PC-based Control optimiert Montage von Elektromotoren für die Automobilindustrie
Vor dem Hintergrund des Mobilitätswandels setzt auch der Sondermaschinenbauer Sonplas seit einigen Jahren verstärkt auf Projekte aus dem Bereich der E-Mobilität. Das Unternehmen entwickelt unter anderem Maschinen für die Rotor- und Statormontage von Elektromotoren. Für die Vormontage von Statoren setzt Sonplas dabei auf PC-based Control von Beckhoff und nutzt die kurzen Zykluszeiten von TwinCAT für maximalen Output und Effizienz.
Die Sonplas GmbH, mit Sitz im niederbayrischen Straubing, entwickelt Sondermaschinen für Kunden aus der Automobil- und Nutzfahrzeugbranche. Das Portfolio reicht von Prüfständen und End-Of-Line-Testing über maßgeschneiderte Bearbeitungs- und Montagemaschinen hinzu vollautomatisierten Montagelinien. Seit der Unternehmensgründung 1993 wurde der Produktbereich kontinuierlich erweitert: Während Sonplas zu Beginn vor allem Maschinen für Kraftstoff-Einspritzsysteme lieferte, liegt der Fokus heute auf den Bereichen E-Mobilität, Leistungselektronik, Batteriezellen- und Wasserstofftechnik. „Als innovative Firma ist es uns wichtig, zukunftsfähige Themen aufzugreifen und unser Prozess-Know-How in diesen Bereichen gewinnbringend einzusetzen“, erklärt Florian Klimmer, Vertriebsingenieur bei Sonplas.
Hohe Geschwindigkeit von TwinCAT und EtherCAT entscheidend
Montageanlagen für die Rotor- und Statorproduktion von Elektromotoren entwickelt Sonplas seit 2014. Dabei sieht sich das Unternehmen mit neuen Herausforderungen konfrontiert: „Die E-Mobilität ist ein sehr dynamischer Bereich. Wir müssen uns darauf einstellen, dass Produkte kürzere Laufzeiten haben. Das bedeutet für uns, dass Maschinen entsprechend modular und flexibel sein müssen“, erläutert Florian Klimmer. Kürzere Taktzeiten spielen zudem eine immer wichtigere Rolle. Damit einher gehen hohe Anforderungen an die Steuerungstechnik in puncto Geschwindigkeit und Flexibilität. Für die Vormontage von Statoren setzt Sonplas deshalb auf PC-based Control von Beckhoff. In der Maschine, die komplett mit TwinCAT 3 gesteuert wird, sind die verschiedenen Prozessschritte auf einem Rundtakttisch realisiert: Drähte für den Stator werden nach der Wicklung vorpositioniert und abgeschnitten, ein Kabelschuh wird aufgesteckt und vercrimpt. Abschließend werden die Drähte auf den nächsten Bearbeitungsschritt in der Montagelinie vorbereitet. Dabei handelt es sich um die Montage von Statoren für einen Elektromotor, der beispielsweise in elektrischen Nebenaggregaten verbaut wird.
Hauptgrund für den Einsatz von PC-based Control ist laut Martin Amann, Leiter der Softwareentwicklung bei Sonplas, die hohe Geschwindigkeit der Beckhoff Technik: „Die Taktzeit unserer Montagemaschine liegt bei 5,5 s. Abzüglich der Positionierzeit des Rundtakttisches bleibt eine Bearbeitungszeit von 4,5 s, in der verschiedene Prozesse ablaufen müssen. Dafür brauchen wir sehr schnelle SPS-Zykluszeiten von einer Millisekunde.“ Die Steuerung von Sensorik und Aktorik wird vollständig mit TwinCAT realisiert – auch die Sicherheitstechnik ist über TwinSAFE integriert. In Kombination mit dem Highspeed-Feldbus EtherCAT wird so eine optimale Synchronisation erreicht.
Als Steuerungsplattform dient ein Ultra-Kompakt-Industrie PC C6032, welcher hohe Leistung und einen kleinen Formfaktor vereint. In der Feldebene kommen außerdem EtherCAT-Box-Module aus der EPP-Serie zum Einsatz, die sich direkt an der Maschine montieren lassen. Dank der Anbindung über die Einkabellösung EtherCAT P reduziert sich der Installations- und Verdrahtungsaufwand. „Darüber hinaus lässt sich so die hohe Geschwindigkeit von EtherCAT direkt bis zum Sensor transportieren. Wenn man mit Oversampling arbeitet, kann eine hohe Abtastrate realisiert werden“, beschreibt Martin Amann die Vorteile aus Sicht von Sonplas. Antriebstechnikaufgaben werden unter anderem mit den Servomotorklemmen EL72xx realisiert. Durch ihre kompakte Bauweise wird Platz im Schaltschrank gespart. Programmiert wurde die Steuerung der Montagemaschine komplett in TwinCAT 3. Dabei setzt Sonplas auf einen hohen Automatisierungsgrad in der SPS-Code-Generierung: Mit einer selbst erstellten Tool-Chain werden Daten aus der Elektrokonstruktion mit Hilfe des Automation Interfaces direkt in ein entsprechendes Framework geladen und generieren so ein maschinenspezifisches TwinCAT-Projekt.
PC-based Control als zentrale Steuerungsplattform
Sonplas setzt schon lange auf PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff und profitiert auch bei der Vormontage von Statoren von der zentralen Steuerungsplattform: „Mit PC-based Control kommen alle Maschinenfunktionen auf einem PC synchron zum Ablauf. Auch Datenbanken oder Vision-Systeme werden integriert. Wir brauchen keine Subsysteme, in die wir Messtechnik, Analyse oder End-of-Line-Tests auslagern. Alles läuft auf einer einzigen Steuerung, mit einem einzigen Engineering-Tool“, fasst Florian Klimmer die Vorteile zusammen. „Neben der Integration aller Funktionen auf einer Plattform war für diese Applikation besonders die hohe Geschwindigkeit von TwinCAT und EtherCAT entscheidend.“