antriebstechnik 6/2016

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AUTOMATION UND ROBOTIK I SPECIAL Eine clevere Lösung Neue Technologie ermöglicht schnelle Etikettierung von Flaschen Haim Monhait Intelligente Konstruktionswerkzeuge, moderne Steuerungstechnik, perfekt ausgelegte Servoachsen und ein effizientes Ethercat-Netzwerk sind die Voraussetzungen für eine schnelle Konstruktion von hochpräzisen Maschinen zur Etikettierung und Versiegelung von Flaschen. Aber was verbirgt sich genau hinter dieser Technologie? Lesen Sie mehr. Haim Monhait CEO ist Rami Simani-Application Dept. Manager bei Elmo Motion Control M it der Technologie der Elmo Motion Control GmbH für Maschinen zur Etikettierung und Versiegelung von Fla schen können bis zu 60 000 Etiketten pro Stunde aufgebracht werden. Trotz der hohen Geschwindigkeit arbeiten die Maschinen beson ders präzise. Die Fehlerrate ist gering. Die konstruktive Auslegung dieser Maschi nen ist deshalb anspruchsvoll, da die 60 integrierten Antriebe des schnell rotierenden Rund läufers genau gesteuert werden müssen. Voraussetzungen für einen problemlosen Betrieb sind daher eine effiziente Energieübertragung und eine EtherCat-Netzwerkkommunikation über Schleifringe. Eine Maschine zur Etikettierung und Versiegelung von Flaschen kann nur dann schnell und problemlos laufen, wenn die komplexen und dynamischen Ecam-Bewegungen genau berechnet und gesteuert werden können. Diese Aufgabe übernehmen in den Maschinen die Bewegungsregler von Elmo, mit denen sich aufgrund der integrierten anspruchsvollen und komplexen Mechanismen Dutzende von Motoren und Antrieben steuern lassen, und das selbst dann, wenn die Maschine enor 68 antriebstechnik 6/2016
SPECIAL I AUTOMATION UND ROBOTIK men Schwingungen, feuchten Um ge bungsb edingungen und extremen Temperaturen ausgesetzt ist. Außerdem müssen die empfindlichen Kommunikationsdaten über die Schleifringe schnell, exakt und fehlerfrei übertragen werden. Häufig erfordert dies einen mehrwöchigen Einsatz erfahrenen Fachpersonals und ist mit einem erheblichen Zeitaufwand verbunden. Software erleichtert Implementierung Die Steuerungssoftware kann einzelne Servoregler genau aufeinander abstimmen Durch den Einsatz intelligenter Steuerungssoftware, Elmo Application Studio II (EAS II), wird die Implementierung solcher Maschi nen erleichtert. Die Konstruktion der Maschinen gestaltet sich einfacher, damit verkürzt sich der Zeitaufwand für die Programmierung und Inbetriebnahme der Steuerung auf weniger als drei Tage. Die Tools des EAS II lassen sich in zwei Gruppen unterteilen: Mit den Konfigurations-Werkzeugen der ersten Gruppe stehen dem Nutzer viele Funktionalitäten zur Verfügung: Darunter u. a. die Konfiguration der Servoregler, die Ecam-Konfiguration, das Fehlermapping, die Netzwerkkonfiguration. Zur zweiten Gruppe zählen einige umfangreiche Programmier-Werkzeuge. Dazu zählen auch Bibliotheken und Bedienoberflächen. Da sich die Werkzeuge der beiden Gruppen optimal ergänzen, kann die Maschine innerhalb kürzester Zeit implementiert werden. In die Motoren der Maschine wird ein kompakter, leistungsstarker und robuster Servoregler der Reihe Gold Whistle integriert. Dadurch fällt die Konstruktion des Rundläufers einfacher aus. Der Servoantrieb braucht nur wenig Platz und zeichnet sich durch ein geringes Gewicht aus. Als Verdrahtung sind nur noch der DC-Bus und ein EtherCat-Kabel erforderlich. Damit kann auch die Größe des Schaltschrankes verringert werden. Durch den reduzierten Verdrahtungsaufwand werden etwaige elektromagnetische Störungen eliminiert, der Antrieb erweist sich als störfest. Die kompakten Servoregler des Typs Gold Whistle sind für hohe Bandbreiten und kurze Reaktionszeiten ausgelegt. Sie bieten – selbst bei nicht-linearen hochauflösenden Systemmechaniken – eine gute Leistung. Dies ermöglicht einen schnellen, stabilen und fehlerfreien Maschinenbetrieb bei gleichzeitig hohem Durchsatz. Die 60 Servo antriebe werden vom Maestro, Elmos Multiachs-Controller, gesteuert. Dieser überwacht die komplette Etikettierung und Versiegelung der Flaschen. Mit dieser Multiachs-Steuerung lässt sich selbst das komplexeste Bewegungsszenario noch mit hoher Präzision ausführen. Für eine schnelle Etikettierung und Versiegelung der Flaschen sorgt ein Rundläufer mit 60 Drehtellern. Die Zuführung und Vereinzelung der Flaschen findet in der Anlage automatisch statt. An jedem einzelnen Drehteller des Rundläufers ist ein leistungsfähige, platzsparende Duet von Elmo angebracht. Bei diesen integrierten Motor-Servoantrieben wird ein Servomotor mit einem Servoregler in einer Einheit kombiniert. Aufgrund der Bauweise des Rund läufers kommt den Duets eine entschei dende Bedeutung zu: Durch die direkte Kupplung am Rundläufer wird eine präzise Maschinen bewegung während der Bilderfassung der Kamera sichergestellt. Die Duets nutzen die volle Leistung der EtherCat-Netzwerkkommunikation. Die Steuerungssoftware verfügt über vielfältige Funktionalitäten und ist damit das richtige Werkzeug, um die einzelnen Servoregler genau aufeinander abzustimmen. Dadurch können alle Bewegungen der Maschine mit Präzision und kurzen Reaktionszeiten erfolgen. Durch den Einsatz der EAS II Software kann der Servoantrieb eines jeden beliebigen Motors an jeder Mechanik optimale Leistungswerte erbringen. Automatisierte Tuning-Werkzeuge helfen Schwächen der Mechanik in wenigen Minuten zu überwinden. Die Duet-Lösung muss so robust sein, dass sie selbst den Schwingungen des Rundläufers standhält. Aufgrund der Minimalverkabelung kommt es bei dieser Lösung nur zu geringfügigen elektromagnetischen Störungen, EMI und RFI sind niedrig. Zusammen mit der seriellen Verdrahtung des EtherCat-Netzwerks eignet sich die Lösung deshalb für mehrachsige Bewegungsszenarien mit einer hohen Anzahl von Achsen. Maestro steuert Flaschendrehung In der Maschine sind vier High-Speed Kameras fest installiert. Sobald eine Flasche eine Kameraeinheit passiert, wird ein Bild erstellt und an den Hostcomputer übertragen. Der Hostcomputer wiederum verarbeitet die Bilddaten weiter und errechnet so unter Verwendung eines Bildverarbeitungsalgorithmus, an welcher Stelle genau das Etikett aufzubringen ist. Die für die Etikettierung notwendige Flaschendrehung wird vom Maestro gesteuert. Dieser legt fest, wo das Etikett platziert werden soll und gleicht diese Information mit den Daten des Ecam- Werkzeugs ab. Erst im Anschluss findet die eigentliche Etikettierung statt. Durch die Verbindung aus Ecam-Werkzeug und Maestro kann ein einwandfreier Betrieb der Etiket tiermaschine sichergestellt werden. Alle Slaves entsprechen den im DS402 Standard definierten Vorgaben. Der Multiachsen-Controller und die Steuerungssoftware EAS II ermöglichen hohe Interpolationslevel und damit fließende, präzise Bewegungen mit einer minimalen Anzahl von Ecam- Punkten. Wird die Software in Verbindung mit Elmos EMBL (Elmos Motion Blocks libraries) eingesetzt, können die Ecam-Bewegungen einfach und schnell berechnet und geprüft werden. Dadurch ist die Maschine bereits innerhalb weniger Tage einsatzbereit. Bei einer modernen Interpolation werden mehrere Slaves einfach als Zusatzfunktion zum Master hinzugefügt. Anschließend findet nur noch die Interpolation zwischen den unterschiedlichen Positionen statt. Die EMBLs bilden eine gute Ergänzung zur EAS II-Software. www.elmomc.com antriebstechnik 6/2016 69
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