Mit offener Steuerungsarchitektur für die Zukunft gerüstet

Die Steuerung der Spritzgießmaschine besteht aus einem Panel-PC. (Bildquelle: Mitsubishi Heavy Industries Plastic Technology)

Bei der MEIII, der neuen Spritzgießmaschinen-Generation von Mitsubishi Heavy Industries Plastic Technology (MHIPT), handelt es sich um Maschinen mittlerer Größe, mit Schließkräften von 550 bis 850 t. Während die meisten Spritzgießmaschinen hydraulische Antriebe haben, verfügt die MEIII über Servomotoren. „Dies führt zu einem geringeren Energieverbrauch“, wie Takashi Mizuno, Direktor und Geschäftsführer des Engineering-Bereiches von MHIPT, ausführt. „In Bezug auf die Automatisierungstechnologie hat das Unternehmen bei der Maschinenserie seine bisherige Entwicklungsstrategie verändert. Wir setzen nun durchgängig auf PC-basierte Steuerungen.“ Früher hat MHIPT seine Steuerungen komplett selbst entwickelt. Durch die PC-Control-Steuerungen von Beckhoff, Verl, kann das Unternehmen seine Entwicklungskapazitäten auf die Software konzentrieren. „Unser Ziel ist es, unser gesamtes Know-how als spezialisiertes Unternehmen für Spritzgießmaschinen in die Software für den Spritzgießprozess zu integrieren und uns dadurch vom Wettbewerb abzuheben“, ergänzt Mizuno.

Die Serie MEIII verfügt wie die Vorgängerserie MEII über die von MHIPT entwickelten Direct-Drive-Motoren (DD-Motoren). Diese benötigen keine Reduktionsgetriebe, da sie mit niedrigen Umdrehungszahlen viel Kraft erzeugen. Das verschafft ihnen den Vorteil eines dynamischen Spritzantriebs sowie eine einfache Wartung, da Riemenscheiben und Zahnriemen sowie weitere Verschleißteile entfallen. Die Maschinen haben  anstelle eines mechanischen Verbindungssystems zwischen den beiden DD-Motoren eine hochgenaue Synchronisation per Software. „Die Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Präzision der servoelektrischen Steuerung bestimmt die Qualität des Produktes ganz unmittelbar“, unterstreicht Mizuno.

Die Spritzgießmaschine mit Servoantrieb ist mit Schließkräften von 550 bis 850 t erhältlich. Am linken Bildrand: die Entwickler der Maschine (Bildquelle: Mitsubishi Heavy Industries Plastic Technology)

Unabhängig von herstellerspezifischen Standards und Spezifikationen

Takashi Takii, Konstruktionsleiter der Engineering-Abteilung von MHIPT und Projektleiter bei der Entwicklung der MEIII, erklärt: „Die Offenheit der Steuerungsarchitektur hat den großen Vorteil, dass wir beziehungsweise unsere Kunden nicht länger abhängig sind von herstellerspezifischen Standards oder Spezifikationen. Mit PC-Control haben wir eine leistungsfähige Steuerung, die auf offene Standards setzt, dabei flexibel und durchgängig ist, und uns die Zuverlässigkeit und Qualität bietet, die wir benötigen.“ Auf Basis der Flexibilität und Ausbaufähigkeit der Steuerungsplattform ist das Unternehmen in der Lage, seinen Kunden etwa 200 optionale Spezifikationen für Werkzeuge beziehungsweise Formen zu bieten. „Das sind etwa dreimal so viele wie bei einer traditionellen Steuerung. Waren diese Spezifikationen bisher nur mit Zusatzkosten zu haben, können wir sie unseren Kunden nun zu Standardpreisen und -lieferzeiten geben. Durch die Nutzung offener Standards können wir außerdem die von den Kunden festgelegten Sensoren und Servomotoren einfacher unterstützen. Mithilfe von Ethercat und Twincat als durchgängiges Kommunikationssystem beziehungsweise durchgängige Software lässt sich ein gleichförmiger Datenfluss realisieren, der die Wiederholgenauigkeit des Maschinenbetriebs erheblich verbessert“, erklärt Takii.

Die Spritzeinheit: Das synchrone Steuern der zwei Direct-Drive-Motoren ermöglicht einen präzisen Spritzvorgang. Außerdem benötigen die Motoren keine Reduktionsgetriebe, da sie mit niedrigen Umdrehungszahlen viel Kraft erzeugen. (Bildquelle: Mitsubishi Heavy Industries Plastic Technology)

„In Summe gestaltet sich die Maschinenentwicklung durch den Einsatz der PC-Plattform viel effizienter“, fügt er hinzu. „Der modulare Aufbau der Schaltschränke wird durch die dezentralen Ethercat I/O-Stationen vereinfacht: Nicht nur in Hinblick auf die Flexibilität ergeben sich daraus Vorteile, wie zum Beispiel bei kurzfristigen Änderungen, sondern auch in Bezug auf weniger Zeit, die wir für das Herstellen, Demontieren, Transportieren und Installieren der Maschine aufwenden müssen. Schließlich ist es durch die Skalierbarkeit der PC-Steuerungsplattform auch möglich, mehrere Spritzgießmaschinen unterschiedlicher Größe und für diverse Einsatzgebiete über eine zentrale PC-Steuerung anzusprechen.“

Die Maschinensoftware muss mehr als 30.000 Daten verwalten, um die Diversität und Flexibilität der Kunststoffspritzgießanwendungen zu realisieren. Um die Softwareentwicklungs-Konfigurationen zu verwalten, kommt eine Oracle-Datenbank zum Einsatz. „Mit den Tools anderer Steuerungshersteller ließ sich die erforderliche enge Verknüpfung mit der Datenbank nicht umsetzen“, erklärt Takii. „Die Integration der Oracle-Datenbank in Twincat bedeutete für uns einen riesigen Schritt vorwärts zu einem automatischen beziehungsweise teilautomatischen Konfigurieren der Software.“

Geschäftsmodelle auf Basis der offenen Steuerungsarchitektur

Weitere Vorteile der PC-basierten Steuerungsarchitektur sieht Takii auch in wirtschaftlicher Hinsicht: Großformatige Spritzgießmaschinen sind typische Beispiele für einen Maschinenbau in geringen Stückzahlen und großer Vielfalt, der quasi einem Sondermaschinenbau gleichkommt. „Bei der Nutzung konventioneller Steuerungstechnik waren uns oft Grenzen gesetzt.“ Die Steuerung der Maschinenserie ermöglicht eine effiziente und flexible Softwareentwicklung. Die diversen Optionen für Spritzgießverfahren werden aus der Software heraus automatisch erzeugt, ohne dass eine Programmierung nötig wäre.

Bereit für Industrie 4.0

Takii sieht die Vorzüge der offenen Steuerungsarchitektur auch in Hinblick auf die derzeitigen Entwicklungstrends der produzierenden Industrie. „Der mit Ethercat und Twincat offen und flexibel gesteuerte Datenfluss beschränkt sich nicht auf die einzelne Spritzgießmaschine, sondern wirkt sich auch auf die Modularisierung und Homogenisierung des Datenflusses im Betrieb aus. Damit können wir zum Beispiel schnellen Support für Technologien bieten, die in Richtung Industrie 4.0 aus Deutschland beziehungsweise Internet of Things aus den USA gehen“, so das Statement des Projektleiters. „Ich denke, es ist ganz wesentlich, große Datenmengen dazu zu nutzen, die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF – Mean Time Between Failure) zu verlängern und die mittlere Reparaturdauer (MTTR – Mean Time To Repair) zu verkürzen. Wir müssen uns in die Lage versetzen, große Datenmengen zu sammeln, zu speichern und zu analysieren, um festzustellen, wie sich unsere Maschinen über die Zeit verändern, wie sie benutzt werden, und wie wir die in verschiedenen Produktionsumgebungen gesammelten Daten standardisieren und vergleichbar machen können“, erläutert Takii die Strategie.