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AutomatisierungDie Platten auf Position bringen

Extruder-Folgeeinrichtungen schnell und präzise steuern
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Automatisierung: Die Platten auf Position bringen
Stein Maschinenbau, ein Spezialist für Maschinen für die Extrusions-Nachfolge, setzte bei einem Auftrag für einen belgischen Kunststoffhersteller erstmals ABB Machinery Drives ACSM1 ein. Der Servo-Umrichter kann dabei durch eine hohe Positioniergenauigkeit überzeugen.

Die Stein Maschinenbau GmbH & Co. KG 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 Teilegewicht von bis zu 1 t. In dieser „Gewichtsklasse“ nimmt das Unternehmen heute europaweit eine Führungsposition ein.

In einer Anlage, die das Unternehmen bei einem belgischen Kunststoffhersteller erstellte, werden weitaus leichtere Teile verarbeitet. Die Platten aus transparentem Kunststoff werden als Maschinenabdeckungen, Duschabtrennungen und als Hallenfenster eingesetzt. Die Anlage eignet sich zum Abstapeln von Kunststoffplatten mit einer Länge von 600 Millimeter bis 6000 Millimeter und 2 bis 25 Millimeter Dicke. Die gesamte Plattenlage ist rund 20 Meter lang. Ihre Produktionsgeschwindigkeit beträgt 9 m/min, Teile der Transporteinrichtungen laufen allerdings mit einer Eilganggeschwindigkeit von bis zu 70 m/min.

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Die gesamte Anlage ist aus mehreren Segmenten aufgebaut. Die Endlos-Warenbahn läuft aus dem Extruder mit rund 2,30 Meter Breite in die erste Station ein, in der das Material auf zwei Meter Breite besäumt wird. Die abgeschnittenen Streifen werden geshreddert und dem Extrusionsprozess wieder zugeführt. Die nachfolgende fliegende Säge schneidet aus dem Endlos-Band quer zur Extrusionsrichtung Platten in der geforderten Länge. Bei Bedarf teilt eine zweite Sägeeinrichtung die Platten in Längsrichtung. Anschließend transportiert sie ein Förderband zu einer Stapelanlage, wo sie ein Sauggreifer beidseitig auf Hubtischen neben der Linie abgelegt. Die Hubtische waren aus Gründen der Taktzeit notwendig, um die Fahrtstrecke der Saugtraverse zu verkürzen.

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.

Bei der Antriebstechnik entschied sich Stein Maschinenbau für den Einsatz der ABB Machinery Drives ACSM1 in der Extruder-Folgeanlage. 14 dieser Servo-Umrichter mit Leistungen von 1,1 bis 11 kW regeln die Antriebe für die fliegende Säge, die Förderbänder, den Stapler und die Hubtische. Zwei ABB-Synchronservomotoren SDM261 (3000 min-1, 9,74 W, 31 Nm) am 2-Achs-Staplerportal komplettieren die Technik.

Insgesamt sechs Servo-Umrichter sind in der Stapelanlage im Einsatz:

  • geberlose Drehzahlregelungsantriebe zum Verfahren der Hubtische, jeweils mit direktem Motoranschluss und Open-loop-Betrieb. Den Drehzahlsollwert gibt die übergeordnete SPS vor.
  • 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 Ist-Geschwindigkeit und das Statuswort melden die ACSM1 an die SPS zurück.
  • drehzahlgeregelte Antriebe für Band 1 (kurz) und 2 (lang), wobei Band 2 in Abhängigkeit von der Lichtschranke zwischen den beiden Bändern Positionsregelung und Drehzahlregelung umschaltet.

Kundenspezifisches Solutionprogramm

Die direkte Umrichter-Umrichter-Verbindung (Drive-to-Drive, D2D) gewährleistet laut Hersteller den schnellen Informationsaustausch der Antriebe von Band 1 und Band 2. Die fliegende Umschaltung von Band 2 (Betriebsmodus-Umschaltung zwischen Positions- und Synchrondrehzahlregelung) geschieht in Abhängigkeit von der Lichtschranke zwischen den beiden Bändern und einem dafür definierten Bit im Steuerwort des Antriebs.

Um die höchstmögliche Positioniergenauigkeit zu erreichen, muss eine schnelle fliegende Umschaltung der Betriebsmodi gewährleistet sein. Durch kurze Beschleunigungs- und Umschaltzeiten werden Positioniergenauigkeiten kleiner ±1 Millimeter bei Bandgeschwindigkeiten von etwa 70 m/min und Beschleunigungs- bzw. Verzögerungszeiten von 0,3 Sekunden erreicht. ABB hat hierfür eine kundenspezifische Lösung entwickelt, die das gewünschte Verhalten ermöglicht, und sie im Solution Program Composer umgesetzt. Standard-Funktionen und Funktionsblöcke können aus vorkonfigurierten Firmware-Funktionsbausteinen ausgewählt werden. Bei komplexeren Regelungen sind mehrere Funktionsblöcke zu einer applikationsspezifischen Regelkette kombinierbar.

Das spezielle Solutionprogramm im Umrichter an Band 2 verknüpft eine anwendungsspezifische Logik zum Umschalten des Betriebsmodus zwischen Positions- und Drehzahlregelung mit den schnellen Digitaleingängen des Gebermoduls FEN-11 des Umrichters und somit mit der Lichtschranke. Die Betriebsmodus-Umschaltung kann über das vergebene Bit im Steuerwort aktiviert oder deaktiviert werden. Das ermöglicht die genaue Positionierung der jeweiligen Platte, wobei die Referenz das von der SPS vorgegebenen Positions-Sollwerts direkt dem Abstand zwischen der hinteren Kante der Platte und dem Tischanfang beziehungsweise dem Anfang von Band 2 entspricht.

Die übergeordnete SPS ermöglicht eine anwendungsspezifische Anpassung der Palettierung an die Bedürfnisse des Kunden. Die Dezentralisierung von Programmen, die die Prozesslogik enthalten, direkt in den Antrieb führt, zu einer Entlastung der Steuerung. Durch die Teilautarkie des Antriebssystems werden dadurch mehr Kapazitäten in der SPS für andere Prozessteile frei.

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