Edelstahl-Control-Panel zum Steuern von Abfüllanlagen | Anlagen zum Abfüllen und Dosieren flüssiger und pastöser Stoffe für die Chemie-, Pharma-, Kosmetik- und Nahrungsmittelindustrie müssen höchsten Anforderungen an Präzision und Durchsatz genügen. Wenn in die Steuerungstechnik zusätzlich noch branchenspezifische Messfunktionen integriert sind, bietet dies dem Anwender mehr Komfort und Sicherheit im Prozess.
Die VMS Maschinenbau mit Sitz in Engelhofen hat sich auf Abfüllanlagen für die chemische und die Nahrungsmittelindustrie spezialisiert. Als Steuerung setzt der Maschinenbauer durchgängig auf die PC- und Ethercat-basierte Steuerungsplattform eines Automatisierungsspezialisten aus Verl. Etwa zehn Prozent der von dem Abfüllanlagen-Hersteller entwickelten und gebauten Maschinen werden im Nonfood-Bereich eingesetzt, 90 Prozent dienen der Verpackung von Molkereiprodukten. „Die Anforderungen der Zielmärkte Nahrungsmittelbranche und chemische Industrie sind sehr unterschiedlich, was entsprechende Auswirkungen auf die Ausrüstung der Maschinen hat", erläutert Roland Trittner, Geschäftsführer von VMS Maschinenbau. Zu den branchenspezifischen Anforderungen im Nahrungsmittelbereich gehören unter anderem das keimfreie, oftmals sterile Abfüllen der Güter sowie die notwendige und zu überwachende Reinigung mit Wasserstoffperoxid (H2O2). In der chemischen Industrie hingegen bedarf es keiner Überwachung des Reinigungsvorganges.
Durchgängige Steuerungsplattform mit Ethercat
Der Abfüllanlagen-Produzent setzt in seinem Maschinenportfolio durchgängig die PC-basierte Steuerungsplattform des Automatisierungsspezialisten und Ethercat ein. Somit sind sämtliche Busklemmen und Antriebsregler über Ethercat vernetzt, einschließlich der Sicherheitstechnik, für die Twinsafe-I/O-Klemmen im Einsatz sind. Die Maschinen werden in der Regel über einen Edelstahl-Panel-PC CP7702 mit Atom-Prozessor gesteuert. Das Panel ist rundum in Schutzart IP 65 ausgeführt und entspricht durch sein spaltfreies Gehäusedesign den strengen Hygieneanforderungen in der Verpackungsindustrie. Alle Funktionen und Betriebsarten der Abfüllmaschinen, wie die Endlagenüberwachungen oder die Überwachung des Anfahrens von Grundstellungen, sind in der Anwendersoftware programmiert, die auf der Automatisierungssoftware Twincat NC PTP aufsetzt.
Messtechnikfunktionen in die Steuerung integriert
In die Abfüllanlagen sind außerdem einige messtechnische Besonderheiten integriert, wie die Füllstandkontrolle von Behältern, die Temperaturerfassung sowie die Überwachung der Reiniung über Sensoren. „Die Sterilisation ist ein sehr sensibler Punkt, da eine Temperatur von 143 °C erreicht und gehalten werden muss", merkt Roland Trittner an. Zur Temperaturerfassung während der Sterilisation kommt die hochpräzise Messtechnikklemme EL3312 mit 16-Bit-Auflösung zum Einsatz.
„Mit der Servotechnologie Twincat NC PTP wurden branchenspezifische Funktionen, wie das Anheben der Gebindebehälter, das Bewegen der Kolben, das Versiegeln der Kunststoffflaschen mit Alufolie oder das Verschrauben der Verschlusskappen schnell und einfach umgesetzt", erläutert Frank Würthner, Branchenmanager Verpackungstechnik von Beckhoff Automation. „Die Nutzung der umfangreichen Twincat-Bibliotheken und Funktionsbausteine hat uns die Realisierung der Anwendung sehr erleichtert. Ein weiterer Grund, uns für die Beckhoff-Steuerungs- und Antriebstechniklösung zu entscheiden, war die Offenheit der Technologie", berichtet Markus Köger, Geschäftsführer von VMS.
Präzision beim Abfüllen
Der Abfüllmaschinen-Hersteller setzt in seinen Abfüllanlagen vorrangig auf das Kolbenfüllprinzip. Hierbei wird die abzufüllende Menge zunächst durch den Kolben angesaugt und anschließend durch die Vorwärtsbewegung des Kolbens, über entsprechend angeschlossene Düsen, eingefüllt. Der Befüllvorgang erfolgt weggesteuert über Twincat NC PTP, die auch die vertikal absenkbare Befüllbrücke und die Einlaufschnecke steuert.
Zu den in jüngster Zeit entwickelten Maschinen gehört die RX1000/4, eine vierpumpige Abfüllmaschine für Politurpaste, die die pastöse Masse in Kunststoffflaschen füllt. Bei der Polierpasten-Abfüllmaschine handelt es sich zwar auch um einen Kolbenfüller, zusätzlich wird aber mit einer Membrane gearbeitet. Bei der Anwendung handelt es sich um ein abrasives Poliermittel, durch das der typische Kolbenfüller einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt wäre. Durch die Membrane ergibt sich ein besonderes Füllsystem, das heißt, der Abfüllvorgang erfolgt für die Kolben völlig berührungslos.
Vier Gebinde gleichzeitig befüllen
Die neue Abfüllanlage befüllt gleichzeitig vier 1-kg-Gebinde. Der Füllvorgang erfolgt mit fünf Takten pro Minute. Den gesamten Prozess, vom Zuführen der Behälter bis zum Ausschleusen nach dem Füllvorgang, steuern Servomotoren des Typs AM3052: Die Kunststoffflaschen werden auf den Drehteller aufgestellt und gelangen von dort automatisch in die Einlaufschnecke. Dort werden sie vereinzelt und exakt auf die Einfülldüsen positioniert. Im nächsten Schritt sinkt die Füllbrücke von oben herab und die vier parallelen Fülldüsen tauchen in die Kunststoffflaschen ein. Während dieses Vorgangs fährt die Füllbrücke proportional zum Füllstand wieder nach oben. Ist der Füllvorgang beendet, blockieren die Düsen. Anschließend erfolgt die Ausschleusung der mit Politurpaste befüllten Behälter durch die Schnecke und die Einschleusung der nächsten vier Kunststoffflaschen.
Der Abfüllmaschinen-Produzent hat seine Maschinen sowohl zum Schutz des Bedienpersonals als auch zur prozesstechnischen Absicherung mit entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen versehen. Für die Anschaltung der Sicherheitsschaltgeräte, z.?B. Not-Aus-Taster oder Türzuhaltungen, sind Twinsafe-Klemmen im Einsatz. Zusätzlich ist das Sicherheitskonzept in einer Sicherheitssteuerung hinterlegt. „Diese Lösung hat sich angeboten, denn es gab bei VMS keine so genannten ‚Altlasten‘, so dass man das Sicherheitskonzept durch Twinsafe gleich mit in die Gesamtsteuerungslösung einbinden konnte", erläutert Branchenmanager Würthner. Es handelt sich hierbei um eine eigenständige Sicherheitssteuerung, die parallel zu Twincat existiert. Grundsätzlich ist das Safety-Konzept für alle Maschinen nahezu gleich, was auch ein einheitliches Handling ermöglicht."
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Die Anforderungen der chemischen Industrie und der Nahrungsmittelbranche sind unterschiedlich, was Auswirkungen auf die Ausrüstung der Maschinen hat.
Beim durchgängigen Einsatz der PC-basierten Steuerungsplattform und Ethercat sind sämtliche Busklemmen und Antriebsregler über Ethercat vernetzt, einschließlich der Sicherheitstechnik, für die Twinsafe-I/O-Klemmen im Einsatz sind.
Die Steuerung der Maschinen kann über einen Edelstahl-Panel-PC mit Atom-Prozessor erfolgen, der rundum in Schutzart IP 65 ausgeführt ist und durch sein spaltfreies Gehäuse den strengen Hygieneanforderungen in der Verpackungsindustrie entspricht.
Alle Funktionen und Betriebsarten der Abfüllmaschinen, wie die Endlagenüberwachungen oder die Überwachung des Anfahrens von Grundstellungen, sind in der Anwendersoftware programmiert, die auf der Automatisierungssoftware aufsetzt.
In die Abfüllanlagen sind für zuverlässige Sterilisation Füllstandkontrolle von Behältern, Temperaturerfassung und Überwachung der Reinigung über Sensoren integriert.
