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Die passende Automatisierung für modulare Maschinen

Der Standard für die Automatisierung im Maschinenbau ist heute immer noch die klassische SPS. Um Sensoren und Aktoren an die Steuerung anzubinden, gibt es viele verschiedene Möglichkeiten. Mit den I/O-Systemen 750 und SPEEDWAY 767 lassen sich die meisten Anforderungen optimal realisieren. Dies gilt auch im Sondermaschinenbau – hier sind modulare Lösungen gefragt.
Immer dann, wenn in der Fertigung nicht auf Standardmaschinen wie etwa CNC-Bearbeitungszentren zurückgegriffen werden kann, kommt der Sondermaschinenbau ins Spiel. Hier entstehen Maschinen, die häufig unterschiedlichste Fertigungsschritte durchführen und diese zusätzlich noch mit Mess- und Prüftechnik kombinieren. Typische Beispiele sind Füge- und Montageschritte beim Zusammenbau komplexer Produkte – etwa Zulieferteile für den Automobilbau. Sondermaschinen werden immer für eine spezielle Aufgabe entworfen und gebaut. Um trotzdem eine gewisse Flexibilität und Wiederverwertbarkeit solcher Maschinen zu ermöglichen, sind sie häufig in einzelne Module – die sogenannten Zellen – unterteilt, die jeweils einen ganz speziellen Arbeitsschritt ausführen. Zwischen den einzelnen Zellen sorgt ein Werkstücktransportsystem für einen reibungslosen und automatisierten Ablauf. Auf diese Weise lassen sich auch eventuell notwendige Handarbeitsplätze einfach in den Ablauf integrieren.

Automatisierung im Maschinenbau

  • Maßgeschneiderte Automatisierungsarchitektur
  • Im Schaltschrank oder direkt in der Maschine
  • Modulare Automatisierung für die Sondermaschine

Maßgeschneiderte Automatisierungsarchitektur

Der große Vorteil eines solchen modularen Maschinenkonzepts liegt darin, dass der Sondermaschinenbauer einzelne Zellen identisch oder mit nur wenigen Änderungen in eine neue Sondermaschine übernehmen kann. Gleichzeitig profitiert auch der Maschinenbetreiber: Wird das zu fertigende Produkt geringfügig verändert, muss unter Umständen nur eine einzelne Zelle ausgetauscht werden. Der Rest der Sondermaschine kann unverändert weiterverwendet werden. Diese Vorteile bestehen jedoch nur dann, wenn auch die gesamte Automatisierungstechnik und Installation modular aufgebaut ist. In einer typischen Anwendung koordiniert daher eine zentrale Steuerung die verschiedenen Zellen und den Werkstücktransport. Jede einzelne Zelle hat eine zusätzliche Steuerung, die sämtliche Aufgaben innerhalb der Zelle autark automatisiert. In der typischen Architektur solcher Automatisierungslösung ist jeweils eine SPS für eine Zelle zuständig. Um die Aktoren und Sensoren anzubinden, bietet sich das modulare I/O-System 750 von WAGO an, bei dem ein Feldbuskoppler, etwa über PROFINETt, die Verbindung zur SPS herstellt. Der Feldbuskoppler bildet den Kopf eines Knotens des I/O-Systems, der dann individuell mit den einzelnen Busklemmen für die Ein- und Ausgänge bestückt wird. Je nach Anforderungen kann der Anwender aus über 500 verschiedenen Busklemmen wählen – damit ist für praktisch jedes Signal die passende Busklemme vorhanden. Das Spektrum reicht dabei von einfachen Analogeingangs-/-ausgangsklemmen und Digitaleingangs-/-ausgangsklemmen bis hin zu Busklemmen für spezielle Anwendungen.

Ein Beispiel hierfür ist eine Busklemme für IO-Link, über die entsprechende Komponenten direkt angeschlossen werden können. Eine typische Anwendung im Sondermaschinenbau ist zum Beispiel der Einsatz eines Greifers an einem Roboterarm in einer Maschinenzelle. Für die Ansteuerungen eines solchen Greifers sind konventionell zahlreiche Leitungen für Aktorik, Stellungsrückmeldung und Sensorik notwendig, die nur mit großem Aufwand durch einen Roboterarm geführt werden können. Im Gegensatz dazu, ist bei der Ansteuerung über IO-Link nur eine einzige Leitung erforderlich. Auch für Safety-Anwendungen stellt das I/O-System passende Lösungen zur Verfügung. Im Sondermaschinenbau müssen beispielsweise Sicherheitstüren, Not-Aus-Schalter, Lichtvorhänge und andere sicherheitsrelevante Funktionen über geeignete Ein- und Ausgänge an eine Sicherheitssteuerung angebunden werden. Im WAGO-I/O-SYSTEM 750 sind dazu sichere Digitaleingangsklemmen vorhanden, die über PROFIsafe mit einer Sicherheitssteuerung kommunizieren. Dabei können herkömmliche Busklemmen und sichere Busklemmen für Safety-Funktionen in einem Knoten gleichzeitig betrieben werden.

Im Schaltschrank oder direkt in der Maschine

Das WAGO-I/O-SYSTEM 750 zeichnet sich aber nicht nur durch die umfassende Funktionalität oder die Vielfalt der Signale, die angebunden werden können, aus. Auch in der Elektroplanung und in der Elektrowerkstatt bietet das System dem Sondermaschinenbauer viele Vorteile. Zunächst ist das I/O-System sehr kompakt und beansprucht dadurch nur wenig Platz im Schaltschrank. Da heute verstärkt elektrische Antriebstechnik im Maschinenbau zum Einsatz kommt, nimmt auch die Zahl der Komponenten im Schaltschrank immer weiter zu. Platz sparen ist dadurch bei fast allen Anwendungen ein wichtiges Thema. Nach der Montage der Komponenten im Schaltschrank müssen diese verdrahtet werden. Auch hier bietet das WAGO-I/O-SYSTEM 750 Vorteile: Durch die CAGE CLAMP®-Technik funktioniert das Verdrahten auch bei beengten Platzverhältnissen im Schaltschrank völlig problemlos. Um die mit Federanschlusstechnik arbeitende Klemme zu öffnen, muss ein Betätigungswerkzeug in die entsprechende Öffnung gesteckt werden. Die Klemmstelle bleibt dann offen und der Leiter kann eingeführt werden. Wenn das Werkzeug wieder aus der Betätigungsöffnung gezogen wird, schließt sich die Klemme und stellt eine sichere Kontaktierung her.

Für den Fall, dass die Anbindung der Sensoren und Aktoren nicht im Schaltschrank, sondern direkt an der Maschine erfolgen soll, bietet WAGO ebenfalls entsprechende Lösungen an. Mit SPEEDWAY 767 steht ein modulares I/O-System in der hohen Schutzart IP67 zur Verfügung, mit dem eine schaltschranklose Anbindung möglich ist. Über einen Systembus werden die verschiedenen Module einfach miteinander verbunden und über einen Feldbuskoppler wiederum an die zentrale Steuerung angebunden. Diese Lösung ist für Sondermaschinenbauer besonders dann interessant, wenn Teile einer Zelle an externe Firmen vergeben werden. Typisches Beispiel hierfür ist ein Zuführgerät. Wenn dieses komplett mit SPEEDWAY-Modulen ausgestattet ist, muss zum Anschluss an die eigentliche Zelle der Sondermaschine nur noch ein Systembuskabel sowie die Versorgung mit elektrischer Energie und eventuell mit Druckluft angeschlossen werden.

Modulare Automatisierung für die Sondermaschine

Um ein modulares Konzept im Sondermaschinenbau optimal umzusetzen, sollte auch die Automatisierung modular aufgebaut sein. Mit den WAGO I/O-Systemen 750 und SPEEDWAY 767 stehen dem Sondermaschinenbau hierfür optimale Werkzeuge zur Verfügung. Die Vielzahl der möglichen Ein- und Ausgangssignale und die Möglichkeit, Standardeingänge und sicherheitsrelevante Eingänge in einem System zu kombinieren bietet dem Anlagenbauer eine hohe Flexibilität.

von Jürgen Pfeifer | 10.10.2016