel her, zudem auch Teststäbchensets und umweltfreundliche, biologisch abbaubare Beutel. Seit seiner Gründung im Jahr 1987 beliefert das Unternehmen Kunden in der Lebensmittel-, Agrar-, Veterinär- und Pharmaindustrie. Dabei erfüllt Labplas auch individuelle Kundenwünsche.

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Deswegen entwickelt, baut und implementiert das Unternehmen seine Fertigungssysteme selbst. Auf diesen Maschinen können mit geringem Umrüstungsaufwand Beutel in Breiten von 3 Zoll bis 33 Zoll und aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. „Unserer Ansicht nach haben wir für diese Produkte eine der weltweit besten Technologieplattformen. Trotzdem verbessern wir unsere Anlagen laufend durch stärkere Automatisierung, um bei mehr Produkten einen höheren Durchsatz zu erzielen und dabei trotzdem flexibel zu bleiben“, sagt Benoit Brouillette, General Manager von Labplas.

Modulare Steuerungstechnik, Robotik und Gig-E-Kameras

Im Zuge einer Modernisierung mehrerer Produktionslinien der Serie MM implementierte Labplas zusätzlich Robotik und Gig-E-Kameras, um den Durchsatz, die Wiederholgenauigkeit und die Qualitätskontrolle zu verbessern. Wichtig war Labplas dabei vor allem die sorgfältige Planung der Steuerungsplattform bis hinunter auf die Ebene der Komponenten, damit die Maschinen flexibel genug für eine kundenspezifische Produktion bleiben.

So wollte Labplas zum Beispiel seine Montagetechnik aufrüsten, um in die gefertigten Probenahmebeutel Zubehör wie Schwämme, Tücher, Löffel oder Scheren per Roboter statt wie bisher manuell einlegen zu können. Dafür evaluierte Labplas die Möglichkeiten von Form-Fill-Seal-Systemen und entwickelte ein neues Verfahren für die Integration dieser Maschinen mit einem 6-Achs-Delta-Roboter.

Daten für die Prozessoptimierung erfassen

Ziel war es, dass alle Komponenten herstellerübergreifend in Echtzeit zusammenarbeiten und Daten für das Reporting und die Prozessoptimierung erfassen können. Man wollte den Durchsatz steigern und dem Bedien- und Wartungspersonal den Wechsel zwischen verschiedenen Linien erleichtern. Da die herkömmliche SPS des vorherigen Anbieters nicht in der Lage war, diese Anforderungen sowie die geforderte Robotikintegration zu unterstützen, entschied man sich für Beckhoff als neuen Automatisierungspartner. Labplas-Entwicklungsleiter Christian Fontaine und sein Team arbeiteten bei der Neuimplementierung Hand in Hand mit Applikations- und Supportingenieuren von Beckhoff Kanada unter der Leitung von Area Sales Manager Ted Sarazin.

Hochdynamische Servomotoren von Beckhoff

Die größte Rolle bei der Neugestaltung der Produktionslinien spielten Motion-Control-Hardware und die Automatisierungssoftware Twincat 3. An insgesamt 15 Linien setzt Labplas nun Roboter ein. Die Pick-and-place-Roboter und andere Antriebsachsen sind mit den hochdynamischen Servomotoren AM8000 von Beckhoff ausgestattet, welche über die Ethercat-Servoverstärker AX5000 angesteuert werden. Der Anschluss erfolgt mit One Cable Technology (OCT), wodurch sich der Verdrahtungsaufwand reduziert, da Power- und Feedbacksystem in einem Kabel zusammengefasst sind. Labplas entschied sich zudem für die Twinsafe-Drive-Optionskarte AX580x mit den integrierten Sicherheitsfunktionen Safe Torque Off (STO) und Safe Stop 1 (SS1).

„Twincat Kinematic Transformation stellt mit einer integrierten dynamischen Vorsteuerung selbst bei hohen Geschwindigkeiten und extrem schneller Beschleunigung eine hochpräzise Bewegung sicher. Das Wichtigste ist aber, dass es mit der leistungsstarken Twincat-Suite möglich ist, nicht nur die Codian-Roboter, sondern die gesamte Maschinenlinie in Echtzeit zu steuern“, erläutert Ted Sarazin die Vorteile.

Control Panels, Einkabeltechnologie und Embedded-PCs

Techniker und Bediener interagieren mit den Maschinen über Control Panels CP29xx, die über die Einkabeltechnologie CP-Link 4 an den Embedded-PC CX2030 angeschlossen sind. Der PC-basierte Controller mit Intel-Core-i7-Dual-Core-Prozessor dient als Hauptliniensteuerung. Christian Fontaine erklärt: „Auf der MM9-Linie beispielsweise muss der kleine, integrierte Controller die Verarbeitungsleistung bereitstellen, die für den Antrieb unserer komplexen Maschine mit sieben Bewegungsachsen sowie einen 5-Achs- und zwei 3-Achs-Delta-Roboter benötigt wird, und trotzdem noch über ausreichend CPU-Bandbreite für die Qualitätsüberwachung und Optimierungssoftware verfügen.“

Zudem unterstützt der Beckhoff-Controller auch Drittanbieter-Software unter Windows, beispielsweise die kundenspezifische KI-Lösung, die Labplas für die Qualitätskontrolle verwendet, und stellt dafür ausreichende Rechenkapazitäten bereit.

Platzsparende High-Density-Ethercat-Klemmen von Beckhoff werden für den Anschluss von Sensoren, Ventilen, Anschlusskarten, Solid-State-Relais (SSRs) und anderen Geräten verwendet.

Produktivitätsgewinn von durchschnittlich 25 Prozent

Die Amortisationszeit der aufgerüsteten Linien betrug nicht einmal ein Jahr. Labplas erhöhte die Flexibilität seiner Maschinen, um mit weniger Umrüstungen mehr Beutelgrößen herstellen zu können. Weiterhin wurde die Grundlage für eine verbesserte Qualitätskontrolle und die Nutzung von Robotik gelegt, um Prozesse schnell und hocheffizient abzuwickeln.

Labplas steigerte seine Qualität, erhöhte gleichzeitig den Anlagendurchsatz und erreichte somit einen Produktivitätsgewinn von durchschnittlich 25 Prozent.

Buchtipp

Das Buch Industrieroboter ist ein Handbuch für KMU mit Tipps und Tricks zum Thema Robotereinsatz. Es werden die wichtigsten Grundlagen der Robotertechnik vermittelt und Methoden erläutert, wie bewertet werden kann, ob sich ein Produkt oder Prozess durch Robotereinsatz automatisieren lässt.

* James Figy ist Senior Content Specialist bei Beckhoff Automation USA

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