Antriebstechnik Maestro dirigiert 60 Servoantriebe

Autor / Redakteur: Haim Monhait, Rami Simani / Karin Pfeiffer

Bis zu 60.000 Flaschen pro Stunden etikettieren und versiegeln – das läuft nur dann reibungslos, wenn sich die dynamischen ECAM-Bewegungen genau berechnen und steuern lassen. Diese Aufgabe übernehmen Bewegungsregler von Elmo.

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Beim Etikettieren und Versiegeln der Flaschen kommt es auf moderne Steuerungstechnik an.
Beim Etikettieren und Versiegeln der Flaschen kommt es auf moderne Steuerungstechnik an.
(Bild: Elmo)

Intelligente Konstruktionswerkzeuge, modernste Steuerungstechnik, perfekt ausgelegte Servoachsen und ein effizientes EthercCAT-Netzwerk – das gilt in der Getränkeindustrie als Voraussetzung für eine zügige Konstruktion von sehr schnellen, hochpräzisen Maschinen zur Etikettierung und Versiegelung von Flaschen. Und genau darauf hat sich Elmo ausgerichtet. Das Lösungskonzept beinhaltet intelligente Anwendungssoftware, integrierte Motoren, Servoregler und Multiachsencontroller.

Die Anforderung: Die konstruktive Auslegung dieser Maschinen ist insofern besonders anspruchsvoll, als die 60 integrierten Antriebe des extrem schnell rotierenden Rundläufers genau gesteuert werden müssen. Ein reibungsloser Betrieb erfordert daher eine hocheffiziente Energieübertragung und eine EtherCAT-Netzwerkkommunikation über Schleifringe. Eine Maschine zur Etikettierung und Versiegelung von Flaschen kann nur dann schnell und reibungslos laufen, wenn sich die komplexen und dynamischen ECAM-Bewegungen genau berechnen und steuern lassen. Diese Aufgabe übernehmen die Bewegungsregler von Elmo, mit denen sich Dutzende von Motoren und Antrieben mühelos steuern lassen – und das selbst dann, wenn die Maschine enormen Schwingungen, feuchten Umgebungsbedingungen und extremen Temperaturen ausgesetzt ist.

Zudem müssen die empfindlichen Kommunikationsdaten über die Schleifringe schnell, exakt und fehlerfrei übertragen werden. Häufig erfordert dies einen mehrwöchigen Einsatz erfahrener Fachkräfte. Mit der Steuerungstechnologie von Elmo wird die Implementierung solcher Maschinen deutlich erleichtert. Die Konstruktion der Maschinen gestaltet sich wesentlich einfacher, damit verkürzt sich der Zeitaufwand für die Programmierung und Inbetriebnahme der Steuerung auf weniger als drei Tage.

Die Steuerungs-Software Elmo Application Studio II (EAS II) vereinfacht dabei die gesamten Bewegungsabläufe der Maschine. Die Werkzeuge des EAS II lassen sich grob in zwei Gruppen unterteilen: Mit den Konfigurations-Werkzeugen der ersten Gruppe stehen dem Nutzer viele Funktionalitäten zur Verfügung, darunter etwa die Konfiguration der Servoregler, die ECAM-Konfiguration, das Fehlermapping und die Netzwerkkonfiguration. Zur zweiten Gruppe zählen einige sehr umfangreiche und durchdachte Programmier-Werkzeuge (EMBL – Elmo Advanced Motions Blocks Libraries). Dazu gehören auch Bibliotheken und Bedienoberflächen. Beide Werkzeuggruppen ergänzen sich, was auch Vorlaufzeit und Konstruktionsaufwand reduziert.

Servoantrieb kommt mit wenig Platz aus

In die Motoren der Maschine wird ein kompakter, leistungsstarker und robuster Servoregler der Reihe Gold Whistle integriert. Dadurch fällt die Konstruktion des Rundläufers bedeutend einfacher aus. Der Servoantrieb braucht nur wenig Platz und zeichnet sich durch ein geringes Gewicht aus. Als Verdrahtung sind nur noch der DC-Bus und ein EtherCAT-Kabel erforderlich. Damit lässt sich auch die Größe des Schaltschrankes verringern. Die kompakten, intelligenten Servoregler des Typs Gold Whistle sind für hohe Bandbreiten und kurze Reaktionszeiten ausgelegt. Sie bieten selbst bei nichtlinearen, hochauflösenden Systemmechaniken beste Leistung. Dies ermöglicht einen schnellen, stabilen und fehlerfreien Maschinenbetrieb bei hohem Durchsatz.

Das ganze Orchester der 60 Servoantriebe wird von Elmos Multiachsen-Steuerung Maestro dirigiert. Dieser steuert und überwacht die gesamte Etikettierung und Versiegelung der Flaschen. Durch die Verbindung mit den Gold Servoreglern erfolgt jede Bewegung in Harmonie.

Für eine besonders schnelle Etikettierung und Versiegelung der Flaschen sorgt ein Rundläufer mit 60 Drehtellern. Die Zuführung und Vereinzelung der Flaschen erfolgt in der Anlage automatisch. An jedem einzelnen Drehteller des Rundläufers ist ein hochleistungsfähiges, platzsparendes Duet von Elmo angebracht. Bei diesen integrierten Motor-Servoantrieben ist ein Servomotor mit einem Servoregler zu einer Einheit kombiniert.

Der Hersteller hat den kompakten Motor mit dem leistungsstarken Regler eigens für einen Einsatz in beengten Platzverhältnissen entwickelt. Mit einem hochauflösenden Absolutwertgeber erweisen sich diese präzisen Servoantriebe als sehr effizient. Die Duet-Lösung muss so robust sein, dass sie selbst den Schwingungen des Rundläufers standhält. Dank der Minimalverkabelung kommt es bei dieser Lösung nur zu geringfügigen elektromagnetischen Störungen, EMI und RFI sind niedrig. Zusammen mit der seriellen Verdrahtung des EtherCAT-Netzwerks eignet sich die Lösung deshalb bestens für mehrachsige Bewegungsszenarien mit einer hohen Anzahl von Achsen.

Flaschendrehen mit dem Multiachsen-Controller

In der Maschine sind vier High-Speed-Kameras installiert. Sobald eine Flasche eine Kameraeinheit passiert, machte diese ein Bild und überträgt es an den Hostcomputer. Dieser wiederum verarbeitet die Bilddaten und errechnet, wo genau das Etikett aufzubringen ist. Für die Etikettierung müssen die Flaschen gedreht werden. Das steuert Elmos Multiachsen-Controller Maestro. Dieser legt fest, wo das Etikett platziert werden sollte und gleicht diese Information mit den Daten des ECAM-Werkzeugs ab. Erst danach wird etikettiert.

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Alle Slaves entsprechen den im DS402 Standard definierten Vorgaben. Der Maestro und EASII ermöglichen hohe Interpolationslevel und damit fließende, präzise Bewegungen mit einer minimalen Anzahl von ECAM-Punkten. Sie gewährleisten eine schnelle, dynamische Übermittlung und Weiterverarbeitung aller Daten selbst bei komplexen Strukturen und eine virtuelle Achsensynchronisation.

Mit der neuen Technologie können bis zu 60.000 Etiketten pro Stunde aufgebracht werden. Trotz der hohen Geschwindigkeit arbeiten die Maschinen äußerst präzise. Die Fehlerrate ist gering.

* *Haim Monhait, CEO und Rami Simani , Manager Application; beide Elmo

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