Offene Automatisierungstechnik mit EtherCAT: perfekt geeignet für Spritzgießmaschinen

Das PC-based-Control-Prinzip

Mit unserer PC-basierten Steuerungstechnik bieten wir für alle Bereiche der Automatisierung von Kunststoffmaschinen umfassende Systemlösungen in verschiedenen Leistungsklassen an. Das Grundprinzip beruht auf einem leistungsfähigen Industrie-PC, einer performanten Feldbusanschaltung mit den angeschlossenen Peripheriegeräten für Sensorik und Aktorik sowie der Software TwinCAT für Engineering und Echtzeitsteuerung. Ergänzt wird die Steuerungsplattform durch ein umfangreiches Portfolio an Antriebstechnikkomponenten. TwinCAT bündelt alle notwendigen Funktionalitäten wie SPS, Motion Control, Robotik, Messtechnik, Bildverarbeitung und HMI in einer Software. Basierend auf IT-Standards verfügt unsere Steuerungslösung über die notwendige Offenheit, um intelligente Produktionskonzepte gemäß Industrie 4.0 zu realisieren.

Aufgrund der Leistungsstärke moderner Prozessoren, wie wir sie in allen PC-Serien verbauen, können rechenintensive Anwendungen problemlos in die Steuerungsplattform integriert werden. Kunststoffmaschinenhersteller profitieren vom kontinuierlichen Leistungszuwachs der Prozessoren: Kürzere Abtastzeiten steigern schon heute die Qualität des Endprodukts und bilden in Zukunft die Voraussetzung zur Realisierung selbstlernender Maschinen. Die Möglichkeit, beispielsweise eine Spritzgießmaschine komplett zu simulieren im virtuellen Designprozess, spart Zeit bei der Entwicklung und der Inbetriebnahme.

EtherCAT: Weltstandard für Kunststoffmaschinen

Die EtherCAT-Technologie wurde 2003 von uns auf den Markt gebracht und als offener Standard der Automatisierungstechnik zur Verfügung gestellt. Mit herausragender Leistung, flexibler Topologiewahl, umfangreicher Diagnose und einfacher Konfiguration eignet sich EtherCAT optimal für den Einsatz in Kunststoffmaschinen. Wir liefern die größte Anzahl von EtherCAT-kompatiblen Automatisierungsmodulen sowohl für I/Os als auch für die Antriebstechnik.

In der Kunststofftechnik gehört EtherCAT zu den am meisten genutzten Standards. Es steht eine große Anzahl EtherCAT-kompatibler Sensoren und Aktoren im Markt zur Verfügung, wodurch eine hohe Investitionssicherheit gewährleistet ist. Besonders interessant für elektrisch angetriebene Spritzgießmaschinen ist die problemlose Anbindung von Verstärkern von Drittanbietern. Auch andere Feldbussysteme können als Kommunikationslayer über EtherCAT eingebunden werden.

Die schnelle und hochpräzise Technologie eXtreme Fast Control (XFC) basiert auf EtherCAT und speziellen, für XFC optimierten I/O-Baugruppen, die mit hoher Genauigkeit Signale aufnehmen bzw. Aktionen auslösen. Mit I/O-Response-Zeiten unter 100 μs ermöglicht XFC sehr schnelle und deterministische Reaktionen und trägt damit zur Prozessoptimierung bei.

Maximale Produktionseffizienz mit XFC

Die von Beckhoff entwickelte schnelle und hochpräzise eXtreme Fast Control Technology (XFC) reduziert den Rohstoffverbrauch und erhöht die Teilequalität. Mit einem leistungsfähigen Industrie-PC, den ultraschnellen EtherCAT-I/O-Klemmen, EtherCAT als Kommunikationssystem und der Automatisierungssoftware TwinCAT lassen sich I/O-Response-Zeiten unter 100 µs realisieren. Durch die Erfassung schnell veränderlicher Eingangssignale mit hoher zeitlicher Auflösung von unter 100 ns ist der Einspritzprozess exakt beherrschbar. Der Betrag und Verlauf der Stellgröße kann, in Abhängigkeit vom Zeitpunkt des Umschaltereignisses, durch sehr schnelle Algorithmen präzise berechnet werden. Das Bearbeitungsfenster wird schmaler, die Teilegewichtsschwankungen und der Materialverbrauch werden reduziert. Mit hochgenauer Servoantriebstechnik, in Verbindung mit XFC, wird die Reproduzierbarkeit des Spritzgießprozesses nochmals erhöht. XFC erlaubt auch die Integration von Messtechnik in die Maschinensteuerung ohne zusätzliche Spezialhardware. Damit lässt sich zum Beispiel eine kostengünstige Lösung für Condition Monitoring realisieren, die für eine längere Lebensdauer von Maschinen sorgt und durch vorbeugende Wartung Maschinenstillstandszeiten minimiert.

Durch die Erfassung schnell veränderlicher Eingangssignale mit hoher zeitlicher Auflösung ist z. B. der Einspritzprozess bei Spritzgießmaschinen insbesondere mit servoelektrischer Antriebstechnik exakt beherrschbar. Der Betrag und Verlauf der Stellgröße kann, in Abhängigkeit vom Zeitpunkt des Umschaltereignisses, durch schnelle Algorithmen präzise berechnet werden. Auf diese Weise werden die Teilegewichtsschwankungen reduziert und der Materialverbrauch sinkt.

Die Oversampling-Technologie auf Basis von XFC macht den Signalverlauf exakt bestimmbar. In Kombination mit der Time-Stamp-Funktion von EtherCAT, die jedes Ereignis mit einer hochgenauen Zeitangabe verknüpft, wird die Reproduzierbarkeit von Abläufen gegenüber klassischen Lösungen deutlich erhöht.

TwinSAFE: die offene und skalierbare Sicherheitstechnologie

Mit TwinSAFE haben wir ein durchgängiges Sicherheitskonzept umgesetzt, das sichere Funktionalitäten in die nicht sicherheitsgerichtete Steuerungsarchitektur integriert. Separate Sicherheitssteuerungen werden damit überflüssig. Die typischen Sicherheitsfunktionen sind in der TwinSAFE-Logic EL6910 oder der kompakten Safety-Steuerung EK1960, auf Basis von Standard-Safety-Funktionsbausteinen, entsprechend den Sicherheitsanforderungen, programmier- bzw. konfigurierbar. Mit unserer Safety-Lösung wird der Engineering-Prozess beschleunigt, da sich die sicherheitsgerichteten Erfordernisse unterschiedlicher Maschinenkonfigurationen per Software realisieren lassen. Alle Beckhoff Sicherheitssteuerungen eignen sich für Anwendungen bis SIL 3 nach IEC 61508 bzw. Performance-Level e der ISO 13849-1 und erfüllen so die Norm DIN EN 201 für Spritzgießmaschinen.

Über die TwinSAFE-I/O-Module wird die Sicherheitstechnik nahtlos in den Klemmenstrang integriert, wobei sich sichere Signale beliebig mit Standardsignalen mischen lassen. Hiervon profitieren Blasformmaschinen oder Produktionszellen mit Schaltschränken an unterschiedlichen Montageorten. Dank ihrer Skalierbarkeit eignet sich unsere Safety-Lösung sowohl für ausgedehnte Anlagen als auch für kleine Spritzgieß- und Blasformmaschinen. Hier reicht eine Safety-Logic, um die komplette Sicherheitstechnik zu realisieren. Besonders geeignet für Spritzgießmaschinen mit hydraulischen und/oder elektrischen Antrieben ist die kompakte Safety-Steuerung EK1960. Sie erlaubt die direkte Ansteuerung digitaler Schaltventile mit 2 A Last, wie sie z. B. in Kernzügen zum Einsatz kommen. Mit der TwinSAFE-SC-Technologie lassen sich Signale mit niedrigem Safety-Level redundant für sicherheitstechnische Aufgaben nutzbar machen.

Steuerungsintegrierte Bildverarbeitung sichert die Teilequalität bei der Kunststoffverarbeitung

Die optische Qualitätsüberwachung ist in der Kunststofftechnik seit Langem bekannt. Aufgrund der Integrationsaufwendungen und des Fehlens vollständiger Lösungen hat sie sich bisher jedoch noch nicht als Standard durchgesetzt. Der Ansatz der PC-basierten Steuerungstechnik bietet hier die ideale Lösung: Mit TwinCAT Vision integriert Beckhoff die Bildverarbeitungsfunktionalitäten komplett in die bekannte Engineering-Umgebung des Maschinenprogrammierers, wodurch sich die Programmierung und der Test deutlich vereinfachen. Alle aus der Bildverarbeitung abgeleiteten Steuerungsfunktionen, wie die exakte Positionsbestimmung des Werkstücks sowie das Auslösen der Kamera und der Lichtquelle, werden in Echtzeit synchronisiert. Dies ist ein entscheidender Vorteil der integrierten Bildverarbeitungslösung gegenüber separaten Systemen.

Die Vision-Lösung von Beckhoff eignet sich in der Kunststoffindustrie optimal zur Prozessüberwachung, z. B. beim Auswerfer, zur Bestimmung der Teilegeometrie und zur Lageorientierung.

Vorsprung durch TwinCAT Vision

• Qualitätsverbesserung: Die präzise Vermessung sowie eine exakte optische Inspektion sichern die Einhaltung der Prozessparameter.
• Effizienzsteigerung: Die synchrone Inline-Vermessung von Teilen ohne separate Messstation verbessert die Effizienz.
• Qualitätssicherung: Anwendungen wie Track & Trace ermöglichen die Nachverfolgbarkeit der Produktqualität für jedes einzelne Teil, wie sie z. B. für sicherheitskritische Anwendungen im Bereich der Medizintechnik oder für spezielle Automotive-Teile erforderlich sind.
• Temperaturmessung: Mit Hilfe von Wärmebildkameras kann die Oberflächentemperatur von Kunststoffteilen bestimmt werden.
• Machine Learning: Rückschlüsse zwischen Maschineneinstellungen und Teilegeometrien sind eine Voraussetzung für die Entwicklung von Lernalgorithmen als ein Meilenstein hin zu intelligenten, selbstlernenden Maschinen.

Branchen- und kundenspezifisches Control Panels und Panel-PCs als Alleinstellungsmerkmal Ihrer Maschine

Die ergonomische Bedienung und das unverwechselbare Erscheinungsbild einer Maschine spielen eine nicht unwesentliche Rolle, um am Markt erfolgreich zu sein. Neben Design und Farbgebung kommt hierbei dem Control Panel als Front-end einer Maschine ein hoher Stellenwert zu. Immer mehr Maschinenbaukunden wünschen sich daher eine branchen- oder kundenspezifische Bedienerschnittstelle als Alleinstellungsmerkmal. Aufbauend auf einem umfangreichen Portfolio an Standard-Control-Panels und -Panel-PCs bietet Beckhoff hier ein breites Lösungsspektrum hinsichtlich der technischen Ausgestaltung und des Designs. Ein in Farbgestaltung und Abmessungen zum Erscheinungsbild der Maschine passendes Panel-Design unterstreicht deren innovativen Charakter. Hierbei sind der Ausgestaltung der Kundenwünsche keine Grenzen gesetzt: vom werksseitig eingefügten kundenspezifischen Firmenlogo über die zum Maschinendesign passende Farbgebung bis zum komplett individuell gestalteten Panel auf Basis einer individuellen Gerätekonstruktion.

Um den Bedürfnissen der Kunststoffbranche nach ergonomischer Bedienung entgegen zu kommen, bietet Beckhoff Control Panels und Panel-PCs an, die für die verschiedenen Verfahren optimal geeignet sind. Die bedarfsgerechte Ausgestaltung der Standardpanels durch die Integration von Handbedientastern und Schaltern gestaltet die Maschinenbedienung komfortabler. Aufbauend auf der profunden Kenntnis der einzelnen Prozessschritte in der Kunststoffverarbeitung, entsteht − ohne großen Entwicklungs- und Kostenaufwand − aus einem Standard- ein branchenspezifisches Panel.

Für das breite Anwendungsspektrum von Spritzgießmaschinen hat Beckhoff mit dem XMold-Panel-PC eine schlüsselfertige Systemlösung entwickelt, welche die unterschiedlichsten Applikationen − von Standard- bis zu Spezialanforderungen − abdeckt. Sie umfasst einen Panel-PC CP6212-1001 mit 12-Zoll-Display im Portraitmodus, die Beckhoff I/O-Module, die Technologiesoftware für Spritzgießmaschinen sowie (optionale) Antriebskomponenten. Das XMold-Panel verfügt über eine für Spritzgießverfahren optimierte Tastenanordnung, die für die Mehrzahl der Anwendungen ausgelegt ist. Die Technologiesoftware beinhaltet Standardfunktionalitäten, wie z. B. umfangreiche Kernzugfunktionalitäten, sodass kundenseitig kein großer Programmieraufwand entsteht.

Sicheres und genaues Einlesen von Thermoelementen

Die Entwicklung der Feldbus Module der Serie FM33xx wurde speziell von den Anforderungen in der Spritzgießtechnik initiiert. Die 12- und 32-kanaligen Eingangsmodule erlauben das sichere und genaue Einlesen von Thermoelementen auf Spritzgießwerkzeuge oder an Plastifizierzylindern via Feldbus. Der Multithermoelement-Anschluss ist in einem kompakten, spritzwassergeschützten Gehäuse untergebracht. Die Schaltung der Feldbus Module kann Thermoelement-Sensoren in 2-Leitertechnik betreiben. Die Linearisierung über den gesamten Temperaturbereich und die Kaltstellenkompensation erfolgt im Modul. Der Temperaturbereich ist frei wählbar. Drahtbruch wird durch Error-LEDs signalisiert. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit besitzen die Thermoelement-Eingänge eine Absicherung gegen versehentlichen Anschluss der Leistungseinspeisung für die Heizelemente. Durch den Wegfall von Kompensationsleitungen sinken die Verkabelungskosten. Die Thermoelement-Feldbus-Module FM33xx-B110 mit EtherCAT-Schnittstelle werden über separate M8-Anschlüsse mit Spannung versorgt und sind sowohl auf der Spannungsversorgung als auch EtherCAT-seitig „Daisy-Chain“-fähig, d. h. mehrere Module können aufeinanderfolgend in einer Linientopologie verdrahtet werden. Die Feldbus Module FM33xx-B310 verfügen über ein PROFIBUS-DP-Interface mit einer Übertragungsrate von 12 MBaud. Der Datenaustausch erfolgt vorwiegend zyklisch, wobei azyklische Dienste („DP-V1“) für Parametrierung und Diagnose ebenfalls zur Verfügung stehen.

EtherCAT-I/O-Module integrieren Temperaturregelung, Energiemessung und Sicherheitstechnik in die Steuerungsplattform

1995 hat Beckhoff die Busklemme auf den Markt gebracht, die sich seitdem zu einem der wichtigsten Technologiestandards der Automatisierungstechnik entwickelt hat. Im Jahr 2003 folgte die Entwicklung des schnellen Kommunikationssystem EtherCAT. Von Beckhoff als offenes System auf den Markt gebracht, wurde es innerhalb weniger Jahre zu einem Weltstandard in der Automatisierung. Anwendern steht ein umfangreiches EtherCAT-I/O-Klemmenportfolio zur Verfügung, das sowohl hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit als auch seiner Varianz hervorragend geeignet ist, um jede Funktionalität in Kunststoffmaschinen und deren Peripherie zu automatisieren.

• EL3318 zur Temperaturerfassung
  Die EtherCAT-Klemme EL3318 eignet sich optimal zur Temperaturerfassung über Thermoelemente. Die 8-Kanal-Eingangsklemme mit integrierter Kaltstellenkompensation ist sehr kompakt im Aufbau und erfasst Temperaturen mit hoher Genauigkeit und hohem Störabstand.
• EL3403 und EL3446 zur Energiemessung
  Mit der 3-Phasen-Leistungsmessklemme EL3403 kann der Energieverbrauch einer Kunststoffmaschine gemessen und optimiert werden. In Verbindung mit dem TwinCAT Plastic Processing Framework dient die EL3403 zum kostengünstigen Condition Monitoring der Heizbänder durch sequenziell abwechselnde Testung im Betrieb. In traditionellen Steuerungsaufbauten kann die Leistungsmessklemme auch zur Strommessung genutzt werden. Für die einfache Überwachung der Heizbandfunktion steht die EL3446 zur Verfügung. In Kombination mit der Spannungsmessung in nur einer Leistungsmessklemme kann die Leistungsaufnahme einzelner Maschinenkomponenten durch eine Strommessung kostengünstig aufgezeichnet werden. Mit Einsatz der Beckhoff SCT-Stromwandler (SCT2xxx, SCT1xxxx) lässt sich die passende Kombination von Sensor- und Energieerfassungsklemme ohne Detailwissen zusammenstellen.
• EL3255 zur Positionserfassung
  Die EtherCAT-Klemme EL3255 erlaubt die potentiometrische Positionserfassung. Durch eine integrierte Spannungsversorgung liefert die Klemme exakte Ergebnisse (Spannungswerte) auch in Umgebungen mit hohen Störfeldern. Die EL3255 eignet sich insbesondere für Spritzgieß- und Blasformmaschinen mit hydraulischer Antriebstechnik.
• EL6224 IO-Link-Klemme
  IO-Link ist ein preisgünstiger Feldbus für das Einlesen von Sensoren mit geringen Echtzeitanforderungen. Eine bevorzugte Anwendung, beispielsweise in der Extrusion, ist das Einlesen von Massedruck und Massetemperatur über die EL6224
• TwinSAFE-Klemmen zur Integration der Sicherheitstechnik in die Steuerung
  Aufgrund ihrer Skalierbarkeit eignet sich die Beckhoff Safety-Lösung sowohl für ausgedehnte, komplexe Anlagen mit verteilten I/Os als auch für kleine Spritzgieß- und Blasformmaschinen. Hier reicht eine Safety-Logic um die komplette Sicherheitstechnik zu realisieren. Besonders geeignet für Spritzgießmaschinen mit hydraulischen und/oder elektrischen Antrieben ist die kompakte Safety-Steuerung EK1960. Sie erlaubt die direkte Ansteuerung digitaler Schaltventile mit 2 A Last, wie sie z. B. in Kernzügen zum Einsatz kommen.

Effizientes Energiemanagement

Der Energieverbrauch bei der Kunststoffverarbeitung variiert je nach Verfahren, ist aber grundsätzlich sehr hoch und stellt einen erheblichen Kostenfaktor dar. Energieeffizienz ist deshalb ein wesentlicher Baustein für nachhaltige Produktion. Beckhoff liefert die passende Technologie für die laufende Überwachung des Energieverbrauchs sowie für die detaillierte Verbrauchsanalyse von Neuentwicklungen.

Hierfür bietet Beckhoff leistungs- und kostenoptimierte Soft- und Hardwarekomponenten:

• Die Softwarebibliothek TwinCAT 3 Power Monitoring TF3650 ist eine SPS-Bibliothek zur Auswertung von Strom- und Spannungsrohdaten, die durch die EtherCAT-Klemmen bereitgestellt werden. Zur Berechnung von RMS-Werten für Strom, Spannung und Leistung stehen entsprechende Funktionsbausteine zur Verfügung.

Besonders geeignet für die Kunststoffindustrie sind die folgenden EtherCAT-Klemmmen:

• Die EtherCAT-Klemmen EL3443 und EL3453 ermöglichen die direkte Messung aller relevanten elektrischen Daten des Versorgungsnetzes im EtherCAT-I/O-System. Damit ist eine integrierte Beobachtung der Energieeffizienz einer Anlage einfach realisierbar.
• Die Netzmonitoring-Klemmen EL3773 und EL3783 sind für die detaillierte Zustandserfassung eines 3-phasigen Wechsel- oder Gleichspannungsnetzes konzipiert.

EtherCAT-Steckmodule: die perfekte I/O-Lösung für Serienanwendungen

Die EtherCAT-I/O-Steckmodule basieren elektronisch auf den bekannten EtherCAT-Klemmen und stellen auch deren große Signalvielfalt inklusive funktionaler Sicherheit (TwinSAFE) zur Verfügung. Ihre elektromechanische Konstruktion ermöglicht das direkte Stecken auf ein anwendungsspezifisches Signal-Distribution-Board. Dieses verteilt die Signale und die Spannungsversorgung über applikationsspezifische Steckverbinder an die Maschinenmodule per vorkonfektioniertem Kabel. Die Verwendung des Signal-Distribution-Boards hat den Vorteil, dass von der Leiterkartenfertigung über die Bestückung bis zur Inspektion alle Schritte automatisiert erfolgen. Auf der Leiterkarte können alle Anschlussarten kundenspezifisch platziert werden.

Für Spritzgießmaschinen sind die Steckmodule besonders geeignet, weil die I/O-Ebene im Kern immer identisch aufgebaut ist; eine optionale Erweiterung durch IP20-Klemmen ist zudem einfach machbar. Durch die Integration von Sicherheitstechnik und zusätzlicher Relais wird der Einbauraum minimiert was besonders interessant für Klein- und Mittelmaschinen ist.

Durchgängig EtherCAT bis in die IP67-Welt

Mit der EtherCAT Box kommt die EtherCAT-Technologie ohne Schaltschrank zum Einsatz. Die Module der IP67-Serie haben durchgängig ein direktes EtherCAT-Interface, d. h. die hohe Performance bleibt bis in jedes Modul erhalten. Dies eröffnet in der IP67-Welt eine schnelle Prozessdatenkommunikation mit XFC, hochgenaue Messtechnik und integrierte Antriebstechnikfunktionen direkt im Feld. Die robuste Bauweise der EtherCAT-Box-Module erlaubt ihren Einsatz direkt an der Maschine. Schaltschrank und Klemmenkasten werden hier nicht mehr benötigt.

Neben den robusten M12-Schraubverbindern werden für kostensensitive Anwendungen auch D-Sub-Steckverbinder angeboten, die für Handlinganwendungen perfekt geeignet sind.

• Mit der EtherCAT Box EP3744 lässt sich in Handlinganwendungen eine Pneumatik-Drucküberwachung für die Greiferelemente realisieren; gleichzeitig können sechs digitale Eingänge eingelesen werden.
• In der EP1816 wird die Erfassung von 16 digitalen Eingängen mit der Messung von Beschleunigungskräften in 3 Achsen kombiniert.
• Die EP3752 ermöglicht die Messung von Beschleunigungskräften ohne zusätzliche Eingänge. Die Messwerte der Beschleunigungssensoren können zur Erfassung der Massenkräfte, z. B. an Maschinenkörpern oder für innovative Regelungskonzepte mit Ruckkompensation an Handlinggeräten, genutzt werden.
• Für die Erfassung der Prozesstemperaturen direkt am Ort der Entstehung eignet sich die EtherCAT Box EP3314. Durch sie wird die Messgenauigkeit erhöht, und es werden Ausgleichsleitungen für die Thermoelemente eingespart.
• Besonders für die Temperaturerfassung an Spritzgießwerkzeugen oder an Düsen in Extrusionsanlagen eignen sich die Feldbus Module FM3312 oder FM3332 im robusten Metallgehäuse. In einem Industriesteckverbinder können bis zu 32 Temperaturkanäle erfasst werden. Die Betriebssicherheit wird zusätzlich durch einen Verpolungsschutz gegenüber Phasenspannung gewährleistet.
• Mit der EP3356 ist eine hochpräzise Auswertung von Wägezellen möglich, die bei Extruderanwendungen für Dosierung und Massedurchsatzmessung benötigt wird.

Elektrische Servoantriebstechnik ersetzt Hydraulik

Die TwinCAT-Technologiemodule für Kunststoffmaschinen unterstützen hydraulische Antriebstechnik sowie servoelektrische Antriebe und bieten alle Freiheitsgrade bei der Wahl der Antriebstechnologie. Die integrierte, schnelle Regelungstechnik der Servoverstärker-Baureihe AX5000 erlaubt die Realisierung schneller und hochdynamischer Bewegungsvorgänge. Das flexible Konzept mit 1- und 2-Kanal-Einheiten sowie die variable Motorleistungsaufteilung stellen eine kostenoptimierte Lösung insbesondere bei Handlingsystemen dar. Das umfangreiche Programm an Servomotoren ist optimal auf die AX5000-Servoverstärker zugeschnitten. Mit der One Cable Technology werden zudem Einbauraum und Inbetriebnahmekosten verringert. Durch die integrierte Sicherheitstechnik erfüllen die Verstärker die hohen sicherheitstechnischen Anforderungen von Kunststoffmaschinen und erleichtern die Konfiguration von Produktionszellen.

In Kombination mit den EtherCAT-Servoverstärkern ist PC-based Control ideal geeignet, um Hydraulikachsen durch elektrische Antriebskonzepte zu ersetzen und damit den Energieverbrauch von Maschinen zu senken. Bei energieeffizienten Maschinen wird unterschieden zwischen der vollelektrischen Maschine, bei der jede Achse mit Elektromotor und Spindel ausgerüstet ist, und der Servohydraulik, bei der die Hydraulikpumpe mit einem Servomotor betrieben wird. Für beide Antriebskonzepte sind Lösungen mit AX5000 und den TwinCAT-Technologiesoftware-Modulen vorhanden. So lässt sich z. B. die prozesskritische Werkzeugsicherung, bei der es auf den schnellen Stopp der Maschinenbewegung im Falle eines in der Form befindlichen Kunststoffteils ankommt, reaktionsschnell auslösen. Für die Neuentwicklung von Maschinen bietet Beckhoff auf Wunsch auch Unterstützung bei der Auslegung von Motoren und Getrieben an.

TwinCAT: die durchgängige Engineering- und Steuerungsplattform

TwinCAT integriert sämtliche Engineering- und Runtime-Prozesse auf einer zentralen Softwareplattform. Dies gilt für Programmierung, Konfiguration, Echtzeitumgebung und alle Runtime-Module. Durch die Programmierung in den gängigen IEC-SPS-Dialekten und der Integration von C/C++-Algorithmen kann der Maschinenbauer - abhängig von der Qualifikation der Programmierer, der Servicestrategie und des Know-how-Schutzes - die am besten geeignete Programmiermethode frei wählen. Mit der Integration von MATLAB^®/Simulink^® werden Reglerkonzepte modellbasiert entwickelt und leisten damit ihren Beitrag zur virtuellen Maschinenkonstruktion. Durch die Verwendung von Microsoft Visual Studio^® als einheitlicher Programmierer-Workbench werden unterschiedliche Versionsverwaltungssysteme unterstützt und das Arbeiten im Team vereinfacht. Für die Serienproduktion bietet TwinCAT mit dem Automation Interface offene Schnittstellen für die Integration kommerzieller IT-Systeme zur Maschinenprogrammgenerierung.

• Umfangreiche TwinCAT-Bibliotheken für Motion Control sparen Entwicklungszeit durch geprüfte und optimierte Algorithmen. Die Supplements TwinCAT NC PTP und TwinCAT NC I eignen sich hervorragend für Handlinganwendungen mit kartesischen Robotern. Für andere Roboterkinematiken, wie SCARA, Delta und Knickarm, stehen mit TwinCAT Kinematic Transformation Ready-to-run-Lösungen zur Verfügung.
• Inbetriebnahme- und Serviceprozesse werden mithilfe von TwinCAT Scope, einem vollständig in die TwinCAT-Systemarchitektur integrierten Software-Oszilloskop, beschleunigt und verbessert und tragen damit zur Erhöhung der Maschinenqualität bei.
• Mit Hilfe der softwarebasierten Sicherheitstechnik TwinSAFE wird die Verdrahtung komplexer Anlagen vereinfacht; Varianten können in Software abgebildet werden. Damit lassen sich zum Beispiel Produktionszellen modular entwickeln und in Betrieb setzen. Auch die Dokumentation wird vereinfacht und Anpassungen an zusätzliche Kundenanforderungen können schnell realisiert werden.
• Die integrierte, browserbasierte Visualisierungslösung TwinCAT HMI ermöglicht die komfortable Entwicklung und Pflege von Visualisierungsobjekten. Die Präsentation der Informationen erfolgt entweder an den Maschinen und Anlagen oder via Internet über Webbrowser.
• TwinCAT IoT liefert die Voraussetzung für die Datenaggregation in der Cloud oder lokal in der Fertigungsstätte selber. Dazu umfasst TwinCAT standardisierte Kommunikationsprotokolle für Cloud-Anwendungen.
• Mithilfe von TwinCAT Analytics können die gesammelten Daten spezifisch ausgewertet werden.
• Die TwinCAT-Schnittstellen zu Machine-Learning-Algorithmen erlauben die Nutzung von KI-Methoden im traditionellen Steuerungsumfeld.

Modulare Softwarelösung für die Kunststoffindustrie

Mit dem TwinCAT 3 Plastic Framework bieten wir eine modulare Softwarelösung für die Steuerung von Kunststoffmaschinen, die den Entwicklungsaufwand minimiert und dabei die Offenheit der Beckhoff Architektur beibehält. Das TwinCAT 3 Plastic Framework bündelt unsere langjährige Kunststoffexpertise und integriert wichtige branchenspezifische Funktionen nahtlos in die gewohnte TwinCAT-Engineering-Umgebung. Die Programmierung, Visualisierung und Steuerung von Kunststoffmaschinen kann somit auf einer einheitlichen Plattform realisiert werden.

Das TwinCAT 3 Plastic Framwork beinhaltet drei Softwarebibliotheken: TF8540 ermöglicht die umfassende softwareseitige Temperaturregelung in Kunstsoff-Verarbeitungsprozessen. Mit TF8560 steht ein Technologiepaket zur Verfügung, welches alle Bausteine zur Steuerung von Motion-Funktionen in Kunststoffmaschinen bereitstellt. TF8550 ist ein speziell für die Kunststoffindustrie entwickeltes HMI-Paket, welches die Visualisierung von typischen Prozessen mit minimalem Engineering-Aufwand ermöglicht und sich nahtlos in die weiteren Technologiepakete integriert. Bereits enthaltene, applikationsspezifische Templates und Sample Code für verschiedene Kunststoffanwendungen erleichtern die Projektierung und Programmierung und werden über die TwinCAT 3 Plastic Application kostenfrei zur Verfügung gestellt. Natürlich können auch bereits vorhandene Vorlagen genutzt und eigenes Prozess-Know-how integriert werden.

TwinCAT Hydraulic umfasst alle Softwarefunktionen für ventil- oder pumpengesteuerte Achsen

Die Softwarebibliothek TwinCAT Hydraulic Positioning (TF5810) stellt alle notwendigen Funktionen für ventil- oder pumpengesteuerte Achsen bzw. Servopumpen zur Verfügung. Sie ist prinzipiell herstellerunabhängig ausgelegt, sodass der Maschinenbauer den Hydraulikhersteller frei wählen kann. Durch die Integration der Bewegungssteuerung in die PLC werden separate Hardware-Controller überflüssig und zusätzlicher Kommunikationsaufwand entfällt. Zugleich bietet die softwarebasierte Architektur ein Maximum an Flexibilität zur optimalen Bewegungsführung der Maschine.

Die Hydraulic-Library verwendet genormte PLCopen-Interfaces und reduziert damit den Engineeringaufwand. Durch angepasste Sollwertgeneratoren, automatische Kennlinien-Identifikation, segmentierte Bewegungsabläufe und frei programmierbare Umschaltung zwischen Kraft-, Druck- und Positionsregelung kann jegliche Hydraulikachse optimal betrieben werden. Das Konzept der Hydraulic-Library erlaubt – bei passend ausgelegter CPU-Leistung – die Bewegungsführung einer beliebigen Achsanzahl. In Verbindung mit TwinCAT NC I oder TwinCAT CNC ist es möglich, hydraulische Achsen interpolierend zu betreiben. Hydraulische Antriebssysteme benötigen unterschiedliche Schnittstellen zu Sensoren und Hydraulikkomponenten. In Verbindung mit den Beckhoff I/O-Systemen hat TwinCAT Hydraulic Positioning sämtliche wichtigen Schnittstellen integriert. Für die Inbetriebnahme steht ein intuitiv zu bedienendes Inbetriebnahme-Tool bereit.

TwinCAT Motion Control: perfekt geeignet für hydraulische und elektrische Antriebstechnik

In Spritzgieß- und Blasformmaschinen kommt hydraulische, elektrische oder hybride Antriebstechnik zum Einsatz. Mit den TwinCAT-Technologiemodulen für Motion Control erhalten Sie Zugriff auf unser langjähriges Know-how auf allen Gebieten der Motion Control und können die unterschiedlichen Antriebsarten in einer Engineering-Umgebung entwickeln.

Mit TwinCAT NC lassen sich elektrische Antriebskonzepte für Kunststoffmaschinen realisieren. In Kombinationen mit den TwinCAT Application Plastic Components eignet sich die NC hervorragend für ablösende Regelkonzepte, wie Positions- und Druckregelung. Sollwertgeneratoren mit Ruckbegrenzung reduzieren die mechanische Anregung und erhöhen die Lebensdauer und Genauigkeit der Maschine. Kunststoffmaschinen nutzen häufig noch hydraulische Antriebskonzepte. Die Softwarebibliothek TwinCAT Hydraulic Positioning stellt alle dazu notwendigen Funktionen zur Verfügung. Es werden unterschiedliche Hydraulikkonzepte, wie ventil- oder pumpengesteuerte Achsen bzw. Servopumpen, unterstützt. Durch angepasste Sollwertgeneratoren, automatische Kennlinien-Identifikation, segmentierte Bewegungsabläufe und frei programmierbare Umschaltung zwischen Kraft-, Druck- und Positionsregelung kann jegliche Hydraulikachse optimal betrieben werden.

Eine Kombination aus elektrischer und hydraulischer Antriebstechnik, wie sie in Hybrid-Maschinen zum Einsatz kommt, wird mit TwinCAT in einer identischen Motion-Control-Umgebung entwickelt. Als branchenspezifische Erweiterung der Softwareplattform TwinCAT unterstützen die Plastic Application Components die weit verbreiteten Euromap-Schnittstellen zwischen Spritzgießmaschine und Roboter, entweder als Euromap 67 oder in Zukunft als Euromap 79 (OPC 40079).

OPC UA: die Plattform für alle zukünftigen Normen in der Kunststoff-Industrie - von Beckhoff maßgeblich voran getrieben

Beckhoff ist seit langen Jahren – als proprietäre Lösungen noch weit verbreitet waren – ein entschiedener Verfechter offener Standards. Hierzu gehört auch das große Engagement im Bereich der OPC-Standardisierung. Unsere Kunden profitieren daher von einer besonders umfangreichen Interoperabilität zwischen Beckhoff und Fremdprodukten.

Beckhoff ist eines der wenigen Unternehmen, das seine Produkte jährlich in den neuesten Versionen und mit den neuesten Funktionen auf reale Interoperabilität und Stabilität hin untersuchen lässt. Zurzeit werden in den unterschiedlichen Domänen des Maschinenbaus Companion Specifications definiert. In der Kunststofftechnik wird dies durch die Euromap Organisation vorangetrieben. Beckhoff arbeitet aktiv an den Companion Specifications für die Kunststoffindustrie mit und kann deshalb zeitnah neue Spezifikationen in seine Produkte integrieren. Innerhalb von TwinCAT ist eine OPC-UA-Schnittstelle optional verfügbar (TF6100), die den entsprechenden Companion Specifications der Euromap genügt.

Für die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation wurde die Euromap 82 (OPC 40082) implementiert; für die Verbindung zu Leitrechnern oder in die Cloud steht die Euromap 77 (OPC 40077) zur Verfügung. Neben den OPC-UA-basierten Euromap-Schnittstellen empfiehlt Beckhoff bei zeitkritischen Prozessen, wie z. B. bei der Robotersynchronisation im Hochleistungsspritzguss, unbedingt den Einsatz von EtherCAT als deterministischem Feldbus.