Modulare Steuerungstechnik erhöht Effizienz und Flexibilität von Verpackungsmaschinen

Die Geschichte der ESN Group ist die eines klassischen Start-ups: Erst vor vier Jahren im norditalienischen Treviglio gegründet, bündelt ESN (Engineering Service Network) eine Reihe spezialisierter Partnerunternehmen und damit auch entsprechend viel Know-how und Erfahrung. Ergebnis sind schlüsselfertige und kundenspezifische End-of-line-Lösungen für Verpackungsprozesse, die insbesondere Maschinenmodule für Etikettierung, Primär- und Sekundärverpackung, Palettierung sowie Handling, beispielsweise in der Lebensmittel-, Chemie-, Pharma, Tiernahrungs- sowie Mineralölindustrie, umfassen.

Fokus auf mittlere und niedrige Maschinentakte

„Unsere Mission ist es, den Kunden vor allem im Bereich der mittleren und niedrigen Maschinengeschwindigkeiten zu bedienen“, erklärt Ingenieur Glauco Cima, Mitgründer und Geschäftsführer von ESN. „Dieses Marktsegment bietet besonders viel Raum für Innovationen und Performancesteigerungen mithilfe moderner Automatisierungstechnik.“

Die ESN-Philosophie drückt sich in einer speziellen Interpretation des Begriffs „End-of-line“ aus: Der Verpackungsprozess wird nicht als die Anreihung mehrerer Maschinenmodule gesehen, sondern als modulares und integriertes System, das detaillierte Informationen über seinen Betrieb kommunizieren kann – ausgestattet mit klassischen Automatisierungssystemen wie auch mit modernen gemischten OT/IT-Architekturen. „Viele Unternehmen kombinieren einfach mehrere Einzelmaschinen“, skizziert Cima das Grundproblem. „Auf diese Weise gehen der Schicht- und Produktionsleitung wertvolle Informationen verloren, die für das Management und die Performance einer Linie sehr wichtig sind.“

Das ESN-Konzept einer End-of-line-Anlage umfasst alle für den abschließenden Packagingprozess notwendigen Aspekte:

• Etikettierung und entsprechende Kontrollen,
• Produktqualitätskontrollen,
• Handling,
• Palettierung,
• Sekundärverpackung,
• Kontrolle der Paletten sowie deren
• Codierung und Rückverfolgbarkeit

„Die bei unserem Konzept integrierte Verwaltung all dieser Prozessabläufe ist sehr wichtig, da dies den Endkunden die erforderlichen Informationen umfassend, in Echtzeit und eingebunden in das übrige Produktionsumfeld bietet“, stellt Cima den modularen Ansatz heraus. „Solch ein variables Konzept verlangt eine ebenso modulare, offene und flexible Automatisierungstechnik. Dementsprechend hat sich PC-based Control von Beckhoff bei der Umsetzung als die beste Lösung erwiesen.“

„Wir sind mit den Systemen anderer Anbieter vertraut, aber wir suchten ein zuverlässiges, einfaches und offenes System“, erläutert Cima. Daher wurden traditionelle SPSen von vornherein ausgeschlossen. Ein weiterer Aspekt: „Als Start-up benötigten wir gerade anfangs eine sehr ‚dynamische‘ Unterstützung“, bekennt der ESN-Geschäftsführer, „und Beckhoff war und ist wirklich eines der dynamischsten Unternehmen – nicht nur in Bezug auf Innovation und Marktansatz, sondern auch hinsichtlich der Unterstützung von Unternehmen, die mit speziellen Projekten und Anforderungen aufwarten.“

Laut Cima stellen die Beckhoff-Automatisierungslösungen aus technischer Sicht für ESN das Beste dar, was es an Qualität, Modularität, Kompaktheit und Offenheit gibt. Zudem passen sie optimal zur Automatisierungsphilosophie des Maschinenbauers und zu den in der Verpackungsindustrie typischen Motion-Anforderungen. „Darüber hinaus ist die von Beginn an äußerst vertrauensvolle Zusammenarbeit mit Beckhoff für uns von entscheidender Bedeutung“, so der ESN-Geschäftsführer. Und weiter: „In unseren Projekten kommt ausschließlich Beckhoff-Automatisierungstechnik zum Einsatz – vom Antrieb bis zum dezentralen I/O und von der Automatisierungssoftware Twincat bis zum Bedienpanel.

In dem End-of-line-Konzept nutzt jedes Modul einen Panel-PC als Steuerung – ein Multitouch-Einbaugerät CP27XX oder eine Singletouch-„Economy“-Ausführung CP67XX. Dazu erläutert Cima: „Wir haben uns entschieden, alle unsere Komponenten in einem modularen System zusammenzuführen. Das Ende der Verpackungslinie gleicht daher einem Netzwerk an kompakten Panel-PCs, die eng miteinander kommunizieren, um die Leistung, Rückverfolgbarkeit und Qualitätskontrolle zu gewährleisten. Ohne diesen modularen Ansatz wäre es schwierig gewesen, dieses Ziel kostengünstig und mit vertretbarem Aufwand zu erreichen.“

Die gesamte ESN-Automatisierung basiert auf der Software Twincat, die auch Anwendungen zur Qualitätskontrolle wie Vision-Systeme unterstützt. Durch die Offenheit von Twincat lassen sich auch externe, beispielsweise in C++ oder Python entwickelte Routinen einbinden. Die Steuerungsarchitektur kann, je nach Spezifikation, eine nahezu unbegrenzte Anzahl von I/O-Datenpunkten verarbeiten, angebunden über Ethercat-Klemmen beziehungsweise -Box-Module. Über Ethercat-Koppler EK1100 lassen sich bei Bedarf auch Drittsteuerungen nahtlos integrieren. Diese Systemoffenheit ermöglicht eine Erweiterung der Linie ohne Änderungen an der Automatisierung.

Zum Einsatz kommen weiterhin die kompakte Antriebstechnik von Beckhoff, also die Servomotorklemmen EL72XX und Servomotoren AM81XX, sowie Servoverstärker AX5000 mit Servomotoren AM8000. Hierbei ermöglicht die One Cable Technology (OCT) einen minimierten Verkabelungs- und Montageaufwand.

Die hohe Performance von Ethercat und PC-based Control schafft darüber hinaus weitere Vorteile: So konnte ESN ein Schnellwechselsystem für Greifer entwickeln, das durch die Möglichkeit zur kurzzeitigen Unterbrechung der I/O-Signale während des Betriebs die Stillstandszeiten der Produktionslinie reduziert.

Die Features der Beckhoff-Technologie verkürzen zudem die Entwicklungs- und Implementierungszeit der Projekte, wie Cima erläutert: „Dies ist ein wichtiger Aspekt, um kundenspezifische Lösungen auf der Grundlage einer standardisierten Architektur liefern zu können.“

Diese Philosophie wurde sowohl auf die mechanischen wie auch die elektrischen Anlagenteile übertragen. Dementsprechend beginnt bei ESN die Suche nach Modularität bereits beim Designprozess. Erst am Ende wird die Linie spezialisiert, quasi auf den Prozess maßgeschneidert. Auch zur Umsetzung dieser Engineeringphilosophie leistet PC-based Control von Beckhoff einen Beitrag: „Diese Automatisierung passt perfekt zu unserem Konzept und bietet eine geeignete modulare Plattform, um genau diesen Ansatz bei der Entwicklung aller Projekte zu verfolgen“, bekräftigt Cima.

Intelligente Modularität wird zur Pflicht

Cima ist überzeugt, dass in den kommenden Jahren der mechanische Teil einer Maschine an Bedeutung verlieren wird. Zwänge und „architektonische Barrieren“ innerhalb von Unternehmen werden zunehmend verschwinden und die Produktion wird flexibel programmierbar sein müssen. Die Konsequenz: Modularität wird zu einem grundlegenden Feature einer Maschine. „Und bei allen Anwendungen, bei denen die Mechanik solch einen Lösungsansatz behindert, werden Elektronik und Neuprogrammierung dieses Manko beseitigen oder wenigstens umgehen. Die von Beckhoff zur Verfügung gestellten Technologien sind dafür prädestiniert, werden im Vergleich zu ihrem Potenzial aber oft noch zu wenig genutzt“, schließt Cima.