Durchgängige Automatisierung für Kunststoff- und Verpackungsmaschinen
Plastics meets Packaging
PC-based Control als Steuerungsstandard für Plattenextrusionsmaschinen
Graham Engineering, Pennsylvania, USA
Kunststoffprodukte sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken und die Nachfrage ist weiter steigend. Auch die anhaltenden Diskussionen über Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit haben keine Kehrtwende eingeleitet – die Kunststoffverarbeitung gewinnt global weiter an Bedeutung. Die Forderungen nach einer nachhaltigen Produktion von Kunststoffen und einer Kreislaufwirtschaft machen sich aber verstärkt als Treiber innovativer Technologien und Verfahren in der Branche bemerkbar. Die Anforderung an Kunststoffmaschinen hinsichtlich einer hohen Produktqualität und Produktivität bei gleichzeitig reduziertem Ressourcenverbrauch werden mit innovativer Steuerungstechnologie von Beckhoff in allen Applikationen erfüllt: vom Spritzgießen über Blasformen und Extrusion bis hin zum Thermoforming.
Ihr Vorsprung in der Kunststoffindustrie mit Beckhoff:
- Wettbewerbsvorteile durch innovative Technologien und branchenspezifische Produktentwicklungen
- durchgängige Komplettlösung für alle Kunststoff-Applikationen
- kompetente Beratung dank tiefgehendem Branchen-Know-how
- nahtlose Anbindung branchentypischer Standards nach Euromap und OPC UA
Unsere Technologien für Ihre Kunststoffmaschine
Das PC-based-Control-Prinzip
Mit unserer PC-basierten Steuerungstechnik bieten wir für alle Bereiche der Automatisierung von Kunststoffmaschinen umfassende Systemlösungen in verschiedenen Leistungsklassen an. Das Grundprinzip beruht auf einem leistungsfähigen Industrie-PC, einer performanten Feldbusanschaltung mit den angeschlossenen Peripheriegeräten für Sensorik und Aktorik sowie der Software TwinCAT für Engineering und Echtzeitsteuerung. Ergänzt wird die Steuerungsplattform durch ein umfangreiches Portfolio an Antriebstechnikkomponenten. TwinCAT bündelt alle notwendigen Funktionalitäten wie SPS, Motion Control, Robotik, Messtechnik, Bildverarbeitung und HMI in einer Software. Basierend auf IT-Standards verfügt unsere Steuerungslösung über die notwendige Offenheit, um intelligente Produktionskonzepte gemäß Industrie 4.0 zu realisieren.
Aufgrund der Leistungsstärke moderner Prozessoren, wie wir sie in allen PC-Serien verbauen, können rechenintensive Anwendungen problemlos in die Steuerungsplattform integriert werden. Kunststoffmaschinenhersteller profitieren vom kontinuierlichen Leistungszuwachs der Prozessoren: Kürzere Abtastzeiten steigern schon heute die Qualität des Endprodukts und bilden in Zukunft die Voraussetzung zur Realisierung selbstlernender Maschinen. Die Möglichkeit, beispielsweise eine Spritzgießmaschine komplett zu simulieren im virtuellen Designprozess, spart Zeit bei der Entwicklung und der Inbetriebnahme.
EtherCAT: Weltstandard für Kunststoffmaschinen
Die EtherCAT-Technologie wurde 2003 von uns auf den Markt gebracht und als offener Standard der Automatisierungstechnik zur Verfügung gestellt. Mit herausragender Leistung, flexibler Topologiewahl, umfangreicher Diagnose und einfacher Konfiguration eignet sich EtherCAT optimal für den Einsatz in Kunststoffmaschinen. Wir liefern die größte Anzahl von EtherCAT-kompatiblen Automatisierungsmodulen sowohl für I/Os als auch für die Antriebstechnik.
In der Kunststofftechnik gehört EtherCAT zu den am meisten genutzten Standards. Es steht eine große Anzahl EtherCAT-kompatibler Sensoren und Aktoren im Markt zur Verfügung, wodurch eine hohe Investitionssicherheit gewährleistet ist. Besonders interessant für elektrisch angetriebene Spritzgießmaschinen ist die problemlose Anbindung von Verstärkern von Drittanbietern. Auch andere Feldbussysteme können als Kommunikationslayer über EtherCAT eingebunden werden.
Die schnelle und hochpräzise Technologie eXtreme Fast Control (XFC) basiert auf EtherCAT und speziellen, für XFC optimierten I/O-Baugruppen, die mit hoher Genauigkeit Signale aufnehmen bzw. Aktionen auslösen. Mit I/O-Response-Zeiten unter 100 μs ermöglicht XFC sehr schnelle und deterministische Reaktionen und trägt damit zur Prozessoptimierung bei.
TwinCAT: die durchgängige Engineering- und Steuerungsplattform
TwinCAT integriert sämtliche Engineering- und Runtime-Prozesse auf einer zentralen Softwareplattform. Dies gilt für Programmierung, Konfiguration, Echtzeitumgebung und alle Runtime-Module. Durch die Programmierung in den gängigen IEC-SPS-Dialekten und der Integration von C/C++-Algorithmen kann der Maschinenbauer – abhängig von der Qualifikation der Programmierer, der Servicestrategie und des Know-how-Schutzes – die am besten geeignete Programmiermethode frei wählen. Mit der Integration von MATLAB® und Simulink® werden Reglerkonzepte modellbasiert entwickelt und leisten damit ihren Beitrag zur virtuellen Maschinenkonstruktion. Durch die Verwendung von Microsoft Visual Studio als einheitlicher Programmierer-Workbench werden unterschiedliche Versionsverwaltungssysteme unterstützt und das Arbeiten im Team vereinfacht. Für die Serienproduktion bietet TwinCAT mit dem Automation Interface offene Schnittstellen für die Integration kommerzieller IT-Systeme zur Maschinenprogrammgenerierung.
- Umfangreiche TwinCAT-Bibliotheken für Motion Control sparen Entwicklungszeit durch geprüfte und optimierte Algorithmen. Die Supplements TwinCAT NC PTP und TwinCAT NC I eignen sich hervorragend für Handlinganwendungen mit kartesischen Robotern. Für andere Roboterkinematiken, wie SCARA, Delta und Knickarm, stehen mit TwinCAT Kinematic Transformation Ready-to-run-Lösungen zur Verfügung.
- Inbetriebnahme- und Serviceprozesse werden mithilfe von TwinCAT Scope, einem vollständig in die TwinCAT-Systemarchitektur integrierten Software-Oszilloskop, beschleunigt und verbessert und tragen damit zur Erhöhung der Maschinenqualität bei.
- Mit Hilfe der softwarebasierten Sicherheitstechnik TwinSAFE wird die Verdrahtung komplexer Anlagen vereinfacht; Varianten können in Software abgebildet werden. Damit lassen sich zum Beispiel Produktionszellen modular entwickeln und in Betrieb setzen. Auch die Dokumentation wird vereinfacht und Anpassungen an zusätzliche Kundenanforderungen können schnell realisiert werden.
- Die integrierte, browserbasierte Visualisierungslösung TwinCAT HMI ermöglicht die komfortable Entwicklung und Pflege von Visualisierungsobjekten. Die Präsentation der Informationen erfolgt entweder an den Maschinen und Anlagen oder via Internet über Webbrowser.
- TwinCAT IoT liefert die Voraussetzung für die Datenaggregation in der Cloud oder lokal in der Fertigungsstätte selber. Dazu umfasst TwinCAT standardisierte Kommunikationsprotokolle für Cloud-Anwendungen.
- Mithilfe von TwinCAT Analytics können die gesammelten Daten spezifisch ausgewertet werden.
- Die TwinCAT-Schnittstellen zu Machine-Learning-Algorithmen erlauben die Nutzung von KI-Methoden im traditionellen Steuerungsumfeld.
Unsere Produkt-Highlights für Ihre Kunststoffmaschine
Modulare Softwarelösung für die Kunststoffindustrie
Mit dem TwinCAT 3 Plastic Framework bieten wir eine modulare Softwarelösung für die Steuerung von Kunststoffmaschinen, die den Entwicklungsaufwand minimiert und dabei die Offenheit der Beckhoff Architektur beibehält. Das TwinCAT 3 Plastic Framework bündelt unsere langjährige Kunststoffexpertise und integriert wichtige branchenspezifische Funktionen nahtlos in die gewohnte TwinCAT-Engineering-Umgebung. Die Programmierung, Visualisierung und Steuerung von Kunststoffmaschinen kann somit auf einer einheitlichen Plattform realisiert werden.
Das TwinCAT 3 Plastic Framwork beinhaltet drei Softwarebibliotheken: TF8540 ermöglicht die umfassende softwareseitige Temperaturregelung in Kunstsoff-Verarbeitungsprozessen. Mit TF8560 steht ein Technologiepaket zur Verfügung, welches alle Bausteine zur Steuerung von Motion-Funktionen in Kunststoffmaschinen bereitstellt. TF8550 ist ein speziell für die Kunststoffindustrie entwickeltes HMI-Paket, welches die Visualisierung von typischen Prozessen mit minimalem Engineering-Aufwand ermöglicht und sich nahtlos in die weiteren Technologiepakete integriert. Bereits enthaltene, applikationsspezifische Templates und Sample Code für verschiedene Kunststoffanwendungen erleichtern die Projektierung und Programmierung und werden über die TwinCAT 3 Plastic Application kostenfrei zur Verfügung gestellt. Natürlich können auch bereits vorhandene Vorlagen genutzt und eigenes Prozess-Know-how integriert werden.
Multitouch-Panel-PC für Ihre Kunststoffmaschine
Der Multitouch-Einbau-Panel-PC CP2219-1025-0030 ist die perfekte Ergänzung zum TwinCAT 3 Plastic Framework. Das 19-Zoll-Display bietet Ihnen ausreichend Platz zur Steuerung Ihrer Kunststoffmaschine. Die frei konfigurierbare Tastererweiterung, das integrierte Steuerrad und die Vielzahl an LEDs bieten eine hohe Flexibilität zur Ansteuerung der Machine. Der Not-Halt-Schalter sorgt für die nötige Sicherheit. Die Benutzerverwaltung kann über den eingebauten RFID-Reader realisiert werden, um die Anmeldung in der Steuerung zu erleichtern. Zur Konfiguration des Geräts können Sie zwischen verschiedenen Leistungsklassen an Intel®-Prozessoren, einem Arbeitsspeicher von bis zu 64 GB DDR4-RAM und einer CFast-Karte mit bis zu 320 GB wählen sowie eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) integrieren lassen.
Leistungsmerkmale auf einen Blick:
- Intel® Celeron® G4900 3,1 GHz, 2 Cores (TC3:50)
- 3½-Zoll-Motherboard für Intel® Celeron®
- 4-GB DDR4-RAM, erweiterbar auf 64-GB
- 40-GB-Cfast-Karte, 3D-Flash
- On-Board-Dual-Ethernet-Adapter mit 2x 100/1000BASE-T-Anschluss
- Dateiaustausch über USB-3.0-Schnittstelle
Industrie 4.0 für die Kunststoffindustrie
Als maßgeblicher Unterstützer der OPC UA-Organisation setzen wir uns für offene Standards ein und stellen entsprechende Schnittstellen in unserer Steuerung standardmäßig zur Verfügung. Unsere Kunden profitieren daher von einer besonders hohen Interoperabilität. Wir arbeiten aktiv an den Euromap Companion Specifications für die Kunststoffindustrie mit und können deshalb zeitnah neue Spezifikationen in unsere Produkte integrieren.
Mit PC-based Control lassen sich IoT-Szenarien einfach und sicher realisieren. Offene Schnittstellen sowie die Unterstützung aller gängigen Feldbussysteme und Softwareprotokolle ermöglichen eine nahtlose Kommunikation von der Feldebene bis in die Cloud. Zur sicheren Kommunikation zwischen der Maschinensteuerung und cloudbasierten Diensten wurde die Softwarebibliothek TwinCAT IoT entwickelt.
Über die Softwarebibliothek TwinCAT Analytics werden Prozessdaten synchron zum Maschinenzyklus aggregiert. Aus den gespeicherten Daten lassen sich mit entsprechenden Analysewerkzeugen alle notwendigen Informationen über den Verarbeitungsprozess und den Maschinenzustand ableiten, um Produktionseffizienz und Energieverbrauch zu optimieren. Mit TwinCAT Cloud Engineering wird zudem eine Instanziierung und Verwendung der existierenden TwinCAT-Engineering- und -Runtime-Produkte direkt in der Cloud ermöglicht.
Skalierbare Industrie-PC-Serien
Mit den Embedded-PCs der Serie CX kombiniert Beckhoff die PC-Technik mit der modularen I/O-Ebene auf der Hutschiene im Schaltschrank. Die Embedded-PCs eröffnen ein breites Anwendungsfeld – beispielsweise im Bereich Kunststoffmaschinen und Produktionszellen. Die feine Skalierbarkeit in unterschiedlichen Geräteklassen ermöglicht dem Anwender genau die zu seiner Applikation passende Leistungskategorie auswählen. Die Geräte der unteren Leistungsklasse eignen sich beispielsweise für die Steuerung von Temperiergeräten, für Dosieranwendungen und Förderbänder. Mit dem CX5100 und dem CX5200 stehen leistungsstarke Steuerungs-PCs für Spritzgieß- und Blasformmaschinen zur Verfügung. Die Geräte der Serie CX20x2 sind Highend-Steuerungen, welche aufwändige Userinterfaces, die Integration der Bildverarbeitung, die Realisierung von Machine Learning erlauben.
Die kompakte Bauform der Embedded-PC-Geräte wird von der Serie der Ultra-Kompakt-Industrie-PCs noch unterboten und eignet sich daher als Alternative, insbesondere wenn es um die Minimierung von Einbauraum geht. Während der C6015 für Steuerungsaufgaben der unteren Leistungskategorie geeignet ist, erfüllt der C6030 die Anforderungen einer Standardsteuerung. Von Vorteil ist auch die flexible Montage: Während der CX nur horizontal verbaut werden kann, ermöglichen die Geräte der Serie C60xx jede beliebige Einbaulage. Ein weiteres Plus der Embedded-PCs – wie des gesamten Industrie-PC-Portfolios von Beckhoff – ist die langjährige Verfügbarkeit von Ersatzteilen, die dem Kunden eine hohe Investitionssicherheit bietet.
EtherCAT-I/O-Module integrieren Temperaturregelung, Energiemessung und Sicherheitstechnik in die Steuerungsplattform
1995 hat Beckhoff die Busklemme auf den Markt gebracht, die sich seitdem zu einem der wichtigsten Technologiestandards der Automatisierungstechnik entwickelt hat. Im Jahr 2003 folgte die Entwicklung des schnellen Kommunikationssystem EtherCAT. Von Beckhoff als offenes System auf den Markt gebracht, wurde es innerhalb weniger Jahre zu einem Weltstandard in der Automatisierung. Anwendern steht ein umfangreiches EtherCAT-I/O-Klemmenportfolio zur Verfügung, das sowohl hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit als auch seiner Varianz hervorragend geeignet ist, um jede Funktionalität in Kunststoffmaschinen und deren Peripherie zu automatisieren.
- EL3318 zur Temperaturerfassung: Die EtherCAT-Klemme EL3318 eignet sich optimal zur Temperaturerfassung über Thermoelemente. Die 8-Kanal-Eingangsklemme mit integrierter Kaltstellenkompensation ist sehr kompakt im Aufbau und erfasst Temperaturen mit hoher Genauigkeit und hohem Störabstand.
- EL3403 und EL3446 zur Energiemessung: Mit Leistungsmessklemme EL3403 kann der Energieverbrauch einer Kunststoffmaschine gemessen und optimiert werden. In Verbindung mit dem TwinCAT Plastic Processing Framework dient die EL3403 zum kostengünstigen Condition Monitoring der Heizbänder durch sequenziell abwechselnde Testung im Betrieb. Für die einfache Überwachung der Heizbandfunktion steht die EL3446 zur Verfügung. In Kombination mit der Spannungsmessung in nur einer Leistungsmessklemme kann die Leistungsaufnahme einzelner Maschinenkomponenten durch eine Strommessung kostengünstig aufgezeichnet werden. Mit Einsatz der Beckhoff SCT-Stromwandler lässt sich die passende Kombination von Sensor- und Energieerfassungsklemme zusammenstellen.
- EL3255 zur Positionserfassung: Die EtherCAT-Klemme EL3255 erlaubt die potentiometrische Positionserfassung. Durch eine integrierte Spannungsversorgung liefert die Klemme exakte Ergebnisse (Spannungswerte) auch in Umgebungen mit hohen Störfeldern. Die EL3255 eignet sich insbesondere für Spritzgieß- und Blasformmaschinen mit hydraulischer Antriebstechnik.
- IO-Link-Klemme: IO-Link ist ein preisgünstiger Feldbus für das Einlesen von Sensoren mit geringen Echtzeitanforderungen. Eine bevorzugte Anwendung, beispielsweise in der Extrusion, ist das Einlesen von Massedruck und Massetemperatur über die EL6224.
- Thermoelement-Feldbus-Module FM33xx: Die Feldbus Module mit EtherCAT-Feldbusverbindung erlauben das sichere und genaue Einlesen von Thermoelementen auf Spritzgießwerkzeugen, beispielsweise im Spritzgießwerkzeugbau. Zum Schutz gegen Fremdspannungen an den Thermoeingängen besitzen die Feldbus Module eine Back-Voltage-Protection.
- TwinSAFE-Klemmen zur Integration der Sicherheitstechnik in die Steuerung
Aufgrund ihrer Skalierbarkeit eignet sich unsere Safety-Lösung sowohl für ausgedehnte, komplexe Anlagen mit verteilten I/Os als auch für kleine Spritzgieß- und Blasformmaschinen.
Elektrische Servoantriebstechnik ersetzt Hydraulik
Die TwinCAT-Technologiemodule für Kunststoffmaschinen unterstützen hydraulische Antriebstechnik sowie servoelektrische Antriebe und bieten alle Freiheitsgrade bei der Wahl der Antriebstechnologie. Die integrierte, schnelle Regelungstechnik der Servoverstärker-Baureihe AX5000 erlaubt die Realisierung schneller und hochdynamischer Bewegungsvorgänge. Das flexible Konzept mit 1- und 2-Kanal-Einheiten sowie die variable Motorleistungsaufteilung stellen eine kostenoptimierte Lösung insbesondere bei Handlingsystemen dar. Das umfangreiche Programm an Servomotoren ist optimal auf die AX5000-Servoverstärker zugeschnitten. Mit der One Cable Technology werden zudem Einbauraum und Inbetriebnahmekosten verringert. Durch die integrierte Sicherheitstechnik erfüllen die Verstärker die hohen sicherheitstechnischen Anforderungen von Kunststoffmaschinen und erleichtern die Konfiguration von Produktionszellen.
In Kombination mit den EtherCAT-Servoverstärkern ist PC-based Control ideal geeignet, um Hydraulikachsen durch elektrische Antriebskonzepte zu ersetzen und damit den Energieverbrauch von Maschinen zu senken. Bei energieeffizienten Maschinen wird unterschieden zwischen der vollelektrischen Maschine, bei der jede Achse mit Elektromotor und Spindel ausgerüstet ist, und der Servohydraulik, bei der die Hydraulikpumpe mit einem Servomotor betrieben wird. Für beide Antriebskonzepte sind Lösungen mit AX5000 und den TwinCAT-Technologiesoftware-Modulen vorhanden. So lässt sich z. B. die prozesskritische Werkzeugsicherung, bei der es auf den schnellen Stopp der Maschinenbewegung im Falle eines in der Form befindlichen Kunststoffteils ankommt, reaktionsschnell auslösen.
Automatisierung für verschiedene Applikationen in der Kunststoffindustrie:
Spritzgießen
Offene Automatisierungstechnik mit EtherCAT: perfekt geeignet für Spritzgießmaschinen
Blasformen
Offene Automatisierungstechnik minimiert den Energieverbrauch elektrischer Blasformmaschinen
Extrusion
Offene Automatisierungstechnik mit Feldbusdiversität: perfekt geeignet für Extrusionsanlagen
Additive Manufacturing
Offene Automatisierungstechnik mit EtherCAT: perfekt geeignet für die additive Fertigung von Kunststoffteilen
Handling
Offene Automatisierungstechnik mit EtherCAT: perfekt geeignet für das Handling von Kunststoffteilen
Produktionszelle
Offene Automatisierungstechnik mit Euromap-Schnittstellen für Produktionszellen
Nachbearbeitung
PC-based Control optimiert die Nachbearbeitung und Weiterverarbeitung von Kunststoffteilen