Hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten bei hoher Präzision sind die klassischen Merkmale in der Verpackungsindustrie. Sowohl die Mechanik als auch die Steuerung sind demzufolge stark gefordert und müssen hohe Ansprüche erfüllen. Der Verschließvorgang einer Kosmetikdose oder eines Behälters für Pharmaprodukte gehört zu den Disziplinen, bei denen besonders die Antriebe bezüglich Dynamik und Präzision gefordert sind.
Hoch gesteckte Anforderungen
Dabei werden höchste Ansprüche an das Steuerungs- und Antriebssystem sowie an die Software gestellt. Zum Bespiel soll das Schraubprogramm schneller als 1 ms auf die Drehmoment- oder Drehzahlschwellwerte reagieren. In der Software sollen die aktuellen Strom- und Drehzahlwerte ermittelt werden können. Die Positionierzeit für den Antrieb darf maximal 40 Millisekunden betragen, der gesamte Verschraubvorgang 400 Millisekunden. Oft sollen mehrere verschiedene Schraubmodi realisierbar sein, wie z. B.:
- Verschrauben auf Drehmoment mit vorheriger Überwindung eines Drehmomentschwellwertes, der höher als das Endverschließdrehmoment ist.
- Verschrauben auf Drehmoment mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten. Zuerst eine Linksbewegung ausführen, dann Verschrauben auf Drehmoment.
- Verschrauben auf Drehmoment mit definiertem Grundwinkel. Der Schraubkopf muss bei Übernahme des Schraubverschlusses auf den Grundwinkel positioniert sein. Anschließend wird der Schraubkopf auf einen definierten Winkel positioniert, bevor der eigentliche Verschraubprozess beginnt.
- Positionierte Übernahme des Schraubverschlusses, dann eine Linksbewegung ausführen. Anschließend Verschrauben auf einen vorgegebenen Winkel.
Oft wird vom System auch eine Anbindung an ein übergeordnetes System zum Datenaustausch, wie z. B. Verschraubparameter und Verschraubergebnis, gefordert.
Vollständiger Zugriff über die Programmiersprache
Es existieren diverse Lösungen auf dem Markt, wie die Verbindung zwischen Antriebsregler und Steuerung hergestellt werden kann. Insbesondere bei der Softwareintegration mangelt es bei diesen Ansätzen jedoch vielfach, da bei den klassischen SPS-Sprachen die Integration von Antrieben ursprünglich nicht vorgesehen war. Die Hochsprache JetSym STX hingegen verfügt über eine Reihe von verständlichen Motion-Befehlen, die den Programmierer in seiner Anwendung unterstützen. Sie reichen von der Initialisierung der Achse über einfache Punkt-zu-Punkt-Positionierung bis hin zu komplexen Interpolationen und 3D-Bewegungsprofilen. Die Sprache wurde von Beginn an für die Integration und die Programmierung der Antriebe designed. Klassische Steuerungsfunktionen, Arithmetik und Datenhandling sind zusammen mit den Funktionalitäten für die Servoantriebe ebenfalls in die Programmiersprache integriert .
Für einen Verschraub-Prozess ist die Funktion „Drehmomentabschaltung" bestens geeignet. Mit wenigen Befehlen kann der Programmierer die zur Verschraubfunktion notwendigen Variablen vorgeben, die Funktion starten und direkt von der Software JetSym STX in Echtzeit die relevanten Daten abfragen. Diese Technologiefunktion ist in den JetMove Servoreglern integriert und deshalb von der Geschwindigkeit der Anwendersoftware unabhängig. Die Regelparameter für den Geschwindigkeits- und Lageregler der Servoantriebe werden im Anwenderprogramm über eine Massenträgheitsermittlung berechnet und abgestimmt.
Integrierte Tools für Setup und Diagnose
Ein äußerst hilfreiches Feature der JetSym Entwicklungsumgebung ist das integrierte Oszilloskop-Tool. Achsparameter wie Istgeschwindigkeit, Istposition, Schleppfehler, Stromaufnahme bzw. aktuelles Drehmoment usw. können auf dem PC aufgezeichnet und ausgewertet werden und auch an die übergeordnete Steuerung übermittelt werden. Für den Inbetriebnahme-Techniker ist dies eine echte Arbeitserleichterung und für die Qualitätssicherung ist es von großem Nutzen, da alle Verschraubvorgänge mit Echtzeit-Drehmomentdaten dokumentiert werden können.
Zusammenfassend zeichnet sich die Programmierumgebung JetSym wie folgt aus:
- Ablauforientierte Hochsprache für die direkte Prozessbeschreibung
- Multitasking (bis zu 100 unabhängige Parallelabläufe)
- Erweiterung der IEC 61131-3 Norm (ST) mit leistungsstarken Befehlen (STX)
- Technologiefunktionen für Motion
- Objektorientierte Programmierung möglich
- Hilfreiche Debugging- und Diagnosetools, wie Setupmodus, Oszilloskop, Breakpoints
Die beschriebene Anwendung aus der Verpackungsindustrie veranschaulicht die Eigenschaften von JetWeb. Wenn die Disziplinen klassische SPS-Funktionalitäten, hochdynamische Antriebsfunktionen und Vernetzungstechnik in einer Applikation vereint sind, beweist die JetWeb Technologie gepaart mit der Entwicklungsumgebung JetSym ihre Stärken. Die seit Jahren konsequente Integration aller Steuerungsfunktionalitäten in einem Softwaretool machen das Leben für den Programmierer, Inbetriebnahmetechniker und den Anwender wesentlich leichter. Und dies ist nach wie vor das erklärte Ziel von Jetter.
Die Jetter AG: Seit 30 Jahren ist die Jetter AG im Bereich der Automatisierungstechnik tätig. Ihre Steuerungslösungen kommen im Maschinen- und Anlagenbau und der mobilen Automation (Arbeitsmaschinen und Nutzfahrzeuge) zum Einsatz.
Der Autor: Andreas Leu ist in der Schweiz wohnhaft und arbeitet seit 20 Jahren bei der Jetter AG. Er sammelte zu Beginn als Applikation-Ingenieur erste Erfahrungen in der Automation und war danach im Vertrieb und als Niederlassungsleiter der Jetter (Schweiz) AG tätig. Sein jetziges Aufgabengebiet umfasst die Öffentlichkeitsarbeit, das technische Marketing, und das Unterrichten von Programmier-Seminaren.