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Wenn Werkzeuge sprechen lernen

Die vierte industrielle Revolution ist nicht das Ergebnis eines innovativen Paukenschlags, der von heute auf morgen die Industrie in ein neues Zeitalter gerissen hätte. Sie ist vielmehr ein Zusammenspiel von zahlreichen Entwicklungen und Innovationen, die zusammen für eine immer engere Vernetzung der Maschinen, Produktionsmittel und Menschen sorgt. Schon bevor Industrie 4.0 als Schlagwort durch die Presse ging, hat Schubert beim Bau seiner Verpackungsmaschinen über die reine Mechanik hinausgeblickt.

So ist die Verpackungsmaschinensteuerung VMS bereits seit über 20 Jahren im Einsatz, um die Komponenten und Teilmaschinen der Verpackungsanlagen miteinander zu verbinden. Zuverlässige Mechanik, intelligente Steuerung und flexibel wechselbare Roboterwerkzeuge sind deshalb seit jeher ein Markenkern der TLM-Maschinen von Schubert.

Reduzierung auf das Wesentliche

Das jüngste Beispiel dieser Entwicklungen ist die erste Verpackungsmaschine ohne Schaltschrank. Möglich war diese Innovation u. a. durch die Reduzierung der Verkabelung innerhalb der Aggregate. Einen unverzichtbaren Beitrag hierzu leistete die Schubert Tochter Schubert System Elektronik (SSE) mit der Entwicklung der neuesten Generation der Werkzeugkontrolle WK5. Dieses Gateway vernetzt die Steuerungsebene mit den Sensoren und Aktoren der untersten Feldebene – also den Werkzeugen auf den einzelnen Robotern.

Ralf Schubert gab den Anstoß zur Entwicklung der WK5.

Bild: VMS Verpackungsmaschinensteuerung innerhalb der neuesten Maschinengeneration.

 

Treiber für die neueste Generation der Werkzeugsteuerung war der Geschäftsführer Ralf Schubert, der sich darüber ärgerte, wie schwierig es war, Fehlerzustände von Sensoren und Aktoren eindeutig zu identifizieren. Denn bis dahin war es noch nicht möglich, die einzelnen Fehlermeldungen einem bestimmten Aktor oder Sensor am Roboter zuzuweisen. Die Lösung dieses Problem fanden die Experten von Schubert System Elektronik durch den Einsatz eines wesentlich vielseitigeren Sensor/Aktor Bussystems, durch IO-Link. „Mithilfe von IO-Link ist es möglich, unterschiedliche und komplexere Daten mit nur einem Kabel an Aktoren bzw. Sensoren zu übertragen“, erläutert Werner Sauter, Entwicklungsleiter bei SSE. „Da jede Verkabelung eine potenzielle Fehlerquelle sein kann, vermeidet unsere neue Steuerung Ausfälle und erweitert durch ihre Flexibilität beim Datenaustausch die Entwicklungsmöglichkeiten der Roboterwerkzeuge von Schubert“, ergänzt Harald Gehring, Leiter der Hardware Entwicklung.

Die Werkzeugkontrolle ist mit der VMS Verpackungsmaschinensteuerung verbunden.

Eindeutige Fehlermeldungen

Für die Steuerung der Funktionen einer Teilmaschine ist jeweils ein VMS-Modul zuständig. Roboter mit ihren Werkzeugen, Transmodule, NC-Achsen, Frequenzumrichter, Stellantriebe, Scanner, Kameras, Bedienführung, Fehlervisualisierung, SPS-Funktionalität, die Einbindung von Fremdgeräten sowie die Ankopplung an übergeordnete Softwaresysteme sind mit der Verpackungsmaschinensteuerung in einer einzigen Software integriert. Durch IO-Link ist es nun möglich, nicht nur eine digitale Schaltinformation von und an die VMS-Steuerung zu übertragen, sondern weitere Zustände eines Sensors /Aktors zur Verfügung zu stellen. „Mit dem WK5 schlagen wir eine Brücke zwischen den IO-basierten, modernen Bus-Systemen und einem physikalisch einfach gehaltenen IO-Signal. Dadurch sind Fehlermeldungen eindeutig zuzuweisen“, so Tobias Ott, Leiter Embedded Software bei Schubert System Elektronik. Die WK5 ist so ausgelegt, dass jegliche IO-Link-fähigen Komponenten angesteuert werden können. Die neue Steuerungstechnologie öffnet damit die Tür für die Entwicklung weiterer Anwendungen der Roboterwerkzeugen von Schubert und wird in den nächsten Jahren zusätzliche Innovationen im Bereich automatisierter Verpackungsaufgaben nach sich ziehen.

Funktionsweise des Gateways

Die WK-5 fungiert als Gateway für die Verbindung von intelligenten Sensoren bzw. Aktoren auf dem Roboterarm bzw. auf dem wechselbaren Werkzeug einer Schubert Verpackungsmaschine mit der Steuerungsebene – der Verpackungsmaschinensteuerung VMS. Die WK5 sammelt Sensordaten und stellt sie dem Sercos-Bus zur Verfügung bzw. gibt entsprechend umgekehrt Aktor-Daten aus. Die Verbindung zwischen dem VMS-Modul und Automatisierungskomponenten innerhalb der Teilmaschine erfolgt über einen lokalen Sercos-Ring. Jede Teilmaschine verfügt über einen lokalen Sercos-Ring, der die Verbindungen zwischen dem VMS-Modul der Teilmaschine und den in der Teilmaschine verwendeten Busteilnehmern wie Antrieben oder digitalen Ein-Ausgangsknoten ermöglicht. Der globale Sercos-Ring wiederum verbindet alle VMS-Module und ermöglicht die Kommunikation der Module untereinander und zu ihrer Peripherie.

 

In diesem Fall ist die WK5 an einem F2-Roboter angebracht.

Präventive Wartung

Da es sich bei der WK5 um einen Bus handelt und damit Daten zwischen mehreren Teilnehmern innerhalb einer Verbindung ausgetauscht werden können, lassen sich zusätzliche Informationen wie anwenderspezifische Parameter oder Zusatzinformationen und je nach Sensortyp auch Wartungsinformationen übertragen. So kann zum Beispiel eine Lichtschranke über Verschmutzungsgrad oder Alterungserscheinungen informieren. Das bedeutet, es werden Daten über die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls weitergegeben, bevor er tatsächlich passiert. Im Rahmen der normal vorgesehenen Wartung kann dieser Austausch dann vorgenommen werden, ohne dass es zu Stillstandzeiten kommt. Diese Verschleißwarnung wird für alle Komponenten im Detail definiert und programmiert.

Bei der täglichen Arbeit profitieren die Kunden von reduzierten Standzeiten und vom zuverlässigen Betrieb der Maschine durch eindeutige Fehlermeldungen und reduzierte Fehlerquellen. Die WK5 eröffnet darüber hinaus ganz neue Entwicklungsmöglichkeiten und zusammen mit dem automatischen Werkzeugtausch, ist ein weiterer Schritt hin zur vollautomatischen Wartung der Maschine getan.

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