Konsequent modular

Mit dem Palettierer PS 10 löst Grässlin Automationssysteme mittels Baukastenkonzept individuelle Aufgabenstellungen im Bereich Materialfluss. Kurze Projektzeiten sind Ergebnis der hohen Modularität. Servomodule und Programmierkonzept von Elau schaffen die Voraussetzungen dafür.

Grundsätzlich sind Palettierer ausgesprochen individuelle Lösungen – die Aufgaben sind vielfältig, Integrationsbedingungen sind unterschiedlich und das Spektrum der zu handhabenden Produkte ist weit.

Die in Form und Größe verschiedenen Produkte müssen entweder lose auf Bändern ankommend in Trays oder Kleinladungsträger eingebracht oder aus diesen in neue Prozesse eingeschleust werden. Unterschiedliche Robotik-Elemente oder Linearachsensysteme führen mit individuell gestalteten Greifersystemen notwendige Transferschritte aus. Die Anforderungen an Zykluszeiten für Transferschritte und Traywechsel schwanken dabei, ebenso die Gestaltung der Zu- und Abführung von Produkten und Kleinladungsträgern.

Baukasten auf hohem Niveau
Schlüssel zum Palettier-Erfolg ist eine Standardisierung der Basiskonstruktion im Rahmen einer Baukastenstruktur; Standardisierungsgrad und die Möglichkeit der einfachen Adaption entscheiden über Preis und Lieferzeit. Hier punktet Grässlin: Das Programm an Palettierern besteht aus Basiskonstruktionen, die an ein weites Aufgabenspektrum anpassbar sind.

Für das mittlere Anforderungssegment eignet sich das modular aufgebaute Palettiersystem PS 10 für ein reines Trayhandling mit Traywechselzeiten von minimal sechs Sekunden – die Applikation kann aber auch das Materialhandling mit einschließen. Die in diesem Fall realisierbaren Pick&Place-Zykluszeiten reichen an drei Sekunden heran. Grundsätzlich sind Lösungen für Tray-Formate 300 mal 400 beziehungsweise 400 mal 600 Millimeter realisierbar.

Die quadratische Grundkonstruktion mit kompaktem Aufbau benötigt weniger als zwei Quadratmeter Stellfläche. In der Basisausführung mit drei Stapelplätzen werden Traystapel auf Gurtförderbändern zu- und abgeführt. Alternativ ist eine Zu- und Abführung der Trays mit Rollenbahnen oder Transportwägen realisierbar, bei Bedarf optimiert eine vorgeschaltete Pufferstrecke den Durchsatz. Standardisierte Linienportale mit zwei und drei Achsen oder andere Roboterkinematiken nehmen die Produkte auf und überbrücken unterschiedlich lange Transferwege. Die Gestaltung der Tray- und Produktgreifer richtet sich jeweils nach den Produkten beziehungsweise den Traykonstruktionen.

Durchgängige Modularität

Mittlerweile hat der Hersteller den PS 10 überarbeitet und ihn an hygienesensible Bereiche adaptiert. Er eignet sich jetzt für Verkleidungen in unterschiedlichem Umfang. Pakete für Reinraum- oder ESD-Tauglichkeit umfassen als High End-Lösung alle Maßnahmen für anspruchsvolle Produktionsbereiche, etwa Pharma, Kosmetik oder Elektronik. Auch die Modularisierung selbst hat der Hersteller noch weiter verbessert, etwa bei der Abbildung der jeweils individualisierten Form von Elektronik und Software: Je nach Ausbaustufe sind zwischen vier und acht Servoantriebe für eine Maschine erforderlich.

Entsprechend war bisher die Zahl von Servoreglern in den Schaltschrank zu integrieren und zu verdrahten. Einer Vereinheitlichung des Schaltschrankes für die Steuerungstechnik stand immer ein unterschiedlicher Volumenbedarf entgegen. Deshalb wurde die bisherige Automatisierungstechnik durch eine Elau-Lösung ersetzt. Das für Verpackungsmaschinen entwickelte System ist jetzt steuerungstechnisches Herz des Palettierers, sowohl für die Bewegungssteuerung als auch für die SPS-Funktionalitäten.

Die antriebsseitige Kommunikation findet über Sercos statt, die Anbindung des HMI und die vertikale Integration über Ethernet. Für die Ankopplung dezentraler Peripherie und der Sicherheitstechnik hat die Steuerung ein Profibus-Interface. Grässlin nutzt für die Software das IEC-61131-3-konforme Programmier-Konzept des PacDrive-Systems inklusive des Templates. Für die Gestaltung der Betriebsarten oder der Fehler-Behandlung umfasst das Template bereits vorbereitete Standardfunktionalitäten.

Das Maschinenprogramm selbst entsteht weitgehend durch Parametrieren und Verschalten von Bibliotheksbausteinen. Solche so genannten Equipment-Module ermöglichen eine flexible Abbildung der jeweiligen Ausbaustufe der Hardware beziehungsweise der Applikation auf die Software. Sie prägen durch die Verwendung bewährter und validierter Funktionen die hohe Qualität der Maschinenprogramme. Außerdem sind sie Ausgangsbasis für die Zertifizierung der jeweiligen Maschinenvariante nach FDA, zusätzlich erleichtert durch das von Elau verfügbare Tool für Change Detection-Management.

Die standardisierten Betriebsarten sind auch Basis für eine sogenannte Navigationsfunktion des Bedienkonzepts: Egal, in welchem Zustand sich die Maschine befindet – der Bediener kann unter allen Umständen den Prozess neu starten, und der Palettierer setzt seine Arbeit an der abgebrochenen Stelle fort.

Die Modularität auf der Elektronik-Seite verbesserte sich durch Einsatz der iSH-Technologie gegenüber der früheren Lösung entscheidend. iSH-Servomodule vereinen in einer Baugruppe den Servomotor und die Regelelektronik. Sie sind beim PS 10 durchgängig im Einsatz – auch für die Linearachsen-Portale. Grässlin kann den für die Aufnahme der Automatisierungskomponenten vorgesehenen Schaltschrank einheitlich und kleiner gestalten; er muss nur das zentrale PS5-Netzteil und die Elau-Steuerung aufnehmen. Bedeutend sind vor allem die kurzen Montagezeiten: Im Feld erspart die steckbare Technologie mindestens 50 Prozent der bisher benötigten Zeit, im Schaltschrank durch Wegfall der Verdrahtung von Servoverstärkern sogar 90 Prozent.

Auch auf der Software-Seite ist vieles besser – zum einen durch die modulare Programmstruktur, zum anderen verkürzen die verfügbaren Bibliotheksbausteine die Engineering-Zeiten. Speziell die Robotikbausteine waren für Grässlin Anreiz. Denn sie reduzieren die Bewegungsprogrammierung für die Linearachsen-Portale weitgehend auf Parametrieraufgaben. Die Qualität der Lösung übertrifft dabei eine reine Punkt-zu-Punkt-Positionierung: Die in den Bausteinen implementierten Algorithmen bestimmen anhand der Vorgaben durch entsprechende Transformationen optimierte Verfahrwege inklusive Funktionen wie Überschleifen.