25. MAI 2016

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Lösung aus einem Guss


STEUERUNGEN - Die Schorndorfer Oskar Frech GmbH setzt bei ihren Kaltkammer-Druckgießmaschinen erfolgreich auf das Automatisierungssystem M1 der G. Bachmann Electronic GmbH. Deshalb wird nun auch die weltweit erste vollelektrische Warmkammer-Druckgießmaschine „DAW 80 E“ mit der dezentral aufgebauten PC-Steuerung ausgerüstet.

1949 gründete der gelernte Werkzeugmacher Oskar Frech in Schorndorf bei Stuttgart einen Betrieb zur Herstellung von Druckgieß- und Kunststoffspritzformen. Zehn Jahre später begann die Produktion der ersten Warmkammer-Druckgießmaschinen zunächst zur Verarbeitung für Zink, Zinn und Bleilegierungen. Danach kam die serienmäßige Produktion von Magnesium-Warmkammer Druckgießmaschinen und die Herstellung von Kaltkammer Druckgießmaschinen zur Verarbeitung von Aluminium hinzu. 1999 präsentierte das schwäbische Unternehmen unter dem Namen „DAW 80 E“ die weltweit erste vollelektrische Warmkammer-Druckgießmaschine für das Verarbeiten von Nichteisen-Metallen. „Der Technologie-Sprung zu den heute üblichen hydraulischen Antrieben ist immens“, unterstreicht Dr. Norbert Erhard, Leiter Konstruktion und Entwicklung bei der Frech-Gruppe in Schorndorf. „DAW 80 E“ - so die Typenbezeichnung dieser Innovation - weist gegenüber den hydraulischen Systemen gravierende Vorteile auf: Höhere Produktivität und Leistungsfähigkeit durch kürzere Zykluszeiten, leichtere Steuer- und Regelbarkeit, einen spürbar geringeren Energieverbrauch bei Strom und Wasser und schließlich eine größere Umweltfreundlichkeit, da ja kein Hydraulikmedium mehr benötigt wird und die Maschine leise und sauberer arbeitet.

Seit 1983 baut das Unternehmen in seinen Maschinen Bildschirmsteuerungen ein, die auf die Anforderungen der Druckgussindustrie zugeschnitten sind und im Laufe der Zeit immer wieder an die Wünsche der Kunden angepasst wurden. Die selbst entwickelte Software bietet alle Möglichkeiten wie zum Beispiel die Unterstützung bei der Gießparameterberechnung, die genaue Reproduzierbarkeit der Einstelldaten und die Möglichkeit der Qualitätsdokumentation. „Ein ausgezeichnetes Zusammenspiel von Maschinenbau, Verfahrens- und Steuerungstechnik ist für unsere Produkte wettbewerbsentscheidend“, weiß der Konstruktions- und Entwicklungsleiter. Denn schließlich seien die Frech-Maschinen für ihre hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit bekannt.

Suche nach einem Partner Bereits in der Projektierungsphase zur Entwicklung der neuen Kaltkammer-Druckgießmaschinen der M-Reihe stellten die Verantwortlichen fest, dass auch die Steuerung einer grundlegenden Überarbeitung bedurfte. Denn immerhin war ein deutlicher Leistungssprung geplant und vor allem sollte das neue System dezentralisiert werden.
So kam auch nur eine PC-basierte Steuerung in Betracht, denn die damit verbundene Offenheit und Möglichkeit zur Teilhabe an den auch künftig zu erwartenden Leistungssteigerungen bei den Prozessoren ist ein gewichtiges Argument.

Bei den Recherchen nach einem geeigneten Partner für diese Aufgabe stieß Dr. Erhard auf Bachmann Electronic mit Hauptsitz im österreichischen Feldkirch. Der Steuerungshersteller hat sich als Herzstück des M1-Systems für eine spezielle Industrieversion des Pentium-Prozessors von Intel entschieden, die ohne einen störungsanfälligen Lüfter bei Umgebungstemperaturen bis 60°C problemlos arbeitet. Sämtliche Gehäuse sind aus Metall gefertigt, die Baugruppen entsprechen den Stör-, Schock-, Emissions- und Vibrationsnormen. Das gesamte Chipset ist außerdem garantiert langfristig lieferbar und unterliegt nicht den raschen Änderungszyklen des Consumer-PC-Bereiches. Gemeinsam mit dem robusten und erprobten Echtzeit-Multitasking-Betriebssystem VxWorks von Wind River Systems, das auch bei der Marssonde „Pathfinder“ eingesetzt wurde, sorgt der Prozessor für hohe Zuverlässigkeit, höchste Leistung und ein hervorragendes Echtzeitverhalten. Um die hohen Anforderungen bei Frech erfüllen zu können, integrierte der Steuerungshersteller noch einen schneller getakteten Prozessor in das System. Neben dem Prozessor-Modul, dem Netzteil und dem FAST-Bus-Modul stehen noch eine Vielzahl von Hardware-Bausteinen, die sich beliebig kombinieren lassen, zur Verfügung. Beispielsweise digitale und analoge Input- und Output-Module, Verteiler, Encoder, ein Temperatur-Interface, Schrittmotorensteuerungen, Feldbus-Module und Buserweiterungen.

Ein schneller E/A-Bus, die Möglichkeit zur Dezentralisierung und die Anbindung an Ethernet und Internet zählten ebenfalls zu den Kriterien bei der Entscheidungsfindung in dem Schorndorfer Unternehmen. Ebenso Schnittstellen zu bereits bei den Kunden vorhandenen Automatisierungs- und Peripheriegeräten wie etwa der Sprühtechnik, die sich problemlos ansteuern lassen sollten. „Wichtig war uns auch eine ausgezeichnete Diagnosefähigkeit mit Fehlererkennung und Störungsmeldungen sowie Protokollen aller Art“, nennt Erhard weitere Anforderungen. Die Störungsunempfindlichkeit ist ihm ebenfalls sehr wichtig, da die Maschinen - und damit auch die Steuerung - in einem sehr rauen Industrieumfeld ihren Dienst tun müssen und es immer wieder negative Einflüsse und Störungsquellen wie zum Beispiel die Taktung von Schmelzöfen gibt. Vor allem aber sollte die Steuerung, die von Frech unter dem Namen Datadialog vermarktet wird, eine hohe Performance und eine sehr gute Messwerterfassung aufweisen, um die anfallende Datenflut bearbeiten zu können.

Innovatives Vernetzungskonzept
Die M1-Steuerung erfüllt nicht nur sämtliche Anforderungen in Bezug auf Leistungsfähigkeit, Modularität und Ausstattung, sondern zeichnet sich vor allem auch durch ein innovatives Vernetzungskonzept aus. Dazu hat Bachmann Electronic einen eigenen FAST-Bus entwickelt, der den Zugriff der CPU auf die E/A-Module in höchster Echtzeit mit einer Datenübertragungsrate von 120 Megabit/s erlaubt. Die Zeitverzögerung liegt pro Unterstation niedriger als zwei Mikrosekunden. Etwas Vergleichbares ist derzeit auf dem Markt nicht zu finden, denn ein normaler Standard-Feldbus ist bis zu 100-mal langsamer. Insgesamt können 15 Unterstationen mit jeweils 15 E/A-Modulen an den FAST-Bus angeschlossen werden. Zwischen den einzelnen Stationen lassen sich über Lichtwellenleiter störsichere Verbindungen bis zu einer Entfernung von jeweils maximal 150 Meter aufbauen.

Für die Applikationssoftware ist es ohne Belang, ob die einzelnen Komponenten zentral oder verteilt installiert sind. Aus einer Vielzahl von digitalen Reglern für die Abtastung, die adaptive Parameter-Selbstermittlung, die automatische Streckenlinearisierung, die Positionsrückführung, die Sollwertgenerierung, die Stellgrößenaufschaltung oder die automatische Profilanpassung an die Streckendynamik lassen sich in beliebiger Anordnung die gewünschten Applikationen zusammenstellen. Durch das große Grundpaket an fertigen Softwaremodulen kann der Maschinenbauer viel Programmierarbeit sparen und sich in der gewonnenen Zeit stärker auf die Prozessoptimierung konzentrieren. Außerdem macht sich diese Lösung auch deutlich bei den Verkabelungskosten bemerkbar: Die Aktuatoren und Sensoren müssen nicht mehr von der Peripherie her mit dem Schaltschrank verbunden werden, sondern lassen sich direkt vor Ort über Unterverteiler verdrahten und mit nur einer Leitung zur CPU führen. Neben dem FAST-Bus können in der M1-Steuerung für weniger zeitkritische Aufgaben aber auch die üblichen Standard-Feldbussysteme wie zum Beispiel CANopen eingesetzt werden, deren Reaktionszeiten dann allerdings im Bereich von Millisekunden liegen.

Eine weitere Möglichkeit zur Vernetzung bietet die Ethernet 10BaseT-Schnittstelle der M1-Steuerung. Neben der Ankopplung an den Visualisierungs-PC ist auch die Einbindung in ein Intranet/Internet für einen weltweiten Datenaustausch mit beliebigen anderen Geräten möglich. Dadurch kann die M1-Steuerung von jedem Punkt der Erde aus gewartet werden. Im Kaltkammer-Bereich wird deshalb bereits jede Maschine serienmäßig mit Modem oder Anschlussmöglichkeiten für das Internet ausgestattet. „Neben dem für uns und unsere Kunden geplanten, sehr wichtigen Nutzen im Servicefall, gebrauchen manche unserer Kunden dieses Feature auch, um uns um Hilfestellung beim Einfahren neuer Formen zu bitten oder um Optimierungshinweise zu erhalten. Eine Möglichkeit, die wir zu Anfang gar nicht ins Kalkül gezogen haben“, merkt Dr. Norbert Erhard an.

Die Druckgießmaschinen des schwäbischen Mittelständlers sind rund um den Globus im Einsatz. Kommt es beispielsweise bei einer Maschine eines Automobilzulieferers zu Störungen im Produktionsablauf oder gar zum Stilstand, gerät sehr schnell die gesamte Produktionskette ins Stocken. Da ist die notwendige Anreise eines Servicetechnikers aus Deutschland schon aus Zeitgründen ein bedeutender Kostenfaktor. Mit dem neuen Steuerungskonzept können nun die Experten in Schorndorf - wenn der Kunde dies will - direkt auf die Maschinensteuerung zugreifen, dort Fehler erkennen und nach Möglichkeit auch beheben. Und wenn doch noch ein Servicetechniker anreisen muss, hat er nun auf jeden Fall die richtigen Ersatzteile und Werkzeuge dabei.


Ausgabe:
aut 06/2001
Unternehmen:

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