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Eine vertikale Verpackungsanlage, die sonst nur bei Maschinen mit kontinuierlicher Betriebsweise üblichen Geschwindigkeiten mit dem flexiblen und schnellen Formatwechsel intermittierender Maschinenlösungen vereint? Eine spezielle Architektur für Automatisierung und Steuerung ermöglicht dieses Maschinenkonzept.

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MBP wurde 1980 gegründet und spezialisierte sich zunächst auf die Konstruktion und Herstellung von Mehrkopfwaagen. Seit dem Jahr 2002 gehört das Unternehmen zum PFM-Konzern und profitiert in diesem Zuge von dessen Kompetenzen in den Bereichen Technologie, Verfahrenstechnik sowie Forschung und Entwicklung. Der Konzern mit Sitz im italienischen Vicenza ist Hersteller von Verpackungsmaschinen, dessen Portfolio von horizontalen Flowwrap-Verpackungsmaschinen über vertikale Schlauchbeutelmaschinen (Vertical Form Fill Seal, VFFS) und horizontale Verpackungsmaschinen für Stand-up-Beutel bis hin zu vollständigen Verpackungsanlagen mit Mehrkopfwaagen reicht, die in der Lebensmittelindustrie und im Non-Food-Bereich zum Einsatz kommen.

Als Bedienerschnittstelle der vertikalen Verpackungsanlage kommt ein kundenspezifisch angepasster Panel-PC mit Multitouch-Display zum Einsatz. 
(Foto: MBP, PFM Packaging Machinery)

Als Bedienerschnittstelle der vertikalen Verpackungsanlage kommt ein kundenspezifisch angepasster Panel-PC mit Multitouch-Display zum Einsatz.

(Foto: MBP, PFM Packaging Machinery)

Neues Konzept durch neue Automatisierung

Laut Andrea Fioravanti, CEO von MBP sowie Leiter des Bereichs Forschung und Entwicklung innerhalb des PFM-Konzerns, war die Entscheidung zugunsten der Beckhoff-Automatisierungslösung ein wichtiger Schritt zur intermittierend arbeitenden, vertikalen Verpackungsanlage der R-Serie: Die Anlage verbindet die Einfachheit und Schnelligkeit kontinuierlich arbeitender vertikaler Verpackungsmaschinen mit dem flexiblen und schnellen Formatwechsel intermittierend betriebener Maschinen. Um hier einen konkreten Vergleich anstellen zu können, sei erwähnt, dass eine intermittierend arbeitende vertikale Verpackungsmaschine herkömmlicher Ausführung in der Regel eine Leistung von 80 bis 100 kleinformatigen Beuteln pro Minute erzielt, während die Maschinen der R-Serie im Testmodus einen Produktionsausstoß von bis zu 150 Beuteln pro Minute erzielt haben – und damit eine Produktivitätssteigerung von circa 50 Prozent ermöglichen. „Wir haben bereits über dreißig Maschinen der R-Serie ausgeliefert, die alle stabil mit einer Taktzahl von 120 Verpackungen pro Minute bei höchster Sicherheit und zur vollsten Zufriedenheit der Kunden arbeiten“, erklärt Andrea Fioravanti.

Das Steuerungskonzept der Folienspule ermöglicht eine kompaktere Bauform der Maschine. (Fotos: MBP, PFM Packaging Machinery)

Das Steuerungskonzept der Folienspule ermöglicht eine kompaktere Bauform der Maschine. (Foto: MBP, PFM Packaging Machinery)

Weniger Platzbedarf, mehr Dynamik

Die hohe Taktzahl ist jedoch nicht das einzige Alleinstellungsmerkmal der Maschinenserie. Ein wichtiges Ziel, das die Kon­strukteure bei MBP vor Augen hatten, war das Reduzieren des Platzbedarfs, um eine effiziente Nutzung der Produktionsflächen seitens des Kunden zu ermöglichen, sowie eine verbesserte Ergonomie. Der entscheidende Faktor, um dies zu realisieren, ist das Steuerungskonzept der Folienspule: Hierbei kommt eine bewegliche, dreieckige Folienwendevorrichtung zum Einsatz, durch die sich die Anzahl der Kalanderwalzen und somit der Platzbedarf reduzieren, während sich gleichzeitig die Dynamik des Systems steigert. Außerdem verfügt die Maschine über eine elektronisch gesteuerte Tänzerrolle: Twin-CAT NC PTP mit den entsprechenden Softwarebibliotheken für die Tänzerregelung und die Druckmarken-Kontrolle steuert den kontinuierlichen Transport der von der Spule kommenden Folie und lenkt ihn um in Richtung der Abzugsgurte − bei gleichbleibender hoher Dynamik und Präzision.

Eine CPU für alles

„Ein wesentlicher Vorteil der Beckhoff-Automatisierungslösung ist der Einsatz einer einzigen CPU zur integrierten Steuerung aller Logiken und Steuerungsfunktionen für die zahlreichen Achsen der Gesamtanlage – vom Verwiegen bis zum Verpacken – sowie der äußerst einfachen und überzeugenden Bedienerschnittstelle“, betont Fioravanti. MBP hat sich für einen Panel-PC mit Multitouch-Display der Serie CP3716 in Schutzart IP 67 entschieden. Der IPC ist mit einem Intel-Atom-Dual-Core-Prozessor ausgestattet und wurde durch Hinzufügen einiger Spezialtaster und des MBP-Logos kundenspezifisch angepasst. „Dank der Leistungsstärke und Flexibilität der Beckhoff-Automatisierungsarchitektur sind wir in der Lage, mit einem einzigen Industrie-PC sowohl das Wägesystem als auch die Verpackungsmaschine zu steuern. Dies bringt zahlreiche Vorteile nicht nur für uns als Maschinenbauer, sondern auch für unsere Kunden, denen nun ein einfach zu bedienendes und gleichzeitig leistungsstarkes System zur Verfügung steht, das offen ausgelegt ist und alle gängigen Twincat-3-Motion-Control-Softwarebausteine nutzt“, unterstreicht Fioravanti.

„Wir haben bereits über dreißig Maschinen der
R-Serie ausgeliefert, die alle stabil mit einer Taktzahl von 120 Verpackungen pro Minute bei höchster Sicherheit und zur vollsten
Zufriedenheit der Kunden arbeiten.“ Andrea Fioravanti, CEO MPT (Foto: MBP, PFM Packaging Machinery)

„Wir haben bereits über dreißig Maschinen der R-Serie ausgeliefert, die alle stabil mit einer Taktzahl von 120 Verpackungen pro Minute bei höchster Sicherheit und zur vollsten Zufriedenheit der Kunden arbeiten.“ Andrea Fioravanti, CEO MPT (Foto: MBP, PFM Packaging Machinery)

Vereinfachte Architektur

Der Übergang von der herkömmlichen SPS-basierten Technik zu einer PC-basierten Steuerungsarchitektur ermöglicht dem Maschinenbauer diverse Vereinfachungen: „Hierzu zählen nicht zuletzt die mit typischen Industrie-4.0-Konzepten zusammenhängenden Aspekte, die in der IOT-Kommunikation einen wesentlichen Hebel sehen, an dem wir ansetzen müssen. Der Einsatz der PC-Plattform hat es uns ermöglicht, steuerungs- und kommunikationstechnische Aspekte mit einem integrierten Ansatz anzugehen. Ob Pneumatik, Schrittmotoren, bürstenlose Antriebe, Sensorik oder Datenerfassung: die gesamte Steuerungs- und Überwachungsarchitektur wird über eine einzige Standardhardware in Form eines Industrie-PCs unter Einsatz einer Logik gesteuert, die nicht nur konzeptionell sondern auch faktisch integriert ist, beispielsweise durch die Verwendung von Twincat 3 als durchgängige Entwicklungsumgebung“, erläutert MBP-Geschäftsführer Fioravanti die Vorteile.

Kommunikation auf allen Ebenen

Eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung der Verpackungsmaschinen der neuen R-Serie spielte auch die Verfügbarkeit eines Kommunikationsnetzes wie Ethercat, das einerseits in der Lage ist, mit äußerst simplen – beispielsweise CAN-basierten – Protokollen zu kommunizieren, und andererseits die Verbindung mit den in der IT-Welt typischen, überlagerten Ebenen, wie Ethernet, Fernwartung und ERP-Anbindung ermöglicht. „Dank der offenen Auslegung der Systeme für die verschiedensten Kommunikationsstandards wie auch für das Cloud-Computing sind die Maschinen der R-Serie bestens vorbereitet für Industrie 4.0″, merkt Fioravanti an.

Mit dem Twincat IOT Communicator TF6730 ist es möglich, die Prozessdaten der Maschine zu jedem beliebigen Gerät, ob Smartphone oder Tablet, zu übertragen. Mit der Twincat IOT Communicator App TF6735 wiederum stellte der Automatisierungsspezialist eine simple Lösung zum Überwachen und Analysieren der Prozessdaten der Anlage zur Verfügung. Der Weg über die Cloud ermöglicht es MBP, den Remote-Support schnell und effizient zu steuern, da der Echtzeitzugriff auf die Maschinendaten eine drastische Reduzierung der Kosten und des Zeitaufwands für den technischen Service ermöglicht. Über eine von MBP entwickelte App kann der Leiter des technischen Supports ein E-Service-Ticket für den zuständigen Servicetechniker erstellen. Dieser ist dann authentifiziert, um aus der Cloud alle notwendigen Informationen herunterzuladen und die erforderlichen Servicemaßnahmen durchzuführen.

Auf diese Weise ist MBP in der Lage, seinen Kunden über die Cloud eine kontinuierliche Überwachung der Maschinenleistung anzubieten. Fertigungsstatistiken wie auch Betriebsparameter (beispielsweise Stromverbrauch der Motoren, Anlaufstrom) kann der Maschinenbauer auf Kundenwunsch hin kontinuierlich im eigenen Control Room überwachen. Auf Grundlage dieser Daten kann der Hersteller die Maschinenleistung mit dem Ziel einer kontinuierlichen Optimierung der für die Produktivität und vorausschauenden Wartung geltenden Kennzahlen verbessern.

Skalierbar auf die Anwendung

„Der Einsatz der PC-basierten Steuerungstechnik bietet zweifelsohne einen enormen Vorteil“, zieht Fioravanti Fazit. „So ist es möglich, die CPU je nach Größe, Schutzart und Bemessungsleistung der jeweiligen Anwendung zu skalieren. Noch ergonomischer wird diese Lösung durch die umfangreiche Auswahl an Schnittstellenelektronik, Ethercat-I/O-Modulen, Kommunikationsinterfaces und Servoantriebs-Lösungen. Wir haben damit eine Lösung an der Hand, mit der wir alle technischen Anforderungen, die die moderne Verpackungsindustrie heute stellt, bestmöglich erfüllen können.“

Autor

Frank Würthner, Branchenmanagement Verpackungstechnik, Beckhoff Automation

Unternehmen

Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Hülshorstweg 20
33415 Verl
Deutschland

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