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Kurze Durchlaufzeit im Maschinenbau

Seidenader_C inspection machine #2

Durch eine konsequente Modularisierung des Maschinenaufbaus sowie der Automatisierungsarchitektur ist es Seidenader gelungen, den Programmieraufwand in der Bau- und Inbetriebnahmephase der neuen Inspektionsmaschinenbaureihe CS praktisch auf Null zu reduzieren. Die Anwender aus der Pharmaindustrie profitieren von einer erhöhten Verfügbarkeit, einem verringerten Qualifizierungs- und Wartungsaufwand und einem Plus an Flexibilität beim Einsatz der Maschinen. Die Basis für diesen Fortschritt bildet die durchgängige Automatisierungslösung von B&R, die modulare Maschinenkonzepte optimal unterstützt.

„Bis in die jüngste Vergangenheit fiel bei uns, wie auch bei vielen anderen Maschinenbauern, beim Bau und bei der Inbetriebnahme jeder Inspektionsmaschine erheblicher Programmieraufwand an“, sagt Herbert Grindinger, Abteilungsleiter SPS Programmierung bei der Seidenader Maschinenbau GmbH. „Beginnend mit unserer neuesten Baureihe CS ist damit endgültig Schluss.“ Für das Unternehmen bedeutet das zukünftig wesentlich kürzere Durchlaufzeiten in der Produktion sowie bei der Inbetriebnahme und Wartung der Inspektionsmaschinen für flüssige und gefriergetrocknete Parenteralia, das heißt von Injektions- und Infusionsflüssigkeiten für die medizinische Verabreichung. Die Programmierer können sich somit auf ihre Kernaufgabe, die Weiterentwicklung der Maschinen, konzentrieren.

Grundstein für diesen Erfolg ist die Umstellung auf die durchgängige Automatisierungslösung von B&R. Seidenader arbeitet seitdem mit einem Softwareprojekt, das die neue Inspektionsmaschine einschließlich aller Optionsvarianten abdeckt. „Das heißt für uns, dass wir nur noch parametrieren und nicht mehr programmieren müssen, um die individuelle Steuerungssoftware für eine Maschine zu erstellen. Und das Beste daran: Bei B&R schließt das auch die Sicherheitstechnik mit ein“, erklärt der Steuerungsexperte von Seidenader. Aufgrund dieser Modularisierung und Standardisierung kann Seidenader zukünftig Maschinenmodule auch auf Lager produzieren und testen.

Höheres Niveau der funktionalen Sicherheit

Doch auch der Maschinenbetreiber profitiert von diesem Maschinenkonzept: Da die Software vorab an einer vollausgestatteten Maschine auf Herz und Nieren getestet wird und während des Baus oder der Inbetriebnahme der Maschine unverändert bleibt, wird ein höheres Niveau der funktionalen Sicherheit erreicht. Zudem lassen sich die Maschinen dank der Standardisierung schneller und einfacher im Nachhinein um- oder aufrüsten.

„Bei sich ändernden Anforderungen kann das Ein- und Auslaufmodul zum Beispiel bei Bedarf problemlos getauscht werden, weil nur noch die jeweiligen Softwaremodule aktiviert oder deaktiviert werden müssen“, sagt Grindinger. „Der Rest der Software bleibt unangetastet. Das erleichtert den Anwendern die Qualifikation der Anlagen erheblich.“ Zusätzliche Unterstützung erhält der Maschinenbetreiber dabei von der verwendeten durchgängigen Automatisierungslösung von B&R. Sie erlaubt es, eine vollständige Betriebsmittelliste auszulesen, die im Rahmen der Qualifizierung nur noch abgehakt werden muss.

Bei der Programmierung der Steuerungssoftware hat das Team um Grindinger auf die Engineering-Umgebung von B&R zurückgegriffen, wie Michael Grampp, PLC-Programmierer bei Seidenader, berichtet: „Wir schätzen an Automation Studio sehr, dass es dem Anwender keine Beschränkungen bei der Wahl der Programmiersprache auferlegt. Wir haben uns für strukturierten Text entschieden, für den B&R sehr umfangreiche und mächtige Bibliotheken bereitstellt. Zudem werden Pointer unterstützt, die uns die Modularisierung und Bewältigung der anfallenden großen Datenmengen vereinfachen.“

Seidenader_CS inspection machine
Im Rahmen der Entwicklung der Inspektionsmaschinenbaureihe CS hat die Seidenader Maschinenbau GmbH auf Basis der durchgängigen Automatisierungslösung von B&R ein neues Konzept für mehr Flexibilität bei der Individualisierung der Maschinen realisiert. (Quelle: Seidenader Maschinenbau GmbH)

Transparent und bedienerfreundlich durch PackML

Zusätzliche Transparenz liefert das von B&R unterstützte PackML-Modell: „Das PackML-Modell dient uns als interner Standard, an den sich alle zu halten haben. Es wird daher nicht nur auf der obersten Ebene umgesetzt und dort visualisiert. Wir haben es bis zu den einzelnen Maschinenmodulen heruntergebrochen, wodurch die Software verständlicher ist, sich besser diagnostizieren und einfacher bedienen lässt. Darüber hinaus lassen sich damit Linien oder übergeordnete Systeme mit verringertem Aufwand einbinden.“

Ein weiterer absoluter Pluspunkt der Engineering-Umgebung ist, dass sich bei B&R Ablauf- und Bewegungssteuerung problemlos auf einer Hardwareplattform vereinen lassen: „Dass wir nun nicht mehr zwei, sondern nur noch eine Steuerungsplattform benötigen, bedeutet für uns eine spürbare Vereinfachung der Programmierung“, sagt SPS Abteilungsleiter Grindinger.

Ein leistungsfähiger Industrierechner aus der B&R-Serie Automation PC 910 dient der CS als Steuerungsplattform. Er ist im Hauptschaltschrank am zentralen Maschinenmodul untergebracht, in dem auch bis zu fünf Bildverarbeitungsrechner montiert sind. Sie sorgen dafür, dass die CS eine große Bandbreite an unerwünschten Partikeln im Produkt und optisch erkennbare Defekte der Behälter feststellt. Die Maschine eignet sich dabei für Ampullen, Cartridges und Vials bis 100 ml und deckt damit einen großen Produkt- und Formatbereich ab. Zusätzlich zur optischen Inspektion lassen sich Headspace-Gas-Analyse (HSA), Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR) und polarimetrische Inspektion (GSI) sowie eine Dichtigkeitsprüfung mittels Hochspannung (HVLD) integrieren.

Seidenader_HMI application
Das PackML-Modell dient bei Seidenader als interner Softwarestandard bis hinunter zur Modulebene, an den sich alle Programmierer zu halten haben. Die Software ist dadurch verständlicher, lässt sich besser diagnostizieren und ist einfacher zu bedienen. (Quelle: Seidenader Maschinenbau GmbH)

Mehr Flexibilität beim Triggern durch Software-CAM-Switch

„Bei der Inspektion mit Kameras ist deren Triggerung ein entscheidender Aspekt, da sie maßgeblich die Qualität der Inspektion beeinflusst“, sagt Grindinger. In der Vergangenheit musste das Unternehmen dafür ein separates elektronisches Nockenschaltwerk verwenden, das nur eine positionsgesteuerte Triggerung erlaubte. Zudem musste für jedes gewünschte Profil ein eigenes Rezept vorab angelegt oder die Software des Nockenschaltwerks im Nachhinein geändert, erneut getestet und qualifiziert werden.

„B&R hat uns auch dafür eine bessere Lösung geboten“, sagt der Leiter der Programmierabteilung. „Das X20DS4389-Modul aus dem X20-System hält ein Modul mit digitalen Ausgängen bereit, das unterstützt durch die Bibliothek AsMcDcs, eine zeitstempelgesteuerte Triggerung erlaubt. In Verbindung mit einem positionsgesteuerten Trigger ist es damit möglich, unabhängig von der Geschwindigkeit des Inspektionssterns – der die Prüflinge an den Kameras vorbeiführt und dabei jeden Behälter mit Hilfe von kleinen Servomotoren dreht – sicherzustellen, dass das Zeitfenster für die Inspektion gleich bleibt und damit optimale Prüfergebnisse erreicht werden.“ Dadurch konnte nicht nur das separate Nockenschaltwerk bei der CS komplett entfallen, sondern auch verschiedene Geschwindigkeiten mit der gleichen Software nur über eine Abänderung der Parameterwerte des Rezepts abgedeckt werden – ohne dass eine Neuqualifizierung erforderlich wäre.

Die Einstellung der Parameterwerte erfolgt wie die gesamte Bedienung der Anlage – einschließlich aller optionalen Maschinenmodule – über einen kundenspezifischen Panel-PC 820 mit einem 18,5-Zoll-Display im 16:9-Format, der mit dem Steuerungsrechner 910 über Ethernet kommuniziert.

Elektrische Modul-Standardschnittstelle

Für die Vernetzung der maximal 20 ACOPOS-Antriebe der neuen Inspektionsmaschine haben sich die Verantwortlichen von Seidenader für POWERLINK entschieden. Zwischen den Maschinenmodulen erfolgt die elektrische Kontaktierung über ein standardisiertes Hybridkabel, das die Stromversorgung der dezentralen Antriebe aus der ACOPOSremote-Familie, zwei Leitungen für das STO-Signal und POWERLINK in einem Kabel zusammenführt. Dazu passende dezentrale Anschlussboxen erlauben eine Linien- und Sternverdrahtung. „Das Hybridkabel ermöglicht es uns, die Modularisierung auf ein neues Niveau zu heben, da damit sämtliche Sensoren und Aktoren des Moduls über das Hybridkabel versorgt werden können. Der Aufwand bei Montage, Inbetriebnahme und Wartung der Module fällt damit wesentlich geringer aus“, fasst Grindinger die Vorteile des Hybridkabels zusammen.

Seidenader_ACOPOSremote
Durch die direkte Integration von Antrieben aus dem dezentralen Antriebssystem ACOPOSremote von B&R benötigt die Inspektionsmaschine CS nur eine standardisierte elektrische Schnittstelle zur Anbindung der verschiedenen Maschinenmodule. (Quelle: Franz Roßmann)

Integrierte Diagnosefunktionen für Wartungspersonal

Der Aufwand für Inbetriebnahme und Wartung ist bei der durchgängigen B&R-Automatisierungslösung ohnehin minimal, wie Grampp bestätigt: „Da alle angeschlossenen Automatisierungskomponenten von der Steuerung zentral mit ihrer Software versorgt werden, ist die Montage oder der Tausch eines Antriebs ein Kinderspiel. Programmiergeräte oder eine Vorinstallation von Software werden bei B&R nicht benötigt.“ Auch für eine Diagnose des Automatisierungssystems sind weder separate Geräte noch zusätzliche Software erforderlich, da aus der Visualisierungsanwendung direkt auf die von B&R bereitgestellten Diagnosefunktionen, wie den System Diagnostics Manager (SDM), zugegriffen werden kann. Alle anderen benötigten Analysewerkzeuge wurden direkt von Seidenader in die Visualisierung integriert.

Doch das System ist damit immer noch nicht ausgereizt, wie Grindinger sagt: „Die neue Baureihe CS verfügt auch dank der Automatisierungstechnik von B&R über so viel Potenzial. Ich gehe davon aus, dass wir den spezifizierten Durchsatz von 400 Produkten pro Stunde in naher Zukunft weiter anheben können. Zudem haben wir die Maschinen und die Automatisierungsarchitektur von Anfang an so konzipiert, dass wir sie über das komplette Produktspektrum bis zur leistungsstärksten Inspektionsmaschine ausdehnen können. B&R ist dafür der richtige Partner.“

POWERLINK

Die dezentralen Antriebskomponenten der ReiheACOPOSremote sind in Schutzart IP65 ausgeführt und lassen sich somit direkt an der Maschine ohne zusätzlichen Schaltschrank montieren. Die Leistungsversorgung kann zentral über ein standardisiertes Hybridkabel erfolgen, das neben der 24-V-Versorgung noch zusätzlich POWERLINK und STO-Signale in einem Kabel vereint. Die Seidenader Maschinenbau GmbH nutzt diese Technik bei der neuen Inspektionsbaureihe CS als Standard für die elektrische Schnittstelle von Maschinenmodulen, um die Modularisierung auf ein neues Niveau zu heben.

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