PC-based Control von Beckhoff: 40 Jahre Steuerungslösungen für Fensterbaumaschinen

PC-based Control, die durchgängige Steuerung für Fensterbaumaschinen

Den Spagat zwischen maximaler Leistungsfähigkeit und niedrigen Kosten können Maschinen- und Anlagenbauer mit der PC- und EtherCAT-basierten Steuerung von Beckhoff realisieren. Leistungsstarke Beckhoff Industrie-PCs, EtherCAT, das schnelle Kommunikationssystem, dezentrale I/Os, ein umfangreiches Antriebstechnik-Portfolio sowie die Automatisierungssoftware TwinCAT bilden die durchgängige Soft- und Hardwareplattform zur Steuerung aller Prozessschritte. Modular im Aufbau und exakt skalierbar in Bezug auf die Leistungsanforderungen, eignet sich PC-Control sowohl zur Steuerung der einzelnen Maschine als auch für die komplette Fabrikautomation.

Aufgrund der hohen Performance leistungsfähiger Prozessoren lassen sich alle Maschinen- und Anlagenfunktionen, von der SPS über Motion Control, CNC und Robotik, HMI, Vision, Sicherheits- und Messtechnik bis zur Cloud-Kommunikation und den Analytics-Funktionen auf einer Plattform in Software abbilden. Die offenen Schnittstellen in Hard- und Software bieten hohe Freiheitsgrade bei Maschinenkonstruktion und -design und erlauben dem Maschinenbauer, eine Vielzahl unterschiedlicher Geräte – auch von Drittherstellern – zu integrieren. Dies sorgt zum einen für ein effizientes Zusammenwirken aller Systemkomponenten und damit für maximale Produktivität. Zum anderen können durch die konsequente Umsetzung aller Funktionalitäten als Softwaremodule zusätzliche Steuerungen entfallen, wodurch sich die Hardwarekosten aber auch der Engineering-Aufwand deutlich reduzieren. Die Unterstützung aller gängigen Feldbussysteme und Softwareprotokolle garantiert die durchgängige horizontale und vertikale Kommunikation: von der Vernetzung der einzelnen Maschinen untereinander bis zur IT-Ebene und in die Cloud.

Das in jahrzehntelanger Zusammenarbeit mit Maschinenbauern und Endkunden erworbene Know-how in der Fensterbaumaschinenindustrie macht Beckhoff zu einem zuverlässigen Partner mit hoher Lösungskompetenz. Auf der Grundlage der PC-basierten Steuerungstechnik bietet Beckhoff komplette Automatisierungslösungen im Anlagen- und Maschinenbau sowohl für Neuanlagen als auch für Maschinenretrofits:

Unsere Engineeringabteilung bietet Ihnen umfangreiche Applikationsunterstützung:

• Projektierung und Dokumentation der Steuerung
• Elektrokonstruktion mit ECAD-System
• Steuerungsprogrammierung
• Visualisierung
• komplette Schaltanlagenfertigung nach Kundenvorgaben und Standards, inklusive
  • Anordnung der Komponenten im Schaltschrank
  • EMV-gerechter Aufbau
  • Klimatisierung und Lüftung
  • Betriebsmittelkennzeichnungen und Einzeladerbeschriftungen
  • Logistik
• Montage und Inbetriebnahme vor Ort
• vollständige Prozessdokumentation
• Leitrechner- und MES-Anbindung
• Realisierung von Sonderapplikationen
• Integration in die Unternehmensinfrastruktur

EtherCAT optimiert die Prozesskommunikation in Fensterbaumaschinen

Aufgrund seiner herausragenden Performance- und Topologieeigenschaften ist das Industrial-Ethernet-System EtherCAT optimal für die ultraschnelle Prozesskommunikation in Fensterbaumaschinen geeignet: Der Echtzeit-Feldbus übernimmt die gesamte Prozesskommunikation und ist I/O-, Sicherheits- und Antriebsbussystem in einem. Beckhoff bietet für EtherCAT ein durchgängiges Produktspektrum – von der Steuerung bis zum sicheren Servoantrieb. Die hohe Reaktionsgeschwindigkeit von EtherCAT führt zu besseren Regelgüten, präziserer Synchronisation von I/Os und Antrieben und damit zu einer verbesserten Qualität und einer höheren Produktivität. Die Flexibilität von EtherCAT bezüglich der Steuerungstopologie erlaubt es dem Anwender, dass er die optimale Kommunikationsstruktur für seine Applikation festlegen kann. Unterstützt durch Systemfunktionen, wie die Distributed Clocks, ist eine hochgenaue Datenerfassung und -ausgabe möglich.

Sicherheitsapplikationen konsequent modularisieren, skalieren und verteilen

Mit TwinSAFE hat Beckhoff ein durchgängiges Sicherheitskonzept umgesetzt, das sichere Funktionalitäten in die Standard-Steuerungsplattform integriert: von der SPS, über die I/Os bis zur Antriebstechnik. Alle Safety-Funktionen, wie z. B. Not-Halt, Schutztürüberwachung, Zweihandbedienung, Trittmattenauswertung und Muting, sichere Position, sicher begrenzte Geschwindigkeit usw., sind mit der einheitlichen Engineeringplattform TwinCAT programmier- bzw. konfigurierbar. Über die TwinSAFE-I/O-Module wird die Sicherheitstechnik nahtlos in den Klemmenstrang integriert, wobei sich die sicheren Signale beliebig mit den Standardsignalen mischen lassen.

Mit Hilfe der TwinSAFE-SC-Technologie ist es möglich, in beliebigen Netzwerken bzw. Feldbussen Standardsignale für sicherheitstechnische Aufgaben nutzbar zu machen. Dazu stehen entsprechende EtherCAT-Klemmen zur Erfassung und zum sicheren Transport der Signale über EtherCAT zur Verfügung. Die typischen Sicherheitsfunktionen sind in der TwinSAFE-Logic EL6900, EL6910 oder der kompakten Safety-Steuerung EK1960 auf Basis von Standard-Safety-Funktionsbausteinen entsprechend den Sicherheitsanforderungen programmier- bzw. konfigurierbar. Alle Sicherheitssteuerungen eignen sich für Anwendungen bis SIL 3 nach IEC 61508 bzw. Performance-Level e der ISO 13849-1.

Schaltschranklose Automatisierung mit dem MX-System

Das MX-System ermöglicht erstmals vollständig schaltschranklose Automatisierungslösungen im Maschinen- und Anlagenbau. Der aus einem Baukasten entstehende Verbund aus Baseplate und Funktionsmodulen vereint alle Aufgaben und Eigenschaften eines Schaltschrankes: Energieeinspeisung, -absicherung und -verteilung, Erzeugung und Überwachung von Hilfsspannungen, Ablaufsteuerung mit den Ein- und Ausgängen, Ansteuerung von Motoren und Aktuatoren sowie die Anschlussebene für die Feldgeräte. Die vollumfängliche Systemintegration aller Maschinenfunktionalitäten erfolgt über frei wählbare IPC-, Koppler-, I/O-, Drive-, Relais- und Systemmodule, die applikationsspezifisch konfiguriert und kombiniert werden können.

Der durchgehend systemische Ansatz ganzheitlich aufeinander abgestimmter und nach internationalen Standards zertifizierter Baugruppen verringert die Aufwände für Planung, Zusammenbau, Maschineninstallation sowie Instandhaltung enorm. Da erheblich weniger Komponenten als im klassischen Schaltschrankbau zur Realisierung der gleichen Anforderungen benötigt werden, wird das gesamte MX-System im Vergleich zu bisherigen Lösungen deutlich kompakter. Der Anlagen-Footprint wird reduziert, zudem erhöhen sich Anlagenverfügbarkeit und -flexibilität. In jeder Phase des Lebenszyklus einer Steuerungsanlage bietet das MX-System deutliche Vorteile gegenüber dem klassischen Schaltschrank.

Die Vorteile des MX-Systems für Fensterbaumaschinen auf einen Blick:

• modulares und hoch flexibles System
• unkomplizierte und schnelle Planung des Systems nach Baukastenprinzip
• Beschaffung und Ersatzteilbevorratung wesentlich einfacher, da weniger Bauteile
• geringer Platzbedarf für die elektrischen Komponenten
• einfache, steckbare Montage des Systems und Verkürzung der Montage- und Installationszeiten
• steckbare Verkabelung an der Maschine: Fehlervermeidung durch den Einsatz vorkonfektionierter Leitungen
• einfache Fehlerlokalisierung: Modul, Kabel oder Betriebsmittel

Hochdynamisch, modular, skalierbar: die Beckhoff Antriebstechnikkomponenten

Die Fensterproduktion erfordert ein hohes Maß an Präzision: Die CNC-Fräs- und Bohrvorgänge, die Sägetechnik, die Schraub- und Schließteiltechnik müssen mit hoher Präzision ausgeführt werden, um qualitativ hochwertige Fenster zu fertigen. Jede Abweichung geht auf Kosten der Qualität und führt zu einer aufwendigen Nachbearbeitung oder sogar zum Ausschuss, mit negativer Auswirkung auf die Produktions- und Logistikkette.

In Kombination mit der Motion-Control-Software TwinCAT und EtherCAT als Kommunikationssystem deckt unser skalierbares Antriebssystem das hohe Anforderungsprofil von Fensterbaumaschinen komplett ab. Die integrierte, schnelle Regelungstechnik der Servoverstärker-Baureihen AX8000 und AX5000 unterstützt schnelle und hochdynamische Positionieraufgaben. Im unteren Leistungsbereich stellen die EtherCAT-Antriebsklemmen eine preiswerte und kompakte Alternative dar.

Das umfangreiche Programm an linearen und rotatorischen Servomotoren aus unserem Motorenwerk Fertig Motors in Marktheidenfeld ist optimal auf die Servoverstärker zugeschnitten. Die Motorserie AM8000 zeichnet sich durch die One Cable Technology aus, d. h. Power- und Feedbacksystem sind in einem Standardkabel zusammengefasst. Für Anwendungen mit einfachen Verstellantrieben bietet Beckhoff die volle Bandbreite an Antrieben, wie z. B. Schrittmotoren oder kompakte Servomotoren.

Mit TwinCAT alle Maschinenfunktionen beherrschen

Die Automatisierungssoftware TwinCAT ist die für den Maschinenbau optimierte Toolkette, mit der alle Steuerungsanwendungen, inklusive HMI, IoT-Kommunikation und -Analysen, umgesetzt werden können. TwinCAT besteht aus Laufzeitsystemen zur Echtzeitausführung von SPS, HMI, NC-, CNC- und Robotikanwendungen und ist gleichzeitig die Entwicklungsumgebung für Programmierung, Diagnose und Konfiguration. Es stehen alle wichtigen Programmiersprachen der IEC 61131-3 für Echtzeitanwendungen zur Verfügung. Die objektorientierten Erweiterungen der IEC 61131-3 ermöglichen die Modularisierung des Programmiercodes, die softwareseitige Kapselung von Maschinenfunktionen und – damit einhergehend – die bessere Strukturierung, einfache Wartung, Wiederverwend- und Erweiterbarkeit der Software. Über vorhandene Schnittstellen können Module in C/C++, MATLAB^® und Simulink^® in den IEC-Kontext eingebunden oder autark in der TwinCAT-Echtzeitumgebung betrieben werden.

Verschiedene Softwaremodule für unterschiedliche Aufgabenstellungen, wie z. B. Kurvenscheiben, Synchronisationen und interpolierende Bewegungen mehrerer Achsen, stehen in TwinCAT zur Verfügung. Insbesondere die Verkettungsmöglichkeiten von Master- und Slaveachsen in nahezu beliebigen Strukturen und die vielfältigen Motion-Funktionen decken das Anwendungsspektrum der Fensterbaubranche optimal ab. Leistungsfähige Tools, wie der TwinCAT-CAM-Design-Editor und TwinCAT Scope, unterstützen das Design und die Inbetriebnahme. SPS-Bibliotheken mit Bausteinen nach dem PLCopen-Motion-Control-Standard erleichtern die Programmierung.

TwinCAT IoT und TwinCAT Analytics für Industrie-4.0-Anwendungen

Für die Kommunikation zwischen der Maschinensteuerung und cloudbasierten Diensten hat Beckhoff die Softwarebibliothek TwinCAT IoT entwickelt. Sie unterstützt die standardisierten Protokolle OPC UA, AMQP und MQTT zur Kommunikation mit gängigen Cloud-Systemen, wie Microsoft Azure™, Amazon Web Services sowie Private-Cloud-Systeme im unternehmenseigenen Netzwerk. Eingebaute Sicherheitsmechanismen verhindern den Missbrauch von Daten durch unbefugten Zugriff und schützen das geistige Eigentum des Unternehmens.

Über TwinCAT Analytics werden die Prozessdaten synchron zum Maschinenzyklus aufgezeichnet und ausgewertet und können u. a. für Predictive-Maintenance- und Maschinenoptimierungszwecke genutzt werden. Aus den gespeicherten Daten lassen sich mit den entsprechenden Analysewerkzeugen alle notwendigen Informationen ableiten, um die Maschine energetisch oder hinsichtlich des Prozessablaufs zu optimieren. Post-Mortem-Analysen, Diagnose sporadischer Fehler, frühzeitige Detektierung von Qualitätseinbußen und Erkennen von Produktionsengpässen erhöhen die Anlagenzuverlässigkeit und -verfügbarkeit. Die Datenanalyse liefert dem Hersteller ggf. auch umfangreiche Kenntnisse über das Betriebsverhalten seiner Maschine, die er mit dem Ziel der Kostensenkung und einer idealen Maschinenauslegung bei zukünftigen Konstruktions- und Fertigungsprozessen nutzen kann.

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.

Kompakte Antriebstechnik von Beckhoff: die ideale Lösung für Formatverstellungen

Im Fenstermaschinenbau werden immer häufiger manuelle und pneumatische Verstellungen durch elektromotorische ersetzt. Der Vorteil liegt in einer vollautomatischen und stufenlosen Einrichtung der benötigten Fertigungsformate für unterschiedliche Profiltypen. Eine Formatumstellung kann somit schnell und zeitsparend in den Produktionsnebenzeiten erfolgen, was für eine kommissionierte Fertigung mit Losgröße 1 von entscheidendem Vorteil ist.

Für solche Formatverstellungen ist die kompakte Antriebstechnik von Beckhoff ideal geeignet. Unser I/O-System ermöglicht, 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 Servo-, Schritt- und DC-Motoren zur Verfügung.

Die Servoklemmen EL72xx oder die EtherCAT-Box-Module der Serie EP72xx bilden mit der Motorserie AM8100 eine extrem kleine, hochdynamische Servoachse, die mit OCT und Multiturn-Absolutwertgeber für präzise Positionieranwendungen geeignet ist.

Die Schrittmotoren AS2000 und AS1000 können in Verbindung mit den IP20-Schrittmotorklemmen oder IP67-EtherCAT-Box-Modulen wahlweise mit oder ohne Rückführung betrieben werden. Die AS2000 zeichnen sich durch eine hohe Schutzart und integrierte Anschlusstechnik aus.

Die Baureihe AMI8100 vereint den Servomotor mit einem integrierten, hocheffizienten Servoverstärker. Als EtherCAT-Slave kann der AMI8100 ohne Schaltschrank und ohne vorgelagerte I/O-Ebene direkt an der Maschine platziert werden.