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Modularküche für mehr Effizienz im Engineering

GEA_PowerPak NT
Die von GEA hergestellte Form-, Füll- und Verschlussmaschine GEA PowerPak NT zeichnet sich durch hohe Produktivität sowie Investitions- und Prozesssicherheit aus. Durch die B&R-Technik lässt sie sich problemlos in Linien integrieren. (Quelle: GEA Food Solutions)

Viele Maschinenbauer hegen seit langem einen Wunsch: Sie wollen flexibel auf neue Anforderungen reagieren können. Gleichzeitig wollen sie über mehrere Maschinenserien hinweg ein Softwareprojekt und eine durchgängige Hardware nutzen. Nicht so GEA Food Solutions. Bereits vor über zehn Jahren hat das Unternehmen diesen Traum auf Grundlage der Automatisierungslösungen von B&R Realität werden lassen. Der Hersteller von Prozesstechnik für die Lebensmittelverarbeitung realisiert seitdem besonders effiziente Maschinen und komplette Linien schnell und mit minimalem Engineering-Aufwand.

„Gerade bei der Verknüpfung von Einzelmaschinen zu Anlagen lassen sich aufgrund der von uns eingesetzten B&R-Technik vielfach immer noch deutliche Einsparungen erzielen“, sagt Stefan Krakow, Leiter Produktmanagement & Verkaufsunterstützung bei der GEA Food Solutions Germany GmbH. Das Unternehmen entwickelt und produziert unter anderem Thermoformer für die Lebensmittel- und Medizingüterindustrie. „So konnten wir jüngst in enger Zusammenarbeit mit einem bekannten holländischen Hersteller von Schnittkäse Einsparungen im sechsstelligen Eurobereich erzielen.“

Präzise Analyse der Zeitabläufe auf Basis umfangreicher SPS-Daten

Vorangegangen war dem eine genau Analyse der zeitlichen Abläufe in der Produktionslinie, die Käse aufschneidet und verpackt. „Hier ging es darum, wenige Zehntelsekunden einzusparen, um in Kombination mit einigen kleinen mechanischen Änderungen die gewünschte Leistungssteigerung zu erreichen“, erklärt Rolf Rein, der am GEA-Standort Biedenkopf die Software- und Elektroteams leitet und schon bei der Umstellung von GEA (damals CFS) auf B&R-Steuerungstechnik dabei war. „Mit bloßem Auge lässt sich so etwas nicht erkennen. Die Datenerfassung muss daher direkt in der Maschine mit der entsprechenden zeitlichen Auflösung erfolgen. Dies ist bei den B&R-Steuerungen der Fall. Sie sind in der Lage, die zahlreichen Prozessdaten im Millisekundentakt und mit hoher Geschwindigkeit bereitzustellen und verfügen über ein entsprechendes internes Datenhandling.“

Die Analyse auf Basis der gesammelten Daten ergab, dass eine Maschine in der Käseproduktionslinie erst auf das ‚Fertig‘-Signal der vorhergehenden Maschine in der Linie abwartet, bevor sie startet. Dabei kam es zu einer unnötigen Verzögerung um einige Zehntelsekunden. Die Lösung: Ein zeitlich vorgezogenes Signal sorgt nun dafür, dass die Prozesse nahtlos ohne Verzögerung ineinander greifen. Diese Optimierung erscheint marginal, bedeutet für den Käsehersteller aber eine Steigerung der Ausbringleistung um vier Prozent, was pro Jahr mehrere hunderttausend Euro einspart.

Automation Studio_Logo
Mit Hilfe von Automation Studio hat GEA Food Solutions eine maschinenübergreifende Softwarebasis geschaffen, die nur noch je nach der kundenspezifischen Maschinenkonstellation konfiguriert wird. Aufwändige Softwareanpassungen in der Serienproduktion gehören seit dem für das Unternehmen der Vergangenheit an. Die Engineering-Umgebung von B&R unterstützt GEA darüber hinaus mit offenen Standards und umfassenden Softwarebibliotheken optimal bei der Vernetzung der Maschinen aus eigener und fremder Produktion.

Dynamische Fahrweise der Maschinen

Doch die Maschinen von GEA Food Solutions können mithilfe der durchgängigen Automatisierungslösung von B&R noch mehr. Aufgrund der engen und intelligenten Verknüpfung der Maschinen sind sogar im laufenden Betrieb dynamische Optimierungen, zum Beispiel auf Basis umschaltbarer Kurvenscheiben, möglich. Entstehen etwa beim Aufschneiden des Käses durch den Wechsel der Käsestange Produktionslücken, die nicht durch einen Puffer ausgeglichen werden können, passt sich die Geschwindigkeit der Verpackungsmaschine rechtzeitig an. Dadurch werden Leerverpackungen vermieden, die im Extremfall zu einem Stillstand der ganzen Linie führen können.

Durch eine durchgängige Visualisierung der B&R-Technik müssen sich Anlagenbediener nicht mit verschiedenen Bedienphilosophien auseinandersetzen und können schneller auf Fehler reagieren. Zudem wird das Personal entlastet, da alle GEA-Maschinen in einer Linie von jeder GEA-Maschine überwacht und bedient werden können.

Damit Kunden die Produktivität ihrer Anlagen selbst jederzeit objektiv beurteilen und auf einem hohen Niveau halten können, bietet GEA auf Basis der Steuerungsdaten zusätzlich diverse Tools, wie den GEA CostFox, an. Mit dieser Software führt der Bediener vor Ort eine Leistungsanalyse in Echtzeit durch und ruft qualitätsbestimmende Daten ab. Das ist möglich, da GEA von den Antrieben über die I/Os bis hin zur Steuerung und Visualisierung auf B&R-Technik vertraut und damit Systembrüche vermieden werden, die die Kommunikation sonst oft erschweren oder verhindern.

Benötigt der Anwender dennoch einmal Hilfe, bietet die Fernwartungsmöglichkeit der B&R-Steuerungen auch hier die passende Lösung, wie Rein unterstreicht. „Die Fernverbindung zur Maschine funktioniert in der Praxis einwandfrei und erlaubt unseren Mitarbeitern – unterstützt durch die umfangreichen Diagnosemöglichkeiten der B&R-Steuerung – von den Firmenstandorten aus eine detaillierte Analyse der Anlage bis hinunter zu den Antrieben und I/Os.“

Einfach zu bedienende Entwicklungs- und Anwendersoftware

Doch muss die Hilfe nicht oft in Anspruch genommen werden. Dafür sorgen die hohe Zuverlässigkeit der Hardware und eine leicht zu bedienende Software. „Eine weitgehend intuitive Bedienung ist nicht nur bei der Mensch-Maschine-Schnittstelle wichtig, sondern auch bei der Engineering-Umgebung“, betont Rein. „Schließlich nutzen wir sie nicht nur für die Planung und Implementierung der Automatisierungsarchitektur, sondern auch für die Inbetriebnahme und Wartung der Maschinen und Anlagen vor Ort. Anwender mit sehr unterschiedlichem Hintergrund müssen also zurechtkommen.“

Deshalb ist es aus Sicht des Software- und Steuerungsexperten von Vorteil, dass B&R bei der Gestaltung der Engineering-Umgebung Automation Studio großes Augenmerk auf die Ergonomie der Software gelegt hat. Als wesentlichen Pluspunkt nennt Rein hier den hohen Integrationsgrad: „Es reduziert den Engineering-Aufwand merklich; die gesamte Software – einschließlich Motion Control – und Visualisierung kann in einer Umgebung erstellt werden und ist damit einfacher zu erzeugen und zu verstehen.“ Als besonders nützlich hat es sich in der Praxis erwiesen, dass sich die Steuerungssoftware so modularisieren lässt, dass sie die Struktur der Maschinenmodule wiedergibt. „Davon profitiert auch das Inbetriebnahmepersonal, das sich so in einem komplexen System wie einem Thermoformer schnell zurechtfindet“, sagt Rein. „Die einzelnen Module sind zudem so gekapselt, dass Änderungen am Code eines Moduls durch klare Softwareschnittstellen keinen Einfluss auf andere Module haben, so dass Anpassungen kein größeres Problem darstellen.“

GEA_Automation PC 910
Ein Industrierechner aus der Serie Automation PC 910 von B&R bietet genügend Rechenleistung, um die komplette Software für die Ablauf- und Motion-Control-Steuerung sowie die Visualisierung auf einem Gerät zu integrieren. (Quelle: GEA Food Solutions)

Eine Softwarebasis für alle Maschinen

Der eigentliche Clou an der GEA-Lösung ist jedoch, dass allen Thermoformern des Unternehmens sowie allen Maschinenoptionen nur eine Softwarebasis zu Grunde liegt. Diese wird für jede neue Maschine nur noch entsprechend der kundenspezifischen Maschinenkonstellation konfiguriert. Aufwändige Softwareanpassungen in der Serienproduktion gehören bei GEA Food Solutions schon lange der Vergangenheit an. Dies hat wesentlich dazu beigetragen, dass GEA die Engineering-Kosten fest im Griff hat. „Das ist für uns besonders wichtig, da wir uns mit den Thermoformern in einem sehr preissensitiven und von einem starken Wettbewerb geprägten Marktumfeld bewegen“, sagt Krakow.

Und auch der Kunde profitiert erheblich von der in enger Zusammenarbeit mit B&R-Experten entwickelten Softwarearchitektur und der B&R-Hardware, wie Rein klarstellt: „Die kompletten Daten der Anwendung werden auf einer handelsüblichen CF-Karte abgelegt. Bei der Inbetriebnahme und im Wartungsfall müssen die Komponenten einschließlich der Steuerung nicht einzeln mit der Software bespielt werden, da diese alle Daten zentral von der CF-Karte erhalten. Ein Komponentenwechsel geht deshalb schnell von der Hand und erfordert keine Experten.“ Durch die Offenheit der Hard- und Software von B&R lassen sich zudem auch Fremdsysteme mit geringem Aufwand einbinden, sagt Rein: „Die offenen Standards bei Hard- und Software sowie eine reichhaltige Softwarebibliothek der B&R-Lösung unterstützen die Vernetzung von Maschinen unterschiedlicher Hersteller optimal.“

  • GEA_HMI application #1
     
    GEA_HMI application #2
     
    GEA_HMI application #3
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    GEA Food Solutions erstellte mit Automation Studio eine durchgängige und maschinenunabhängige Visualisierungssoftware. (Quelle: GEA Food Solutions)

Simulation beschleunigt das Engineering

Die Offenheit bringt für GEA auch an anderer Stelle klare Vorteile: Aufgrund der integrierten Schnittstellen zu Matlab oder Simulink lassen sich komplexe Bewegungsalgorithmen entwerfen und simulieren. Das Unternehmen wird zukünftig aber nicht nur diese effiziente Engineering-Methode verstärkt einsetzen. „In Zukunft werden wir auch die Schnittstellen von Automation Studio zu E-Plan nutzen, um Übertragungsfehler und doppelte Eingaben in zwei Entwicklungssysteme zu vermeiden“, kündigt der Software- und Steuerungsfachmann von GEA an.

Stefan Krakow, Leiter Produktmanagement & Verkaufsunterstützung bei der GEA Food Solutions Germany GmbH

„Gerade bei der Verknüpfung von Einzelmaschinen zu Anlagen lassen sich aufgrund der von uns eingesetzten B&R-Technik in vielen Fällen immer noch deutliche Einsparungen erzielen.“

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