PC-based Control stärkt die Produktionseffizienz Ihrer Kunststoffmaschinen

Das PC-based-Control-Prinzip

Mit seiner PC-basierten Steuerungstechnik bietet Beckhoff für alle Bereiche der Automatisierung 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 für Engineering und Echtzeitsteuerung. Ergänzt wird die Steuerungsplattform durch ein umfangreiches Portfolio an Antriebstechnikkomponenten. Die Automatisierungssoftware TwinCAT, als das „Gehirn“ der Maschine, bündelt alle notwendigen Funktionalitäten wie SPS, Motion Control, Robotik, Messtechnik, Bildverarbeitung, Kommunikation, IoT-Funktionen und die HMI-Bediensoftware in einem einzigen Paket.

Aufgrund der Leistungsstärke moderner Prozessoren, wir sie in allen PC-Serien verbauen, und der Integration von MATLAB^®/Simulink^® in TwinCAT können rechenintensive Anwendungen wie Bildverarbeitungssysteme, Messtechnik oder Simulation problemlos in die Steuerungsplattform integriert werden. Das führt zu einem hohen funktionalen Nutzen der Steuerung und erlaubt die Realisierung von Spitzentechnologie bei vergleichsweise niedrigen Gesamtkosten. Leistungsmäßig exakt skalierbar und modular im Aufbau lässt sich unsere Steuerungs- und Antriebstechnik optimal an vielfältige Anwendungen anpassen.

Mit der Implementierung von Microsoft Windows als Betriebssystem seiner Industrie-PCs haben wir schon sehr früh auf die Annäherung zwischen IT- und Automatisierungswelt gesetzt und damit die Voraussetzungen für Operation Technology (OT) geschaffen. OT, verstanden als die produktionsnahe Steuerung der operativen Abläufe aller Fertigungsressourcen in der intelligenten Fabrik, vernetzt die Automatisierungsgeräte mit der klassischen IT-Datenverarbeitung inklusive Cloud-Kommunikation. Basierend auf IT-Standards verfügt die Beckhoff Technologie über die notwendige Offenheit, um intelligente Produktionskonzepte gemäß Industrie 4.0 zu realisieren.

Kunststoffmaschinenhersteller profitieren von dem kontinuierlichen Leistungszuwachs der PC-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, der schnelle Feldbus: Weltstandard für Kunststoffmaschinen

Die EtherCAT-Technologie wurde durch Beckhoff im Jahre 2003 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 auch optimal für den Einsatz in Kunststoffmaschinen. Beckhoff liefert die größte Anzahl von EtherCAT-kompatiblen Automatisierungsmodulen sowohl für I/Os als auch für die Antriebstechnik. Mithilfe des Standards EtherCAT P wird das dezentrale Servoantriebssystem AMP über ein Kabel mit Leistung und Daten versorgt und damit Einbauraum im Schaltschrank eingespart. Dies ist besonders interessant für Produktionszellen mit unterschiedlicher Antriebstechnik.

In der Kunststofftechnik gehört EtherCAT zu den am meisten genutzten Standards. Es steht eine große Anzahl EtherCAT-kompatibler Sensoren und Aktuatoren 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, wie CANopen, IO-Link und Profinet, können als Kommunikationslayer über EtherCAT in Kunststoffmaschinen eingebunden werden. Zukünftige TSN-Implementationen werden auf Basis des EtherCAT-Automation-Protokolls realisiert.

Unsere schnelle und hochpräzise Steuerungslösung eXtreme Fast Control (XFC) basiert auf dem schnellen Kommunikationsnetzwerk 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 extrem deterministische Reaktionen und trägt damit zur Prozessoptimierung bei. Durch die Erfassung schnell veränderlicher Eingangssignale mit hoher zeitlicher Auflösung ist beispielsweise der Einspritzprozess bei Spritzgießmaschinen insbesondere mit servoelektrischer Antriebstechnik exakt beherrschbar. Der Betrag und Verlauf der Stellgröße kann, in Abhängigkeit vom Zeitpunkt des Umschaltereignisses, durch sehr schnelle Algorithmen präzise berechnet werden. Auf diese Weise werden die Teilegewichtsschwankungen reduziert und der Materialverbrauch sinkt.

EtherCAT P: der One-Cable-Feldbus

EtherCAT P integriert die EtherCAT-Kommunikation sowie die System- und Peripheriespannung in einem Kabel und ermöglicht eine Stromversorgungsweiterleitung direkt über die Teilnehmer. Mit EtherCAT P, der Einkabellösung für die Feldebene, bietet Beckhoff das optimale Bussystem für die Sensorik, Aktorik und Messtechnik in der Kunststoffverarbeitung. Komponenten, Klemmenkästen und Maschinenmodule müssen nur noch über ein Kabel verbunden werden. Dabei bleiben alle Vorteile von EtherCAT, wie freie Topologiewahl, hohe Geschwindigkeit, optimale Bandbreitennutzung, Verarbeitung der Telegramme im Durchlauf, hochgenaue Synchronisation und umfangreiche Diagnose, erhalten. Mit der One Cable Automation sind modulare Maschinen- und Anlagenkonzepte mit spürbar reduziertem Montage- und Inbetriebnahmeaufwand und sehr hoher Flexibilität umsetzbar. Produktionszellen profitieren von der Verringerung des Einbauraums für Steuerungskomponenten, der Vereinfachung der Inbetriebnahme von Maschinenmodulen und einer reduzierten Fehlerquote durch vorkonfektionierte Kabel.

Maximale Produktionseffizienz: XFC reduziert den Rohstoffverbrauch und erhöht die Teilequalität

Die von Beckhoff entwickelte schnelle und hochpräzise eXtreme Fast Control Technology (XFC) reduziert den Rohstoffverbrauch und erhöht die Teilequalität. Mit einem leistungsfähigen Industrie-PC, den ultraschnellen EtherCAT-I/O-Klemmen, EtherCAT als Kommunikationssystem und der Automatisierungssoftware TwinCAT lassen sich I/O-Response-Zeiten unter 100 µs realisieren. Durch die Erfassung schnell veränderlicher Eingangssignale mit hoher zeitlicher Auflösung von unter 100 ns ist der Einspritzprozess exakt beherrschbar. Der Betrag und Verlauf der Stellgröße kann, in Abhängigkeit vom Zeitpunkt des Umschaltereignisses, durch sehr schnelle Algorithmen präzise berechnet werden. Das Bearbeitungsfenster wird schmaler, die Teilegewichtsschwankungen und der Materialverbrauch werden reduziert. Mit hochgenauer Servoantriebstechnik, in Verbindung mit XFC, wird die Reproduzierbarkeit des Spritzgießprozesses nochmals erhöht. XFC erlaubt auch die Integration von Messtechnik in die Maschinensteuerung ohne zusätzliche Spezialhardware. Damit lässt sich zum Beispiel eine kostengünstige Lösung für Condition Monitoring realisieren, die für eine längere Lebensdauer von Maschinen sorgt und durch vorbeugende Wartung Maschinenstillstandszeiten minimiert.

Durch die Erfassung schnell veränderlicher Eingangssignale mit hoher zeitlicher Auflösung ist beispielsweise der Einspritzprozess bei Spritzgießmaschinen insbesondere mit servoelektrischer Antriebstechnik exakt beherrschbar. Der Betrag und Verlauf der Stellgröße kann, in Abhängigkeit vom Zeitpunkt des Umschaltereignisses, durch sehr schnelle Algorithmen präzise berechnet werden. Auf diese Weise werden die Teilegewichtsschwankungen reduziert und der Materialverbrauch sinkt.

Die Oversampling-Technologie auf Basis von XFC macht den Signalverlauf exakt bestimmbar. In Kombination mit der Time-Stamp-Funktion von EtherCAT, die jedes Ereignis mit einer hochgenauen Zeitangabe verknüpft, wird die Reproduzierbarkeit von Abläufen gegenüber klassischen Lösungen deutlich erhöht.

TwinSAFE: die offene und skalierbare Sicherheitstechnologie

Mit TwinSAFE hat Beckhoff ein durchgängiges Sicherheitskonzept umgesetzt, das sichere Funktionalitäten in die nicht sicherheitsgerichtete Steuerungsarchitektur integriert. Separate Sicherheitssteuerungen werden damit überflüssig. Die typischen Sicherheitsfunktionen sind in der TwinSAFE-Logic EL6910 oder der kompakten Safety-Steuerung EK1960, auf Basis von Standard-Safety-Funktionsbausteinen, entsprechend den Sicherheitsanforderungen, programmier- bzw. konfigurierbar. Mit unserer Safety-Lösung wird der Engineering-Prozess beschleunigt, da sich die sicherheitsgerichteten Erfordernisse unterschiedlicher Maschinenkonfigurationen per Software realisieren lassen. Vorbereitete Optionen werden durch das Customizing freigeschaltet, was den Engineering-Aufwand weiter reduziert. Alle Beckhoff Sicherheitssteuerungen eignen sich für Anwendungen bis SIL 3 nach IEC 61508 bzw. Performance-Level e der ISO 13849-1 und erfüllen so die Norm DIN EN 201 für Spritzgießmaschinen.

Über die TwinSAFE-I/O-Module wird die Sicherheitstechnik nahtlos in den Klemmenstrang integriert, wobei sich sichere Signale beliebig mit Standardsignalen mischen lassen. Hiervon profitieren Blasformmaschinen oder Produktionszellen mit Schaltschränken an unterschiedlichen Montageorten. Dank ihrer Skalierbarkeit eignet sich unsere Safety-Lösung sowohl für ausgedehnte Anlagen als auch für kleine Spritzgieß- und Blasformmaschinen. Hier reicht eine Safety-Logic, um die komplette Sicherheitstechnik zu realisieren. Besonders geeignet für Spritzgießmaschinen mit hydraulischen und/oder elektrischen Antrieben ist die kompakte Safety-Steuerung EK1960. Sie erlaubt die direkte Ansteuerung digitaler Schaltventile mit 2 A Last, wie sie z. B. in Kernzügen zum Einsatz kommen. Mit der TwinSAFE-SC-Technologie lassen sich Signale mit niedrigem Safety-Level redundant für sicherheitstechnische Aufgaben nutzbar machen. Hierzu stehen passende EtherCAT-Klemmen zur Erfassung und zum sicheren Transport über EtherCAT zur Verfügung.

Steuerungsintegrierte Bildverarbeitung sichert die Teilequalität bei der Kunststoffverarbeitung

Die optische Qualitätsüberwachung ist in der Kunststofftechnik seit Langem bekannt. Aufgrund der Integrationsaufwendungen und des Fehlens vollständiger Lösungen hat sie sich bisher jedoch noch nicht als Standard durchgesetzt. Der Ansatz der PC-basierten Steuerungstechnik bietet hier die ideale Lösung: Mit TwinCAT Vision integriert Beckhoff die Bildverarbeitungsfunktionalitäten komplett in die bekannte Engineering-Umgebung des Maschinenprogrammierers, wodurch sich die Programmierung und der Test deutlich vereinfachen. Alle aus der Bildverarbeitung abgeleiteten Steuerungsfunktionen, wie die exakte Positionsbestimmung des Werkstücks sowie das Auslösen der Kamera und der Lichtquelle, werden in Echtzeit synchronisiert. Dies ist ein entscheidender Vorteil der integrierten Bildverarbeitungslösung gegenüber separaten Systemen.

Die Vision-Lösung von Beckhoff eignet sich in der Kunststoffindustrie optimal zur Prozessüberwachung, z. B. beim Auswerfer, zur Bestimmung der Teilegeometrie und zur Lageorientierung.

Vorsprung durch TwinCAT Vision

• Qualitätsverbesserung: Die präzise Vermessung sowie eine exakte optische Inspektion sichern die Einhaltung der Prozessparameter.
• Effizienzsteigerung: Die synchrone Inline-Vermessung von Teilen ohne separate Messstation verbessert die Effizienz.
• Qualitätssicherung: Anwendungen wie Track & Trace ermöglichen die Nachverfolgbarkeit der Produktqualität für jedes einzelne Teil, wie sie z. B. für sicherheitskritische Anwendungen im Bereich der Medizintechnik oder für spezielle Automotive-Teile erforderlich sind.
• Temperaturmessung: Mit Hilfe von Wärmebildkameras kann die Oberflächentemperatur von Kunststoffteilen bestimmt werden.
• Machine Learning: Rückschlüsse zwischen Maschineneinstellungen und Teilegeometrien sind eine Voraussetzung für die Entwicklung von Lernalgorithmen als ein Meilenstein hin zu intelligenten, selbstlernenden Maschinen.

Branchen- und kundenspezifisches Control Panels und Panel-PCs als Alleinstellungsmerkmal Ihrer Maschine

Die ergonomische Bedienung und das unverwechselbare Erscheinungsbild einer Maschine spielen eine nicht unwesentliche Rolle, um am Markt erfolgreich zu sein. Neben Design und Farbgebung kommt hierbei dem Control Panel als Front-end einer Maschine ein hoher Stellenwert zu. Immer mehr Maschinenbaukunden wünschen sich daher eine branchen- oder kundenspezifische Bedienerschnittstelle als Alleinstellungsmerkmal. Aufbauend auf einem umfangreichen Portfolio an Standard-Control-Panels und -Panel-PCs bieten wir hier ein breites Lösungsspektrum hinsichtlich der technischen Ausgestaltung und des Designs. Ein in Farbgestaltung und Abmessungen zum Erscheinungsbild der Maschine passendes Panel-Design unterstreicht deren innovativen Charakter. Hierbei sind der Ausgestaltung der Kundenwünsche keine Grenzen gesetzt: vom werksseitig eingefügten kundenspezifischen Firmenlogo über die zum Maschinendesign passende Farbgebung bis zum komplett individuell gestalteten Panel auf Basis einer individuellen Gerätekonstruktion.

Um den Bedürfnissen der Kunststoffbranche nach ergonomischer Bedienung entgegen zu kommen, bieten wir Control Panels und Panel-PCs an, die für die verschiedenen Verfahren optimal geeignet sind. Die bedarfsgerechte Ausgestaltung der Standardpanels durch die Integration von Handbedientastern und Schaltern gestaltet die Maschinenbedienung komfortabler. Aufbauend auf der profunden Kenntnis der einzelnen Prozessschritte in der Kunststoffverarbeitung, entsteht − ohne großen Entwicklungs- und Kostenaufwand − aus einem Standard- ein branchenspezifisches Panel.

Für das breite Anwendungsspektrum von Spritzgießmaschinen haben wir mit dem XMold-Panel-PC eine schlüsselfertige Systemlösung entwickelt, welche die unterschiedlichsten Applikationen − von Standard- bis zu Spezialanforderungen − abdeckt. Sie umfasst einen Panel-PC CP6212-1001 mit 12-Zoll-Display im Portraitmodus, die Beckhoff I/O-Module, die Technologiesoftware für Spritzgießmaschinen sowie (optionale) Antriebskomponenten. Das XMold-Panel verfügt über eine für Spritzgießverfahren optimierte Tastenanordnung, die für die Mehrzahl der Anwendungen ausgelegt ist. Die Technologiesoftware beinhaltet Standardfunktionalitäten, wie z. B. umfangreiche Kernzugfunktionalitäten, sodass kundenseitig kein großer Programmieraufwand entsteht.

Die modulare Industrie-PC-Serie für die Hutschiene

Mit den Embedded-PCs der Serie CX kombiniert Beckhoff die PC-Technik mit der modularen I/O-Ebene auf der Hutschiene im Schaltschrank. Durch Hinzufügen oder Entfall von Baugruppen und Interfaces werden nur die Komponenten verbaut, die der Anwender für die jeweilige Applikation benötigt. Auf diese Weise eröffnen die Embedded-PCs ein breites Anwendungsfeld – beispielsweise im Bereich Kunststoffmaschinen und Produktionszellen.

Aufgrund seiner Robustheit eignet sich der CX als leistungsstarke und zuverlässige Steuerung unter rauen Industriebedingungen, wie Vibration oder Hitze. 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 Serien CX20x0, CX20x2 sind Highend-Steuerungen, welche aufwändige Userinterfaces, die Integration der Bildverarbeitung, die Realisierung von Machine Learning oder die Aggregation großer Datenmengen 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.

Mit dem Ultra-Kompakt-Industrie-PC als Edge Device machen Sie Ihre Maschine IoT-fähig

Moderne, auf Industrie 4.0 bzw. das Internet of Things (IoT) ausgerichtete Anlagenkonzepte bieten zahlreiche Vorteile hinsichtlich Prozesseffizienz, -kosten und -qualität. Für die standardisierte Kommunikation zwischen Maschinen und Leitrechnern und zur sicheren Datenübertragung in Cloud-Systeme haben wir OPC UA-Schnittstellen in unsere Automatisierungsplattform integriert. Für Anwendungen in der Kunststofftechnik werden die Standards der OPC 400xx nach Euromap-Spezifikation unterstützt.

Ältere Maschinengenerationen lassen sich mit dem Ultra-Kompakt-Industrie-PC C6015 für die Erfordernisse der digitalen Fabrik fit machen. Als kompaktes und leistungsfähiges IoT Edge Device übernehmen sie das Verdichten und Sammeln der Daten.

Da bei Maschinen im Feld häufig der Einbaurum für zusätzliche Steuerungskomponenten fehlt, bieten wir für diesen Fall die Ultra-Kompakt-Industrie-PCs aus der Serie C70xx in der Schutzklasse IP65/67 an. Der C7015 wird außen an die Maschine montiert. Über die EtherCAT P-Schnittstelle werden Sensoren, zum Beispiel für Condition Monitoring, mit Hilfe der EtherCAT P-Box-Module eingelesen. So ist eine schnelle, unkomplizierte Nachrüstung vorhandener Anlagen mit standardisiertem Zugang in die Cloud möglich.

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 der 3-Phasen-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. In traditionellen Steuerungsaufbauten kann die Leistungsmessklemme auch zur Strommessung genutzt werden. 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 (SCT2xxx, SCT1xxxx) lässt sich die passende Kombination von Sensor- und Energieerfassungsklemme ohne Detailwissen 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.
• EL6224 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. Durch Wegfall von Kompensationsleitungen sinken die Verkabelungskosten.
• 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.

Effizientes Energiemanagement

Der Energieverbrauch bei der Kunststoffverarbeitung variiert je nach Verfahren, ist aber grundsätzlich sehr hoch und stellt einen erheblichen Kostenfaktor dar. Energieeffizienz ist deshalb ein wesentlicher Baustein für nachhaltige Produktion. Beckhoff liefert die passende Technologie für die laufende Überwachung des Energieverbrauchs sowie für die detaillierte Verbrauchsanalyse von Neuentwicklungen.

Hierfür bietet Beckhoff leistungs- und kostenoptimierte Soft- und Hardwarekomponenten:

• Die Softwarebibliothek TwinCAT 3 Power Monitoring TF3650 ist eine SPS-Bibliothek zur Auswertung von Strom- und Spannungsrohdaten, die durch die EtherCAT-Klemmen bereitgestellt werden. Zur Berechnung von RMS-Werten für Strom, Spannung und Leistung stehen entsprechende Funktionsbausteine zur Verfügung.

Besonders geeignet für die Kunststoffindustrie sind die folgenden EtherCAT-Klemmmen:

• Die EtherCAT-Klemmen EL3443 und EL3453 ermöglichen die direkte Messung aller relevanten elektrischen Daten des Versorgungsnetzes im EtherCAT-I/O-System. Damit ist eine integrierte Beobachtung der Energieeffizienz einer Anlage einfach realisierbar.
• Die Netzmonitoring-Klemmen EL3773 und EL3783 sind für die detaillierte Zustandserfassung eines 3-phasigen Wechsel- oder Gleichspannungsnetzes konzipiert.

EtherCAT-Steckmodule: die perfekte I/O-Lösung für Serienanwendungen

Die EtherCAT-I/O-Steckmodule basieren elektronisch auf den EtherCAT-Klemmen und stellen auch deren große Signalvielfalt inklusive funktionaler Sicherheit (TwinSAFE) zur Verfügung. Ihre elektromechanische Konstruktion ermöglicht das direkte Stecken auf ein anwendungsspezifisches Signal-Distribution-Board. Dieses verteilt die Signale und die Spannungsversorgung über applikationsspezifische Steckverbinder an die Maschinenmodule per vorkonfektioniertem Kabel. Die Verwendung des Signal-Distribution-Boards hat den Vorteil, dass von der Leiterkartenfertigung über die Bestückung bis zur Inspektion alle Schritte automatisiert erfolgen. Auf der Leiterkarte können alle Anschlussarten kundenspezifisch platziert werden.

Die auf die Applikation abgestimmte Anschlussebene optimiert den Verdrahtungsaufwand deutlich. Der Herstellungsprozess wird maximal beschleunigt und das Risiko von Verdrahtungsfehlern reduziert. Dies spart Arbeitszeit und damit Kosten. Es ermöglicht die Fertigung an verschiedenen weltweiten Standorten mit minimalem Risiko, da Fehler per Konzept vermieden werden. Für Spritzgießmaschinen sind die Steckmodule besonders geeignet, weil die I/O-Ebene im Kern immer identisch aufgebaut ist. Eine optionale Erweiterung durch IP20-Klemmen ist zudem einfach machbar. Durch die Integration von Sicherheitstechnik und zusätzlicher Relais wird der Einbauraum minimiert, was besonders für Klein- und Mittelmaschinen interessant ist.

Durchgängig EtherCAT bis in die IP67-Welt

Mit der EtherCAT Box kommt die EtherCAT-Technologie ohne Schaltschrank zum Einsatz. Die Module der IP67-Serie haben durchgängig ein direktes EtherCAT-Interface, d. h. die hohe Performance bleibt bis in jedes Modul erhalten. Dies eröffnet in der IP67-Welt eine schnelle Prozessdatenkommunikation mit XFC, hochgenaue Messtechnik und integrierte Antriebstechnikfunktionen direkt im Feld. Die robuste Bauweise der EtherCAT-Box-Module erlaubt ihren Einsatz direkt an der Maschine. Schaltschrank und Klemmenkasten werden nicht mehr benötigt. Neben den robusten M12-Schraubverbindern werden für kostensensitive Anwendungen auch D-Sub-Steckverbinder angeboten, die für Handlinganwendungen perfekt geeignet sind.

• Mit der EtherCAT Box EP3744 lässt sich in Handlinganwendungen eine Pneumatik-Drucküberwachung für die Greiferelemente realisieren; gleichzeitig können sechs digitale Eingänge eingelesen werden.
• In der EP1816 wird die Erfassung von 16 digitalen Eingängen mit der Messung von Beschleunigungskräften in 3 Achsen kombiniert.
• Die EP3752 ermöglicht die Messung von Beschleunigungskräften ohne zusätzliche Eingänge. Die Messwerte der Beschleunigungssensoren können zur Erfassung der Massenkräfte, z. B. an Maschinenkörpern oder für innovative Regelungskonzepte mit Ruckkompensation an Handlinggeräten, genutzt werden.
• Für die Erfassung der Prozesstemperaturen direkt am Ort der Entstehung eignet sich die EtherCAT Box EP3314. Durch sie wird die Messgenauigkeit erhöht, und es werden Ausgleichsleitungen für die Thermoelemente eingespart.
• Besonders für die Temperaturerfassung an Spritzgießwerkzeugen oder an Düsen in Extrusionsanlagen eignen sich die Feldbus Module FM3312 oder FM3332 im robusten Metallgehäuse. In einem Industriesteckverbinder können bis zu 32 Temperaturkanäle erfasst werden. Die Betriebssicherheit wird zusätzlich durch einen Verpolungsschutz gegenüber Phasenspannung gewährleistet.
• Mit der EP3356 ist eine hochpräzise Auswertung von Wägezellen möglich, die bei Extruderanwendungen für Dosierung und Massedurchsatzmessung benötigt wird.

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. Für die Neuentwicklung von Maschinen bietet Beckhoff auf Wunsch auch Unterstützung bei der Auslegung von Motoren und Getrieben an.

Kompakte Antriebstechnik: Anschluss von Motoren direkt im I/O-System

Die Beckhoff I/O-Systeme ermöglichen in Kombination mit dem breiten Spektrum an Motoren und Getrieben kompakte und preiswerte Antriebslösungen: Die modular erweiterbaren Motion-Klemmen unterstützen Servo-, Schritt- sowie DC-Motoren verschiedener Leistungsklassen. Für den schaltschranklosen Einsatz stehen die EtherCAT-Box-Module in IP67 für Schritt- und DC-Motoren zur Verfügung. Alle Antriebslösungen sind in die Automatisierungssoftware TwinCAT integriert und ermöglichen eine komfortable Parametrierung. Lösungen für geringere Motion-Anforderungen Für Hilfsantriebe, wie z. B. einfache Verstellachsen, verfahrbare Anschläge, kleine Förderbewegungen oder einfache Positionierantriebe sind keine hochwertigen Servoachsen erforderlich, vielmehr reichen Schritt- oder DC-Motoren aus.

Modulares Designkonzept für größtmögliche Flexibilität und Platzersparnis

Das dezentrale Servoantriebssystem AMP8000 eröffnet neue Möglichkeiten für modulare Maschinenkonzepte: Der AMP8000 integriert den Servoantrieb in sehr kompakter Bauform direkt in den Servomotor. Durch die Verlagerung der Leistungselektronik direkt an die Maschine reduziert sich der Platzbedarf im Schaltschrank auf ein einziges Koppelmodul, das mit nur einem Kabel über ein Verteilermodul mehrere dezentrale Servoantriebe versorgt. Eine weitere Ausbaustufe eliminiert den für die Antriebstechnik erforderlichen Schaltschrankraum vollständig. Reduzierte sich der Anschluss der Antriebe an den Schaltschrank mit den Koppelmodulen auf nur eine Leitung, entfällt sie beim Einsatz des Versorgungsmoduls AMP8620 komplett.

In der Kunststoffverarbeitung eignet sich das AMP8000 für zahlreiche Anwendungen. Servomotorisch angetriebene Drehwerkzeuge in der Mehrkomponenten-Spritzgießtechnik lassen sich ohne zusätzlichen Schaltschrankbauraum integrieren. Das erleichtert auch die Nachrüstung bestehender Anlagen. Handlinggeräte für Spritzgießmaschinen oder Blasformmaschinen können mit AMP8000 ohne einen zusätzlichen Schaltschrank angebaut werden. Das gilt auch für komplette Produktionszellen mit typischerweise eingeschränktem Footprint. Eine besonders interessante Anwendung für das Maschinendesign sind auch die Blasstationen bei Streckblasmaschinen.

Das eXtended Transport System ersetzt klassische Mechanik durch innovative Mechatronik

Mit dem linearen Transportsystem XTS bietet Beckhoff eine bewährte Antriebslösung, bei der sich magnetisch angetriebene Mover entlang einer Fahrstrecke aus vollintegrierten Motormodulen bewegen. XTS ist ein mechatronisches System, das alle für den Betrieb notwendigen Funktionen enthält: einen modularen, vollintegrierten Linearmotor mit Leistungselektronik und Wegerfassung in einem Gerät, die Mover als bewegte Teile sowie eine mechanische Führungsschiene. Mit diesen exakt aufeinander abgestimmten Komponenten können unterschiedlichste Applikationen realisiert werden: Die gewünschten Geometrien, Längen und Radien werden durch die Anzahl und Auswahl der Komponenten gebildet. XTS ermöglicht individuellen Produkttransport mit kontinuierlichem Materialfluss. Bei einer flexiblen Streckenführung lassen sich alle Vorteile eines Direktantriebs, wie beispielsweise hohe Dynamik und Positioniergenauigkeit, geringe Schwingungsneigung, Verschleißfreiheit und niedriger Energieverbrauch, nutzen. Da Hin- und Rückweg sowie die Kurven für den aktiven Materialtransport genutzt werden, gibt es keine Leerfahrten und der Prozess wird beschleunigt. Ein einfaches Engineering gewährleistet die Automatisierungssoftware TwinCAT, die Standardfunktionalitäten, wie automatisches Aufstauen oder Kollisions- und Ruckvermeidung, bereits integriert.

Bewegung mit sechs Freiheitsgraden sorgt für maximale Flexibilität bei der Positionierung

Mit dem XPlanar-System eröffnet Beckhoff neue Wege in der Anlagenkonstruktion: Über beliebig angeordnete Planarkacheln schweben die Planarmover ruck- und berührungsfrei. Sie lassen sich mit bis zu 4 m/s Geschwindigkeit, 2g Beschleunigung und 50 µm Positionierwiederholgenauigkeit zweidimensional verfahren − und das geräuschlos und ohne Abrieb.

Das bedarfsgerecht skalierbare Planarmotorsystem kann die Konzeption von Maschinen und Anlagen deutlich vereinfachen und eröffnet neue Freiheiten beim Maschinendesign. Durch die maximal flexible Moverpositionierung und die sehr hohe Bewegungsdynamik lassen sich beispielsweise Produktströme sehr einfach und individuell teilen. Wo bisher Roboter oder andere unflexible Mechanikvorrichtungen zum Einsatz kamen, bietet das XPlanar eine effiziente und flexible Lösung. Mit dem berührungslosen Verfahren der Mover entfallen zudem Verschleiß, Emissionen und das Verschleppen von Verunreinigungen. Optimal eignet sich das XPlanar daher auch für Anwendungen mit hohen Hygienestandards, wie sie beispielsweise beim Transport empfindlicher Werkstücke einzuhalten sind.

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^®/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.

TwinCAT Plastic Application Components: perfekt geeignet für alle Kunststoffmaschinen

Aufsetzend auf TwinCAT bündeln die TwinCAT Plastic Application Components die langjährige Kunststoffexpertise von Beckhoff in einer Softwarebibliothek, welche die grundlegenden Produktionsverfahren in der Kunststoffindustrie abdeckt. Dabei werden die bewährten Motion-Control-Supplements von TwinCAT in Technologiemodule für Kunststoffmaschinen integriert. Der Kunde kann per Funktionsbausteinaufruf seine Maschinenkomponenten, wie z. B. die Schließeinheit, steuern und parametrieren. Mit dem innovativen Programmierkonzept der Objektorientierung werden Entwicklungszeit sowie Wartungs- und Pflegeaufwand der Steuerungssoftware reduziert. Der Datenfluss zwischen SPS und HMI wird in Objekten zusammengefasst und repräsentiert die Maschinenkomponenten mit ihren jeweiligen Eigenschaften. Das Prinzip der Vererbung von Objekteigenschaften erlaubt die Wiederverwendbarkeit von Softwaremodulen. Darüber hinaus gibt es dem Maschinenbauer die Möglichkeit, eigenes Prozess-Know-how einfließen zu lassen und seine Maschine individuell bzw. den kundenspezifischen Anforderungen entsprechend zu programmieren.

TwinCAT Hydraulic umfasst alle Softwarefunktionen für ventil- oder pumpengesteuerte Achsen

Die Softwarebibliothek TwinCAT Hydraulic (TF5810) stellt alle notwendigen Funktionen für ventil- oder pumpengesteuerte Achsen bzw. Servopumpen zur Verfügung. Sie ist prinzipiell herstellerunabhängig ausgelegt, sodass der Maschinenbauer den Hydraulikhersteller frei wählen kann. Durch die Integration der Bewegungssteuerung in die PLC werden separate Hardware-Controller überflüssig und zusätzlicher Kommunikationsaufwand entfällt. Zugleich bietet die softwarebasierte Architektur ein Maximum an Flexibilität zur optimalen Bewegungsführung der Maschine.

Die Hydraulic-Library verwendet genormte PLCopen-Interfaces und reduziert damit den Engineeringaufwand. Durch angepasste Sollwertgeneratoren, automatische Kennlinien-Identifikation, segmentierte Bewegungsabläufe und frei programmierbare Umschaltung zwischen Kraft-, Druck- und Positionsregelung kann jegliche Hydraulikachse optimal betrieben werden. Das Konzept der Hydraulic-Library erlaubt – bei passend ausgelegter CPU-Leistung – die Bewegungsführung einer beliebigen Achsanzahl. In Verbindung mit TwinCAT NC I oder TwinCAT CNC ist es möglich, hydraulische Achsen interpolierend zu betreiben. Hydraulische Antriebssysteme benötigen unterschiedliche Schnittstellen zu Sensoren und Hydraulikkomponenten. In Verbindung mit unseren I/O-Systemen werden in TwinCAT Hydraulic Positioning sämtliche wichtigen Schnittstellen integriert. Für die Inbetriebnahme steht ein intuitiv zu bedienendes Inbetriebnahme-Tool bereit.

TwinCAT Motion Control: perfekt geeignet für hydraulische und elektrische Antriebstechnik

In Spritzgieß- und Blasformmaschinen kommt hydraulische, elektrische oder hybride Antriebstechnik zum Einsatz. Mit den TwinCAT-Technologiemodulen für Motion Control erhalten Sie Zugriff auf unser langjähriges Know-how auf allen Gebieten der Motion Control und können die unterschiedlichen Antriebsarten in einer Engineering-Umgebung entwickeln.

Mit TwinCAT NC lassen sich elektrische Antriebskonzepte für Kunststoffmaschinen realisieren. In Kombinationen mit den TwinCAT Application Plastic Components eignet sich die NC hervorragend für ablösende Regelkonzepte, wie Positions- und Druckregelung. Sollwertgeneratoren mit Ruckbegrenzung reduzieren die mechanische Anregung und erhöhen die Lebensdauer und Genauigkeit der Maschine.

Kunststoffmaschinen nutzen häufig noch hydraulische Antriebskonzepte. Die Softwarebibliothek TwinCAT Hydraulic Positioning stellt alle dazu notwendigen Funktionen zur Verfügung. Es werden unterschiedliche Hydraulikkonzepte, wie ventil- oder pumpengesteuerte Achsen bzw. Servopumpen, unterstützt. Durch angepasste Sollwertgeneratoren, automatische Kennlinien-Identifikation, segmentierte Bewegungsabläufe und frei programmierbare Umschaltung zwischen Kraft-, Druck- und Positionsregelung kann jegliche Hydraulikachse optimal betrieben werden.

Eine Kombination aus elektrischer und hydraulischer Antriebstechnik, wie sie in Hybrid-Maschinen zum Einsatz kommt, wird mit TwinCAT in einer identischen Motion-Control-Umgebung entwickelt. Als branchenspezifische Erweiterung von TwinCAT unterstützen die Plastic Application Components die weit verbreiteten Euromap-Schnittstellen zwischen Spritzgießmaschine und Roboter, entweder als Euromap 67 oder in Zukunft als Euromap 79 (OPC 40079).

Flexible und vollständig integrierte Robotiklösung spart Engineering-Aufwand

Die Software TwinCAT Kinematic Transformation integriert die Robotersteuerung in die Automatisierungssoftware, sodass SPS, Motion Control und Robotik auf einem Industrie-PC zum Ablauf kommen. Mit TwinCAT steht dem Anwender ein einheitliches Engineering-Werkzeug für die Konfiguration und Programmierung zur Verfügung. Das spart Zeit und eliminiert Schnittstellenprobleme und senkt gleichzeitig die Entwicklungskosten. Neben dem Kartesischen Portal, der seriellen 2-D-Kinematik, der 2-D-Parallelkinematik sowie der 3-D-Delta-Kinematik sind auch 6-Achs-Kinematiken einfach realisierbar. Die Auswahl und Parametrierung der jeweiligen Kinematik erfolgt komfortabel im TwinCAT System Manager. Dort werden im Kinematikkanal – neben dem Typ (z. B. Delta oder SCARA) – auch die Stablängen und Versätze parametriert. Für eine Dynamikvorsteuerung können Massen und Massenträgheiten vorgegeben werden. Zusätzlich umfasst die Softwarebibliothek auch Tracking-Funktionalitäten. Dabei wird der Roboter auf ein bewegtes Objekt aufsynchronisiert, um z. B. Werkstücke von Förderbändern oder von schräg liegenden Drehtellern zu greifen.

Die nahtlose Integration der Roboterkinematiken in die Steuerung macht nicht nur eine zusätzliche Roboter-CPU überflüssig, sondern sorgt auch für eine optimale Interaktion und Synchronisation mit der SPS und den bestehenden Motion-Control-Funktionen: Direkte Schnittstellen ersetzen die aufwendige Kommunikation zwischen unterschiedlichen Steuerungen und Systemen. Daraus resultieren eine hohe Performance sowie eine verbesserte Genauigkeit.

In der Kunststofftechnik kann TwinCAT Kinematik Transformation bei 6-Achs-Robotern zur Anwendung kommen. Als branchenspezifische Erweiterung von TwinCAT unterstützten die TwinCAT Plastic Application Components die weit verbreiteten Euromap-Schnittstellen zwischen Spritzgießmaschine und Roboter, entweder als Euromap 67 oder – zukünftig – als Euromap 79 (OPC 40079).

OPC UA: die Plattform für alle zukünftigen Normen in der Kunststoff-Industrie - von Beckhoff maßgeblich voran getrieben

Beckhoff ist seit langen Jahren – als proprietäre Lösungen noch weit verbreitet waren – ein entschiedener Verfechter offener Standards. Hierzu gehört auch das große Engagement im Bereich der OPC-Standardisierung. Unsere Kunden profitieren daher von einer besonders umfangreichen Interoperabilität zwischen Beckhoff und Fremdprodukten.

Beckhoff ist eines der wenigen Unternehmen, das seine Produkte jährlich in den neuesten Versionen und mit den neuesten Funktionen auf reale Interoperabilität und Stabilität hin untersuchen lässt. Zurzeit werden in den unterschiedlichen Domänen des Maschinenbaus Companion Specifications definiert. In der Kunststofftechnik wird dies durch die Euromap Organisation vorangetrieben. Wir arbeiten aktiv an den Companion Specifications für die Kunststoffindustrie mit und können deshalb zeitnah neue Spezifikationen in unsere Produkte integrieren. Innerhalb von TwinCAT ist eine OPC-UA-Schnittstelle optional verfügbar (TF6100), die den entsprechenden Companion Specifications der Euromap genügt.

Für die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation wurde die Euromap 82 (OPC 40082) implementiert. Für die Verbindung zu Leitrechnern oder in die Cloud steht die Euromap 77 (OPC 40077) zur Verfügung. Neben den OPC-UA-basierten Euromap-Schnittstellen empfehlen wir bei zeitkritischen Prozessen, wie z. B. bei der Robotersynchronisation im Hochleistungsspritzguss, den Einsatz von EtherCAT als deterministischen Feldbus.