Platten auf Position – Servoumrichter für Extruder-Folgeeinrichtungen

Stein Maschinenbau mit Sitz in Hinterweidenthal (Rheinland-Pfalz) besteht seit 1962. Zunächst mit der Fabrikation von Schuhmaschinen und -werkzeugen beschäftigt musste sich das Unternehmen nach dem Niedergang der regionalen Schuhindustrie neu ausrichten und spezialisierte sich seit Mitte der 80er-Jahre auf die Planung und den Bau von Extruder-Folgeeinrichtungen. Heute fertigt der Maschinenbauer alle dem Extruder nachfolgenden Anlagenteile für Teilegewichte bis eine Tonne; in dieser Gewichtsklasse hat das Unternehmen mittlerweile europaweit eine Führungsposition inne.

In einer Anlage für einen belgischen Kunststoffhersteller werden weitaus leichtere Teile verarbeitet: Die Platten aus transparentem Kunststoff dienen als Maschinenabdeckungen, Duschabtrennungen und Hallenfenster. Die Anlage eignet sich zum Abstapeln von Kunststoffplatten mit einer Länge von 600 bis 6.000 Millimeter und einer Dicke von zwei bis 25 Millimeter. Die gesamte Plattenlage misst rund 20 Meter in der Länge. Ihre Produktionsgeschwindigkeit beträgt neun Meter pro Minute, Teile der Transporteinrichtungen laufen allerdings mit einer Eilgangsgeschwindigkeit bis 70 Meter pro Minute.

Die gesamte Anlage besteht aus verschiedenen Teilanlagen. Die endlose Warenbahn läuft aus dem Extruder mit einer Breite von rund 2,30 Meter in die erste Station ein, in der das Material besäumt wird – das heißt beidseitig Abschneiden von Seitenstreifen –, um eine Endbreite von zwei Meter zu erreichen. Die abgeschnittenen Streifen werden kleingehäckselt und dem Extrusionsprozess wieder zugeführt.

Die nachfolgende fliegende Säge schneidet aus dem endlosen Band quer zur Extrusionsrichtung Platten in der geforderten Länge. Bei Bedarf können die Platten mit einer zweiten Sägeeinrichtung nochmals längs in kleinere Platten geschnitten werden. Anschließend werden sie über ein Förderband zu einer Stapelanlage transportiert und mit einem Sauggreifer beidseitig auf Hubtischen neben der Linie abgelegt. Die Hubtische waren aus Gründen der Taktzeit notwendig, um die Fahrtstrecke der Saugtraverse zu verkürzen.

Stein Maschinenbau entschied sich für ABB Machinery Drives ACSM1 als Antriebe in der Extruder-Folgeanlage. 14 dieser Servo-Umrichter mit Leistungen von 1,1 bis elf Kilowatt regeln die Antriebe für die fliegende Säge, die Förderbänder, den Stapler und die Hubtische. Zwei ABB-Synchronservomotoren SDM261 (3.000 Umdrehungen pro Minute, 9,74 Kilowatt, 31 Newtonmeter) am Zwei-Achs-Staplerportal komplettieren die Lieferung von ABB.

Herausforderung Stapelanlage
Die Positionierung der Platten auf der Stapelanlage stellt die Antriebstechnik vor eine größere Herausforderung. Da der Sauggreifer die Platten immer an derselben Stelle abnimmt, muss das Förderband die Platten positionsgenau zum Stillstand bringen. Die Anforderungen an die Antriebstechnik erhöhen sich zusätzlich, da man es bei der Plattenstapelanlage mit zwei Bandtischen zu tun hat: einem kürzeren Tisch, der die aus der fliegenden Säge kommenden Platte mit Produktionsgeschwindigkeit aufnimmt, und einem langen Tisch, der die Platte im Eilgang wegtransportiert und für den Sauggreifer positioniert.

Insgesamt sechs ACSM1 sind in der Stapelanlage im Einsatz: Zwei geberlose Drehzahlregelungsantriebe zum Verfahren der Hubtische jeweils mit direktem Motoranschluss und Open-Loop-Betrieb; den Drehzahlsollwert gibt die übergeordnete SPS vor. Zwei Positionsregelantriebe (Motion Control) für das Portal, die jeweils Asynchronmotoren eines Fremdherstellers regeln – die Fahrsatz- und Steuerwortvorgabe erfolgt per SPS; Fahrsätze sind die Sollposition, die Sollpositioniergeschwindigkeit und die Sollbeschleunigung. Die skalierte Ist-Position, die Istgeschwindigkeit und das Statuswort melden die ACSM1 an die SPS zurück. Und schließlich zwei drehzahlgeregelte Antriebe für Band eins (kurz) und zwei (lang), wobei Band zwei in Abhängigkeit von der Lichtschranke zwischen den beiden Bändern zwischen Positionsregelung und Drehzahlregelung umschaltet.

Kundenspezifisches Programm
Die direkte Umrichter-Umrichter-Verbindung der ACSM1 sorgt für einen schnellen Informationsaustausch der Antriebe von Band eins und zwei. Die Betriebsmodus-Umschaltung zwischen Positions- und Synchrondrehzahlregelung von Band zwei erfolgt in Abhängigkeit von der Lichtschranke zwischen den beiden Bändern und einem dafür definierten Bit im Steuerwort des Antriebs. Für die höchstmögliche Positioniergenauigkeit ist eine schnelle fliegende Umschaltung der Betriebsmodi wichtig. ABB hat hierfür eine kundenspezifische Lösung entwickelt, die das gewünschte Verhalten ermöglicht und sie im Solution Program Composer – einem Programm von ABB für die Applikationsprogrammierung – umsetzt. Standard-Funktionen und Funktionsblöcke lassen sich aus vorkonfigurierten Firmware-Funktionsbausteinen auswählen. Bei komplexeren Regelungen lassen sich mehrere Funktionsblöcke zu einer applikationsspezifischen Regelkette kombinieren. pb