Das Verschweißen der Kunststoffmembranen erfordert eine schnelle Sicherheitssteuerung. (Bild: Telsonic)
Vor der Umstellung setzte Telsonic Bronschhofen, Schweiz, bei der Ansteuerung der Kernkomponenten des Ultraschallsystems auf eine Embedded-Hardware, die vor über 15 Jahren entwickelt wurde, eine Mikroprozessor-Steuerung mit redundanten I/Os und unabhängiger Hard/Software-Überwachung. „Damals gab es keine Alternative, die unsere Kosten- und Leistungsvorgaben erfüllte“, betont Peter Solenthaler, Leiter Forschung & Innovation bei Telsonic. Zudem hielt keine SPS die geforderte Zykluszeit von 1 ms ein. Darüber wird die in das Werkstück eingebrachte Schweißenergie geregelt. Das hat sich inzwischen grundlegend geändert. Für Steuerungen von B&R ist die für präzise Ansteuerung der schnellen Ultraschallgeneratoren notwendige Zykluszeit kein Problem. „Positiv ist, dass sich die Tasks bei dieser Lösung priorisieren lassen“, meint Solenthaler. Aber nicht nur deshalb haben sich die Verantwortlichen für eine Steuerung aus der X20-Baureihe entschieden. Die Anforderungen an die Sicherheitstechnik – gerade was die sogenannten Cut-and-Seal-Pressen angeht – und auch an die Dokumentation und Rückverfolgbarkeit des Schweißprozesses sind über die Jahre deutlich gestiegen: Die Maschinen müssen die Anforderungen der DIN EN ISO 13849-1 nach Performance Level e/Kat 4 erfüllen. Für die immer umfangreicheren Safety-Funktionen, beispielsweise Zweihand-Start, Not-Aus, Setup und Ansteuerung von Pneumatik-Zylindern, reichte die bisherige Steuerungsarchitektur nicht mehr aus, „auch wenn sie stets sehr zuverlässig funktioniert hat“, so Solenthaler. Inzwischen sind rund 80 Prozent der Steuerungsaufgaben mit Safety-Funktionen verbunden, aber nur gerade mal 20 Prozent aller Hardware-Signale sind Safety-I/Os – das Pareto-Prinzip greift überall. Dieses besagt, dass sich 80 Prozent der Ergebnisse mit 20 Prozent des Gesamtaufwandes erreichen lassen.
Die torsional gesteuerte Präzisionspresse TPS3000 eignet sich für große Schweißobjekte und bringt eine Schweißkraft von 3.000 N bei 6.500 Watt Leistung und einer Frequenz von 20 kHz auf. Mithilfe einer schnellen Sicherheitssteuerung verschweißt sie auch empfindliche Bauteile wie Kunststoffmembranen. (Bildquelle: Telsonic)
Safety per Software im Modul umgesetzt
Hier kommen die Vorteile der Safety-Steuerung Safelogic-X zum Tragen: Die sicherheitsgerichteten I/O- und Funktionsmodule haben die gleichen Abmessungen wie die Standard-I/Os des X20-Systems und sind mit ihnen kombinierbar. Auch die Integration der Safety-Funktionen in das SPS-Programm kommt Telsonic zupass. Die Grundlage dieser Flexibilität bildet die durchgängige Entwicklungsumgebung Automation Studio. „Für uns ist diese Lösung auch wesentlich kostengünstiger, weil wir keine eigene Hardware mehr zertifizieren, pflegen und weiterentwickeln müssen“, sagt Solenthaler.
Von dem modularen Aufbau und der Durchgängigkeit des Steuerungs- und I/O-Systems profitiert das auf Ultraschallanwendungen spezialisierte Unternehmen auch an ganz anderer Stelle: Die von dem Maschinenbauer realisierten Anlagen sind nur im Kern identisch. Ansonsten müssen die Anlagen den individuellen Anforderungen der Anwendung angepasst werden. Häufig sind zusätzliche Komponenten wie X/Y-Achsen oder diverse Klemm-, Zuführ- und andere Handhabungssysteme zu implementieren. Das Spektrum an Bus-Controllern und Standardschnittstellen für die X20-Baureihe ermöglicht es dem Unternehmen zudem, die Steuerung mit geringem Aufwand an übergeordnete Maschinensteuerungen oder ERP-Systeme anzubinden.
Die integrierte ¬Sicherheitstechnik trägt zum Schutz der Bediener bei. (Bildquelle: Telsonic)
Für das Vernetzen der Anlagen greift Telsonic auf Powerlink zurück, „auch weil B&R dem Open-Source-Gedanken folgt und wir so einen offenen und damit zukunftsfähigen Echtzeit-Ethernet-Standard zur Verfügung haben“, so Solenthaler, „das erleichtert es uns, die Kosten der Gesamtlösung niedrig zu halten.“ Dass dem Unternehmen dieser Aspekt wichtig ist, zeigt sich beim Betriebssystem der Visualisierungsplattform. Auch hier kommt Open Source zum Einsatz: Debian mit VNC-Client. Über Ethernet kommuniziert das an einem Tragarm des Ultraschallschweißgerätes montierte Bediengerät mit der Steuerung, die auch die Visualisierungsanwendung ausführt. Das hat den Vorteil, dass bei Ausfall des Gerätsjeder beliebige PC mit installiertem VNC-Client an die Steuerung gehängt werden und der Bediener sofort weiterarbeiten kann.
Die Software-basierte Sicherheitssteuerung für Automatisierungs-Anwendungen verfügt über bis zu elf sichere I/O-Module, eine Standardsteuerung und eine Visualisierung. (Bildquelle: B&R)
Technik im Detail
Virtuelle Sicherheitssteuerung
Die Software-basierte Sicherheitssteuerung der X20-Baureihe von B&R für Automatisierungs-Anwendungen verfügt über bis zu elf sichere I/O-Module, eine Standardsteuerung und eine Visualisierung. Bei einer Kleinst-Applikation mit einem Not-Halt und einem einzigen Abschaltpfad reduzieren sich die unmittelbaren Komponentenkosten um 37 Prozent gegenüber einer klassischen Sicherheitssteuerung der Safelogic-Baureihe desselben Herstellers. Zusätzlich spart der Anwender Platz im Schaltschrank sowie den Aufwand für Verkabelung und Ersatzteilvorrat.
Eine zusätzliche Sicherheitssteuerung entfällt, da ein wesentlicher Teil der Sicherheitsfunktionen – das Parameter-Handling und Konfigurations-Management – aus der Safety-Hardware herausgelöst und in die Standard-Hardware übertragen wird, zum Beispiel einen Panel-PC oder SPS-Controller. Die Applikationsabarbeitung erfolgt dagegen im sicheren I/O-Modul.
