Plattformunabhängige Verpackungsmaschinensteuerung P@ck-Control hat alles im Griff

Der Verpackungsmaschinenhersteller Rovema setzt jetzt auf eine plattformunabhängigen PC-basierte Steuerung. Sie ist das Ergebnis jahrzehntelanger Maschinenbauerfahrung und weitsichtiger In-House-Programmierung. Mit ihr wird ein weiteres Stück Unabhängigkeit erreicht – für Rovema und die Kunden.

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Wenn Reiner Zentgraf von P@ck-Control spricht, spürt man seinen Stolz und gleichzeitig die Faszination über das Erreichte. Zentgraf ist einer der Entwickler, die sich seit Jahren um die Optimierung der Steuerungssoftware kümmern. Mit Erfolg, wie zu sehen ist. Denn um die hauseigene Steuerung wird der Maschinenhersteller aus Mittelhessen im Markt beneidet. „Neben der eigentlichen Funktionalität wollten wir für uns und unsere Kunden hardwareunabhängig werden“, erläutert Zentgraf, „und das haben wir geschafft.“ Plattform- oder herstellerunabhängig ist sie, die neue P@ck-Control, die auf der Messe interpack in Düsseldorf ihre Premiere feiert.

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Standards spielen die zentrale Rolle

Die Softwaresteuerung bedient sich nämlich durchgängig der aktuellen Software- und Hardware-Standards. Proprietäre Elemente waren bei der Entwicklung und auch beim Einsatz tabu. Die IPC-basierte Maschinensteuerung läuft unter dem Betriebssystem Linux, die Visualisierung ist in Java implementiert und die Maschinensysteme sind über das offene und IEC-konforme Sercos III Industrial Ethernet-Bussystem angebunden. Damit ergeben sich Freiheiten in der Hardware, die eine zuliefererunabhängige Komponentenauswahl nicht nur nach technischen sondern insbesondere auch kaufmännischen Anforderungen der Maschinenkunden ermöglicht. Unabhängigkeit macht stark, so die Devise.

Die Praxis beweist dies. Drei IPCs mit Touchscreens stehen nebeneinander auf dem Tisch. Einer mit Rovema-Logo, zwei weitere von internationalen Automationskonzernen. Auf allen drei Touch-Paneln zeigt sich das gleiche Bild. P@ck-Controls großzügig bemessene Touch-Felder laden zur Bedienung ein. Und die Reaktionen sind dieselben, ganz gleich, welchen Bildschirm man berührt. Einmal gelernt, immer anwendbar. Das macht auch Service- und Wartung einfacher und die Kosten geringer.

Modularer Aufbau mit Tausenden Parametern

Die auf den Bildschirmen dargestellte Maschine ist ebenfalls mit Touch-Feldern hinterlegt. Über diese steigt der Bediener dann tiefer in die Maschine ein, sieht die Hardware-Details und dann die Einstellungen. Tausende Parameter sind es, die von der Steuerungssoftware verwaltet und bei Änderung einer Zahl alle durchgängig neu berechnet werden. Wobei die Änderung schon bei der Dosierung erfolgen kann und sich über P@ck-Control in der Maschinen-Linie bis zum Endverpacker durchzieht. Egal wo sich Änderungen vollziehen, der Bediener hat sie nur an einer Stelle einzugeben. Alle weiteren über die Software machbaren Einstellungsänderungen erfolgen über P@ck-Control. Und das durchgängig und schnell.

Wie die Maschinen ist die Steuerung streng modular aufgebaut und dadurch einfach zu kombinieren und zu bedienen. Die Datenstrukturen entsprechen 1:1 der Struktur der Maschine. Vorgefertigte Datenstrukturen als Baukasten erlauben es, die Steuerungen der in ihren Einzelkomponenten individuell aufgebauten Maschinen sehr flexibel und schnell zusammenzusetzen. Das funktioniert für ganze Aggregate, Maschinen, Achsen u.a. wie auch in kleinen Strukturen, wie zum Beispiel Nocken. Durch einfaches „Copy and Paste“ wird nicht nur die Fehlerquote in der Konstruktion minimiert, lauffähige und ausgetestete Aggregat- und selbst ganze Maschinensteuerungen können kopiert und vervielfacht werden.

Drei wesentliche Teilbereiche

HMI, SPS und Motion Control sind auch bei der Maschinensteuerung von Rovema die drei Kernbereiche. Die Bedienschnittstelle ist eine Rovema-eigene Entwicklung namens „Javis“, die in Java implementiert und somit plattform- und hardwareunabhängig ist. Über alle Ebenen mit einheitlichen Strukturen und Design. Der Internationalität entsprechend ist die Bediensprache aus einem Katalog mit über 20 Sprachen auswählbar. Die Auflösung von Javis ist frei einstellbar bzw. passt sich selbst an. Durch diese freie Skalierbarkeit ist auch ein Einsatz auf einem kleinen Gerät wie einem Smartphone möglich. Javis ist auf reine Touch-Bedienung ausgelegt. Somit sind keine weiteren Eingabegeräte notwendig. Die Bedienelemente und Eingabe-Dialoge sind in jedem Fall und auf allen Programmebenen ausreichend groß. Darüber hinaus unterstützt Javis die Mehrfachbedienung. Beliebig viele HMIs greifen dabei unabhängig voneinander auf die zentrale Datenhaltung zu. Ergänzt werden die Eigenschaften durch integrierte Diagnosen, einen Backup-Automatismus und einen großzügigen Alarmspeicher.

Eine übersichtliche Rezeptur- und Konfigurationsverwaltung ermöglicht die einfache Umschaltung zwischen unterschiedlichen produktspezifischen Parametersätzen. Drei Passwortebenen können nicht nur zur Rechteverwaltung sondern auch zur Festlegung der Aus- und Einblendung von beliebigen Elementen genutzt werden. Und müssen Dosierwaagen, Drucker, Kontrollwaagen oder andere Aggregate von Fremdherstellern integriert werden, sind deren Bedienoberflächen sehr einfach in Javis integrierbar. Über einen konfigurierbaren Aufruf können beliebig viele „fremde“ Bedienoberflächen zur Bearbeitung angezeigt werden.

Benutzerfreundliche Unterstützungsfunktionen

P@ck-Control verhindert die Eingabe unzulässiger Parameter. Abhängig von den unterschiedlichsten Parametern werden zur Laufzeit immer wieder neue zulässige Eingabegrenzen für andere Parameter berechnet. So ist beispielsweise die Taktzahlbegrenzung abhängig von der eingestellten Beutellänge und beide wiederum von der verwendeten Siegelzeit. Dabei zeigt die Steuerung die Maximal- und Minimalwerte beim Eingabefeld an. Eine einzige Eingabe reicht zur Verstellung aller anderen softwaregesteuerten Parameter. P@ck-Control gewährleistet jederzeit den optimalen Produktionsprozess.

Auch Schaltzustände sind begrenzt, indem das Umschalten verriegelt wird, wenn dies durch andere Parametereinstellungen so notwendig ist. Letztlich erlaubt P@ck-Control bei Bedarf den kompletten Zugriff auf alle Parameter der Maschine und ihrer Komponenten. Jedenfalls wird kein zusätzliches Programmiergerät dazu benötigt.

SPS-Funktion für außergewöhnliche Kundenanforderungen

Die SPS in P@ck-Control bietet die Freiheit, kundenseitige Zusatzfunktionalitäten zu implementieren. Es werden dabei alle Programmiersprachen nach IEC 61131-3 unterstützt. Funktionsbausteine (FBS), Kontaktplan (Letter) (KOP), Anweisungsliste (AWL), strukturierter Text (ST) und Ablauf-Sprache (AS). Alle Bewegungen und Abläufe in der Maschine werden über die SPS-Funktionalität koordiniert, wobei Anpassungen durch den Kunden selbst möglich sind. Durch den Einsatz von SERCOS III als einheitliches Bussystem und dessen strenge Normung ist es möglich, IO-Baugruppen verschiedener Hersteller einzusetzen. In Summe ermöglicht P@ck-Control also auch über seinen SPS-Teil größtmögliche Unabhängigkeit.

Das dritte Element der Maschinensteuerung ist das Motion-Paket, das sich als universeller Baukasten für die besonderen Ansprüche von Verpackungsmaschinen versteht. Druckbildregelung, Mustererkennungen des Druckbilds, dynamische Nocken im Kurvenscheibenbetrieb, Synchronisationsbewegungen für den Betrieb mit Waagen, etwa auch die Berücksichtigung des freien Falls, all das sind Beispiele von Eigenschaften, die P@ck-Control als Verpackungsmaschinensteuerung so besonders machen. Die über zwanzig Jahre Erfahrung in der Programmierung von diesen speziellen Steuerungen werden in der Umsetzung der komplexen Vorgänge in einfache und übersichtliche Einstellungen mehr als deutlich.

Beliebig viele reale wie auch virtuelle Achsen können realisiert werden. Als Achsobjekte in der Maschinenhierarchie eingebettet, erlaubt dies die bequemen Kopiermechanismen. Dies ist umso hilfreicher, je mehr und komplexere Technologiefunktionalitäten im einzelnen Achsobjekt aktiviert werden. Die Liste dieser Funktionalitäten ist lang, von Punkt-zu-Punkt-Bewegungen mit verschiedenen Rampenformen über elektronisches Getriebe oder Kurvenscheibenbewegungen, Bewegungssynchronisierungen, integriertes Nockenschaltwerk bis zu achsübergreifenden Robotikfunktionalitäten und vieles mehr.

Auch das Motion-Paket arbeitet mit zentraler Intelligenz inklusive Lageregelung, wodurch auch Antriebe ohne Steuerungsfunktionalität wie kostengünstige Frequenzumrichter für Positionieraufgaben eingesetzt werden können. Über das Echtzeit-Ethernet-Bussystem SERCOS III können Antriebe verschiedener Hersteller eingesetzt werden. Und mit der Lageregel-Zykluszeit von 1 ms können dies zur Zeit 200 Achsen sein, die über eine Steuerung realisierbar sind. Die weiteren Vorzüge von SERCOS III sind die Störsicherheit durch Doppelring, Integrierbarkeit von Antrieben mit +/-10 V Analogschnittstelle und die Möglichkeit der Ferndiagnostik und –wartung bis in die Antriebe hinein.

Der IPC schafft die richtige Umgebung

Neben den Hauptkomponenten HMI, SPS und Motion-Control arbeiten auf dem Steuerungsrechner weitere Softwaremodule, die wesentliche Teile der P@ck-Control-Funktionalitäten erst ermöglichen. Die zentrale Datenhaltung als einzige Datenquelle für alle Elemente stellt den Kern dar. Sie ermöglicht die Datenkonsistenz, den Alarmspeicher, die Zugriffskontrolle und vor allem auch die Rezepturverwaltung, wie die einzelnen Ablaufprogramme bei Verpackungsmaschinen genannt werden. Die ereignisgesteuerte Client-Server-Architektur trägt ihren Anteil zur schnellen Interprozesskommunikation in Echtzeit bei.

Berechnungsmodule sind weitere Kerneinheiten der Rovema-Steuerung. Instanzierbar und machinentyp-spezifisch angelegt, sorgen sie für die online-Berechnung von Bewegungsabläufen (Kurvenscheiben) und der parameterabhängigen Grenzwerte. Auf dem IPC ist zudem ein Realtime-Maintenance-Modul integriert, das gemäß eines Standards aus dem Projekt „Verstand“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung über die Aufbereitung instandhaltungsrelevanter Daten eine vorausschauende Instandhaltung in Echtzeit ermöglicht.

Und im Falle eines Falles? Die Sicherung der Rezepturen erfolgt einschließlich aller Aggregat- und Aktorenansteuerungen auf einer CompactFlash-Karte. Ein Komponententausch oder auch die Einstellung einer weiteren Maschine wird dadurch schnell und ohne Programmieraufwand ermöglicht.

Universelle Konnektivität

Die gängigen Protokolle und Spezifikationen werden durch P@ck-Control unterstützt. Neben SERCOS III sind dies TCP / UDP, FTP, OPC für die Verbindung über Ethernet. Remote-Verbindungen für OPC über den Rovema OPC-Server, für die Fernwartung oder Betriebs- und Maschinendatenerfassung sind damit einfach möglich. Entwicklungswerkzeuge und schließlich Fremdaggregate sind ohne weiteres einzubinden. Alle Applikationen können über VPN oder Modem gesteuert werden.

Beim Blick auf den Bildschirm leuchten Zentgrafs Augen. Er weiß, was in der Steuerung steckt. Viel Know-how und Erfahrung. Leistung, Flexibilität und Zuverlässigkeit, die auf jeder Standard-Hardware läuft. „Mit P@ck-Control bekommen unsere Kunden genau das, was sie wünschen, nämlich die Freiheit, die Hardware einzusetzen, die sie wollen. Und dazu noch absolut zukunftssicher!“

interpack 2011 Halle 15 / B25/C38 – 12.-18. Mai 2011

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