PC-basierte Steuerungstechnik einer Maschine zur Saatgutaufbereitung
Grazmec, 1986 mit Sitz in Não-Me-Toque im brasilianischen Bundesstaat Rio Grande do Sul gegründet, setzt bei seinen Saatgutaufbereitungsmaschinen konsequent auf neue Technologien. Bei der jüngsten Entwicklung hat sich die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff aus Sicht des Maschinenbauers hierbei als wichtiger Innovationsfaktor erwiesen, insbesondere um das Internet of Things (IoT) auch für die Lebensmittelindustrie zu erschließen.
Die Saatgutbehandlung ist eine präventive Möglichkeit zum Schutz vor Schäden in der kritischsten Erntephase. Dabei lässt sich die Anwendung von chemischen Pestiziden (Fungizide, Insektizide), Mikronährstoffen (u. a. Polymere, Pigmente) und dem Impfmittel gegen infektiöse Materialien im Saatgut auf zwei Arten durchführen:
- On-farm-Saatgutbehandlung, d. h. Durchführung auf dem Feld kurz vor der Aussaat,
- industrielle Saatgutbehandlung (IST), d. h. Ausführung durch die Saatgutindustrie.
Letzteres bietet laut Grazmec mehr Sicherheit bei geringerem Aufwand und reduziert die Umweltbelastung, weshalb bereits zahlreiche Saatgutfirmen, Genossenschaften und große ländliche Anwesen diese Variante wählen.
Moderne Steuerungstechnik als Maschinenkern
Grazmec hat seit 2019 mit Beckhoff zusammengearbeitet, um eine komplett neu gestaltete Saatgutbehandlungsmaschine auf den Markt zu bringen. Grazmec-Marketingleiter Émerson de Mattos erklärt: „Bei der GV500i Connect wurden im Rahmen eines Redesigns die Funktionalität und Optionsmöglichkeiten verbessert. Die Beckhoff-Technologie hat dabei ein völlig neues Maschinenkonzept ermöglicht. Ausgezeichnet in der Produktdesign-Silberkategorie bei den Brasil Design Awards (BDA), präsentiert diese Maschine neue Standards in der Programmierung. Im Gegensatz zu konventionellen Steuerungen ermöglicht PC-based Control von Beckhoff dem Endkunden eine einfache Maschinenbedienung und Flexibilität im After-Sales-Bereich. Hinzu kommt, dass sich etwaige Probleme im Einsatz direkt vom Werk aus per Fernzugriff, d. h. mit minimiertem Zeit- und Personalaufwand, analysieren lassen.“ Weitere Vorteile sieht er durch die Vereinfachung von Softwareupgrades, die für eine kontinuierliche Geräteoptimierung problemlos in bestehende Steuerungsprogramme zu integrieren seien.
Begonnen hat Grazmec im Jahr 2013 mit der Entwicklung eines Traktors für die Aussaat, der gemäß der Endkundenanforderung je Stunde bis zu 30.000 kg Sojabohnensprossen behandeln sollte. Zum Einsatz kamen hierbei bereits elektrische Steuereinheiten, wobei allerdings die gewünschten Dosierungen noch sehr stark vom mechanischen Systemaufbau bestimmt wurden. Daher waren vor der Maschineninbetriebnahme im Rahmen einer aufwändigen Kalibrierung die Durchlaufzeiten und -mengen für Saatgut und Chemikalien zu erfassen. Trotz des reibungslosen Betriebs, des hohen Saatgutdurchflusses und der einfachen Bedienung war dieses System langsam und komplex. Dies führte ab 2015 zu mehreren Anlagenoptimierungen, wie z. B. bessere Sensorik, die Möglichkeit von bis zu vier flüssigen chemischen Produkten für die Saatgutbehandlung, Touchscreen-Bedienung, Speicherung von bis zu zehn Rezepten sowie Produktreservoirs.
Höhere Funktionalität und IoT-Kommunikation
Die zweite Maschinengeneration war erfolgreich, stieß aber mit den immer anspruchsvolleren Kundenanforderungen und einem steigenden Technologielevel zunehmend an ihre Grenzen. Daher war 2019 eine weitere Umstrukturierung des Maschinenkonzepts notwendig, um das System flexibler und einfacher zu gestalten sowie Softwareupgrades zu erleichtern. Für die notwendige Rechenleistung sorgt der mit der Software TwinCAT 3 ausgestattete Embedded-PC CX5140 von Beckhoff (mit Intel-Atom®-Quadcore-Prozessor und 1,91 GHz). Die zugehörige I/O-Ebene bilden digitale HD-EtherCAT-Ein- und -Ausgangsklemmen EL1819 bzw. EL2809.
Über ein Multitouch-Einbau-Control-Panel CP2916 mit 15,6-Zoll-Display kann komfortabel auf die Maschinenparameter zugegriffen werden, optimal unterstützt durch die HTML-5-basierte, mit TwinCAT HMI (TF2000) erstellte Bedienoberfläche. Damit können nun deutlich mehr Rezepte mit einer größeren Anzahl an flüssigen und pulverförmigen Komponenten hinterlegt werden, was die Flexibilität hinsichtlich Maschinenfunktionalität und verwendbarem Saatgut erweitert. Weiterhin vereinfachen direkt auf der Maschine gespeicherte Handbücher und Demonstrationsvideos die Anlagenbedienung, sodass sich Prozess- und Wartungszeiten reduzieren.
Im Rahmen der IoT-Strategie von Grazmec eröffnen die Kosten- und Verbrauchsberichte, die von der Anlage zur Produktionskontrolle generiert werden, neue Wege der Datenverwaltung und -analyse. Mit TwinCAT IoT Communication (TF6701) werden hierfür die Maschinendaten über MQTT an den Grazmec-Server gesendet. Dort können sie z. B. zusammen mit täglichen Informationen zu den Mengen an behandeltem Saatgut und verbrauchtem Sirup ausgewertet und auf diese Weise kohärentere Entscheidungen getroffen werden. Weitere IoT-Vorteile bieten laut Grazmec die erweiterten Möglichkeiten der Fernsteuerung und -wartung, die das System ebenfalls einfacher und effizienter gestalten. Émerson de Mattos resümiert: „Die moderne Steuerungstechnologie von Beckhoff wird neue Nutzungsmöglichkeiten für die Geräte generieren. Insbesondere die Software TwinCAT eröffnet zahlreiche Möglichkeiten für Upgrades, kontinuierliche Verbesserungen, einfache Bedienung und ausgezeichnete Qualität.“