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 Die Pick-and-Place-Roboter und andere Antriebsachsen sind mit den hochdynamischen Servomotoren AM8000 von Beckhoff ausgestattet, welche über die EtherCAT-Servoverstärker AX5000 angesteuert werde

19.05.2020

Modernisierung kundenspezifischer Fertigungsanlagen und Robotikintegration verbessert Produktivität um 25 %

PC-based Control für höchste Flexibilität in der Produktion steriler Probenahmebeutel

Der kanadische Hersteller Labplas ist auf die kundenspezifische Produktion von sterilen Probenahmenbeuteln und -zubehör in den verschiedensten Maßen spezialisiert und entwickelt seine Fertigungsanlagen selbst. Durch eine Modernisierung mit PC-based Control konnte Labplas die Produktivität erhöhen und zudem Pick-and-Place-Roboter integrieren, welche das manuelle Einlegen von Zubehör in die Beutel ablösen.

Seit seiner Gründung im Jahr 1987 ist Labplas exponentiell gewachsen. Das in Sainte-Julie, Quebec, ansässige Unternehmen beliefert Kunden in der Lebensmittel-, Agrar-, Veterinär- und Pharmaindustrie. Außer sterilen Probenahmebeuteln gehören Teststäbchensets und umweltfreundliche, biologisch abbaubare Beutel zum Angebot. Dabei stellt die zuverlässige Einhaltung von Qualitätsstandards anspruchsvolle Anforderungen bei der Fertigung aseptischer Probenahmebeutel. Schließlich müssen solche Beutel Probenschwämme, Lebensmittel, Arzneimittel oder organische Substanzen aufnehmen, die in Labors getestet und vor Kontaminierung geschützt werden müssen. Die Erfüllung individueller Kundenwünsche ist ein Alleinstellungsmerkmal von Labplas. Deswegen entwickelt, baut und implementiert das Unternehmen seine hochmodernen Fertigungssysteme selbst. Auf diesen Maschinen können mit geringem Umrüstungsaufwand Beutel in Breiten von 3 bis 33 Zoll und aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. „Unserer Ansicht nach haben wir für diese Produkte eine der weltweit besten Technologieplattformen. Trotzdem verbessern wir unsere Anlagen laufend durch stärkere Automatisierung, um bei mehr Produkten einen höheren Durchsatz zu erzielen und dabei trotzdem flexibel zu bleiben“, sagt Benoit Brouillette, General Manager von Labplas.

Durchgängig modulare Steuerungstechnik steigert Produktivitität

Im Zuge einer Modernisierung mehrerer Produktionslinien der Serie MM implementierte Labplas zusätzlich Robotik und GigE-Kameras, um den Durchsatz, die Wiederholgenauigkeit und die Qualitätskontrolle zu verbessern. Wichtig ist Labplas dabei vor allem die sorgfältige Planung der Steuerungsplattform bis hinunter auf die Ebene der Komponenten, damit die Maschinen flexibel genug für eine kundenspezifische Produktion bleiben. So wollte Labplas z. B. seine Montagetechnik aufrüsten, um in die gefertigten Probenahmebeutel Zubehör wie Schwämme, Tücher, Löffel oder Scheren per Roboter statt wie bisher manuell einlegen zu können. Dafür evaluierte Labplas die Möglichkeiten von Form-Fill-Seal-Systemen und entwickelte ein neues Verfahren für die Integration dieser Maschinen mit einem 6-Achs-Delta-Roboter. Ziel war es, dass alle Komponenten herstellerübergreifend in Echtzeit zusammenarbeiten und Daten für das Reporting und Prozessoptimierung erfassen können. Man wollte den Durchsatz steigern und dem Bedien- und Wartungspersonal den Wechsel zwischen verschiedenen Linien erleichtern. Da die herkömmliche SPS des vorherigen Anbieters nicht in der Lage war, diese Anforderungen sowie die geforderte Robotikintegration zu unterstützen, entschied man sich für Beckhoff als neuen Automatisierungspartner. Labplas-Entwicklungsleiter Christian Fontaine und sein Team arbeiteten bei der Neuimplementierung Hand in Hand mit Applikations- und Supportingenieuren von Beckhoff Kanada unter der Leitung von Area Sales Manager Ted Sarazin.

Leistungsfähige Antriebstechnik gibt neue Impulse

Die größte Rolle bei der Neugestaltung der Produktionslinien spielten MotionControl-Hardware und die Automatisierungssoftware TwinCAT 3. An insgesamt 15 Linien setzt Labplas nun Roboter ein. Die Pick-and-Place-Roboter und andere Antriebsachsen sind mit den hochdynamischen Servomotoren AM8000 von Beckhoff ausgestattet, welche über die EtherCAT-Servoverstärker AX5000 angesteuert werden. Der Anschluss erfolgt mit One Cable Technology (OCT), wodurch sich der Verdrahtungsaufwand reduziert, da Power- und Feedbacksystem in einem Kabel zusammengefasst sind. Labplas entschied sich außerdem für die TwinSAFE-Drive-Optionskarte AX580x mit den integrierten Sicherheitsfunktionen Safe Torque Off (STO) und Safe Stop 1 (SS1). „TwinCAT Kinematic Transformation stellt mit einer integrierten dynamischen Vorsteuerung selbst bei hohen Geschwindigkeiten und extrem schneller Beschleunigung eine hochpräzise Bewegung sicher. Das Wichtigste ist allerdings, dass es mit der leistungsstarken TwinCAT-Suite möglich ist, nicht nur die Codian-Roboter, sondern die gesamte Maschinenlinie in Echtzeit zu steuern“, erläutert Ted Sarazin von Beckhoff.

Industriegerechte Hardware – skalierbar für alle Anforderungen

Techniker und Bediener interagieren mit den Maschinen über Control Panels CP29xx, die über die Einkabeltechnologie CP-Link 4 an den Embedded-PC CX2030 angeschlossen sind. Der leistungsstarke PC-basierte Controller mit Intel®-Core™-i7-Dual-Core-Prozessor dient als Hauptliniensteuerung. Christian Fontaine erklärt: „Auf der MM9-Linie beispielsweise muss der kleine, integrierte Controller die Verarbeitungsleistung bereitstellen, die für den Antrieb unserer komplexen Maschine mit sieben Bewegungsachsen sowie einen 5-Achs- und zwei 3-Achs-Delta-Roboter benötigt wird, und trotzdem noch über ausreichend CPU-Bandbreite für die Qualitätsüberwachung und Optimierungssoftware verfügen.“ Zudem unterstützt der Beckhoff-Controller auch Drittanbieter-Software unter Windows, wie z. B. die kundenspezifische KI-Lösung, die Labplas für die Qualitätskontrolle verwendet, und stellt dafür ausreichende Rechenkapazitäten bereit. Platzsparende High-Density-EtherCAT-Klemmen von Beckhoff werden für den Anschluss von Sensoren, Ventilen, Anschlusskarten, Solid-State-Relais (SSRs) und anderen Geräten verwendet.

Ein Plus an Produktivität und Flexibilität

Die Amortisationszeit der aufgerüsteten Linien betrug nicht einmal ein Jahr. Labplas erhöhte die Flexibilität seiner Maschinen, um mit weniger Umrüstungen mehr Beutelgrößen herstellen zu können. Weiterhin wurde die Grundlage für eine verbesserte Qualitätskontrolle und die Nutzung von Robotik gelegt, um Prozesse schnell und hocheffizient abzuwickeln. Labplas gelang dabei nicht nur die Steigerung der Qualität, sondern auch eine Erhöhung des Anlagendurchsatzes und somit einen Produktivitätsgewinn von durchschnittlich 25 % bei den aufgerüsteten Maschinen.