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Bedienbarkeit von Automatisierungstechnik Laserschneiden wie mit einem Lichtschwert

04.07.2017

Eine Laserschneidemaschine mit zwei simultan arbeitenden Laserrobotern schneidet Kunststoff oder Metall. Sie wird weltweit in Fertigungslinien eingesetzt, vor allem in der Automobilindustrie. Ihre Bedienbarkeit soll einfach, aber auch sicher sein.

Lasermaschinen arbeiten berührungslos mit einem exakt definierten Energieeintrag. Werkstück und Werkzeug werden dadurch nicht zusätzlich mechanisch beansprucht, Nachbearbeitungen können minimiert, Verformungen des Materials nahezu ausgeschlossen werden und Werkzeugrüstzeiten entfallen. Die eingesetzten Laserroboter schneiden schnell und präzise. Sie erreichen eine Wiederholgenauigkeit von ±50 μm. Wegen des Lasers und der Spiegelsysteme im Inneren des Roboters sind die Verkabelung und die Leitungen für Kühlwasser und Druckluft nach außen geführt. Der Laserroboter ist eine Sonderentwicklung der Firma Stäubli und Jenoptik.

Modularer Maschinenaufbau


Die kleinste Einheit einer Laserschneidemaschine ist eine durch ein Rolltor abgesicherte Zelle mit einem Schneidroboter, dem zugehörigen Laser und Schaltschrank. Die Maschine kann um einen Rundtisch zur Bestückung von außerhalb der Zelle, einen Fahrtisch zur Erweiterung des Bearbeitungsbereichs und um zusätzliche Schneidroboter erweitert werden. Immer ist jedem Roboter ein eigener Schaltschrank mit dem Distributed Controller Simatic ET 200SP CPU zugeordnet. Dieser Controller ist mit seinem kompakten Aufbau für Serienmaschinen geeignet. Bei Maschinen mit einem einzigen Roboter übernimmt die fehlersichere Variante des Distributed Controllers auch das fehlersichere Verfahren des Rolltors und die Freigabe der Roboterachsen und des Lasers. Ein Simatic Comfort Panel in der Schaltschranktür erlaubt das Bedienen und Beobachten vor Ort. Darauf lassen sich auch Betriebs- und Serviceanleitungen in Form von Dokumenten oder Filmen abspeichern. Über die Direkttasten eines zusätzlichen Key Panels Simatic KP 8 können Betriebsarten gewählt und unterschiedliche Maschinenzustände zur Anzeige gebracht werden. „Die taktilen Tasten sind gut zu bedienen, Farbumschläge sind weithin sichtbar, deshalb haben wir diese Geräte an nahezu jeder Maschine im Einsatz – sowohl in der Standardversion als auch mit fehlersicheren Notaustastern“, so Pierre Geipel, zuständig für Anlagenentwicklung und Produktentwicklung.

Maschinenbedienung per PC

Eine soeben fertiggestellte Laserschneidemaschine für das Kunststoffschneiden, die Stoßstangen mit Öffnungen für Parksensoren, Auspuff und Nummernschildbefestigung versieht, ist mit zwei gleichzeitig arbeitenden Schneidrobotern ausgerüstet. Hier übernimmt ein Advanced Controller, die fehlersichere Simatic S7-1500F, zentral die Sicherheitsfunktionen für das Rolltor, die Bodenkontrolle und die Freigabe der Verfahrachsen beider Roboter und Laser. Eine Reihe von induktiven Messgebern zur Teileerkennung identifiziert die Stoßstangen und überprüft, ob sie richtig eingelegt sind. Die Sensoren sind über einen IE/ASi-Wandler mit dem Advanced Controller verbunden.

Als untergeordnete Distributed Controller für die beiden Schneidroboter genügen hier zwei Simatic ET 200SP CPUs in der Standardausführung. Sie sind über Profinet an die zentrale Simatic S7-1500F angebunden und überwachen das Kühlwasser, die Pressluft zum Reinigen der Schnittfuge und die Schneidkopffunktion.

Das zentrale Bedienpult besteht aus einem Microbox-PC Simatic IPC427 mit der Visualisierungssoftware WinCC Advanced Runtime und einem Simatic IFP Monitor 1900 Touch. „Ein Comfort Panel würde im Prinzip auch genügen“, so Pierre Geipel. „Der IPC hat jedoch genügend Reserven zur Datenhaltung und dafür, dass wir später eine Bildverarbeitungssoftware integrieren können. Wir nutzen die WinCC-Option Smart@Server. Damit können wir auf die untergeordneten Comfort Panels zugreifen – und sie vom Bedienpult, aber auch von jedem Firmen-PC aus sogar bedienen.“ Auf der Bedienoberfläche sind alle Maschinenteile realitätsnah dargestellt und können intuitiv per Touch selektiert werden. Thomas Döring hat die Oberflächen gestaltet. Seine Erfahrung mit WinCC im TIA Portal: „Die Möglichkeit, Fenster auf einen zweiten Bildschirm zu ziehen, erhöht die Übersichtlichkeit deutlich. Die neuen Styles erlauben eine individuelle und durchgängige Oberflächengestaltung von hohem Wiedererkennungswert. Sie sind zentral änderbar und leicht anzupassen.“

Advanced Controller in der Praxis

Die neue Jenoptik-Votan BIM ist mit einer Simatic S71500 (CPU 1516F) ausgestattet; bisher arbeitete man mit der Simatic S7-300F. Grund für den Umstieg war für Pierre Geipel der deutlich erweiterte Speicher. „Flexibilität ist uns wichtig. Wir arbeiten rezeptbasiert und können Stoßstangen unterschiedlicher Varianten, mit oder ohne Parksensoren, in Folge bearbeiten. Mit der Simatic S7-1500 haben wir jederzeit genügend Reserven für weitere Varianten.“ Unter den neuen Funktionen war für ihn besonders der Trace nützlich: „Dem modularen Konzept folgend haben wir für jede CPU ein eigenes Projekt angelegt. Der Aufbau der Kommunikationsverbindungen für den Austausch der Statusvariablen hat dabei nicht auf Anhieb geklappt. Mit Hilfe des Trace konnten wir die schnellen Abfolgen im Verbindungsaufbau sichtbar machen, den Fehler dia­gnostizieren und gleich beheben. Das hat uns Zeit erspart.“

Software mit Safety- und Bibliotheksfunktion

Mit dem Umstieg auf die Simatic S7-1500F war auch der Umstieg auf das TIA Portal verbunden. „Da Sicherheitsfunktionen eine zentrale Rolle bei unseren Maschinen spielen, hat uns die gegenüber Step 7 Classic verbesserte Einbindung dieser Sicherheitsfunktionen in das Anwenderprogramm die Projektierung erleichtert.“ Geipel weist außerdem auf neue Datenformate wie User Defined Data Types (UDT) hin. Darin lassen sich durch einfaches Vervielfältigen, wie man es von Excel kennt, identische Variablen anlegen. Änderungen an einer einzigen Variablen ziehen automatisch konsistente Änderungen an allen anderen Variablen des gleichen Typs nach sich. Das spart nicht nur Zeit, sondern verringert auch die Fehlerwahrscheinlichkeit. Ein ähnliches Prinzip verfolgt das neue Bibliothekskonzept. Über Bibliotheken können Bausteine versioniert werden. Auf global auf einem Server abgelegte Daten können alle Berechtigten im Unternehmen zugreifen. Am Server durchgeführte Änderungen werden unternehmensweit und an allen Verwendungsstellen wirksam. Anpassungen an lokal abgelegten Bausteinen wirken nur im eigenen Projekt – hier aber auch durchgängig überall dort, wo der entsprechende Baustein verwendet wird. „Die Komplexität unserer Maschinen macht Teamwork unumgänglich. Durch einen gemeinsamen Datenbestand in einer globalen Bibliothek lässt sich Doppelarbeit dabei vermeiden“, ist Geipel überzeugt.

Bildergalerie

  • Die neue Jenoptik Votan BIM mit zentralem Bedienpult, bestehend aus einem Microbox-PC Simatic IPC427 mit der Visualisierungssoftware WinCC Advanced Runtime und einem Simatic IFP Monitor 1900 Touch.

    Bild: Siemens

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