Motionfunktionalität für bis zu 2.600 Achsen, präzise Motor-Vorsteuerung, umfangreiche Softwareunterstützung – mit PacDrive 3 bietet Schneider Electric eine einzigartige Komplettlösung für die Automatisierung komplexer Maschinen.
In der lebensmittelverarbeitenden Prozessindustrie hat ein Großteil der automatisierten Anwendungen mit Verpackungsaufgaben zu tun. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, kommt es hier vor allem auf schnelle, präzise und von manuellen Eingriffen befreite Abläufe an. Außerdem sollten Verpackungsmaschinen flexibel auf veränderte Formate umrüstbar sein sowie eine kurze Markteinführungszeit für neue Produkte ermöglichen. Insbesondere hoch performante Motion Controller in Kombination mit intelligenten Softwaretools bieten hier einen enormen Mehrwert.
Schneider Electric hat mit PacDrive 3 eine ganzheitliche Technologieplattform für die hoch performante Automatisierung von sehr komplexen Maschinenanwendungen entwickelt. Das in Bezug auf Leistungsfähigkeit und Umfang einzigartige Portfolio an Antrieben, Robotertechnik, Controllern und Softwaretools ist insbesondere auf die anspruchsvollen Aufgaben im Consumer Packaged Goods-Segment zugeschnitten. Konkret bedeutet das: Motionfunktionalität für bis zu 2.600 (zentrale oder dezentral betriebene) Servomotoren oder Roboterachsen, vollständig integrierte Ethernet-basierte Echtzeitkommunikation mit SERCOS III sowie intelligente und einheitliche Softwareunterstützung für die komplette Maschine. Anwender profitieren damit unter anderem von smarten, schnellen und wenig fehleranfälligen Engineering- und Inbetriebnahme-Prozessen, stark reduzierter Steuerungs-Hardware sowie präziser Performance und beschleunigten Time-to-Market-Zeiten.
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Durchgängige Software mit Digital Twin für den gesamten Maschinenlebenszyklus
Für das effiziente Engineering von Maschinen ist es heute sehr wichtig, dass alle Entwicklungsschritte – Planung, Konstruktion, Programmierung und Inbetriebnahme – in einer einheitlichen Softwareumgebung erfolgen. So lassen sich Technologiebrüche, Datenverluste oder das Entstehen von geschlossenen Wissenssilos vermeiden. Entscheidend hierbei ist, dass es sich bereits bei der geplanten Maschine um ein dynamisches und an reale Bedingungen anpassbares Modell handelt, das die gesamte Maschinenentwicklung kontinuierlich begleitet. In den vergangenen Jahren hat sich hier einiges getan. Insbesondere Digital Twin Applikationen erleben gerade einen Boom. Tech-Konzern Schneider Electric zum Beispiel bietet seinen Kunden im Maschinenbau-Segment mittlerweile die Möglichkeit einer äußerst exakten Simulation von Motorströmen. Mithilfe dieses neuen Features ist es möglich, die Momente der Bewegung für jede beliebige Mechanik an einem Antriebsstrang zu bestimmen – und das in Echtzeit. An jeder einzelnen Position der Bewegung ist damit klar, welcher Momenten‑, bzw. Strombedarf jeweils herrscht. Ein Antriebsstrang lässt sich somit komplett optimiert auslegen und die Wahl der passenden Antriebe und mechatronischen Komponenten ist ungemein vereinfacht. Im Sinne einer Überlagerung von IT und OT sind virtuelle 3D-Konstruktion und die spätere reale Anlage in diesem Fall bis hin zum Echtzeit-Strombedarf absolut deckungsgleich. Auf diese Weise lässt sich rein am PC eine möglichst effiziente, flexible und produktive Maschine erstellen, die bereits ganz genau auf ihre spätere Funktionsweise getestet werden kann – und das, ohne auch nur ein einziges Maschinenelement zu verbauen.
Damit zwischen digitalem Zwilling und späterer realer Umsetzung eine möglichst hohe Kontinuität gewährleistet bleibt, basiert die Digital Twin Applikation von Schneider Electric auf den Funktionsbausteinen aus der PacDrive 3‑Systembibliothek. Setzt man als Konstrukteur also auf die Automatisierungsplattform des Tech-Konzerns, profitiert man auch von den Vorteilen der Motorstrom-Simulation. Gleichzeitig ist es dann ebenfalls möglich, dass die sehr exakt geplante und bereits getestete 3D-Anlage das komplette weitere Projekt sehr eng begleitet. Im Fall nachträglicher Änderungen im Konstruktionsprozess, aber auch in Sachen Programmierung, ist die hohe Durchgängigkeit in diesem Bereich ein unschätzbarer Vorteil.
Passgenaue Auslegung, weniger Hardware
Grundsätzlich ist die Konstruktion einer Maschine durch möglichst genaue 3D-Modelle erheblich erleichtert. Da mithilfe von PacDrive 3 nicht nur der Momentenbedarf exakt bestimmt werden kann, sondern die virtuelle Maschine auch schon auf den passenden Funktionsbausteinen beruht, ist ganz klar, welche Bauteile für welche Anwendungen idealerweis zum Einsatz kommen. Die langwierige Suche nach dem effizientesten Antrieb entfällt. Auch bei nachträglichen Änderungswünschen, die zum Beispiel bei Nachverhandlungen während des Konstruktionsprozesses auftreten können, bieten sich dank der exakten Simulationsmöglichkeiten große Vorteile. Braucht ein Kunde beispielsweise 20 Prozent mehr Leistung für seine im Bau befindliche Maschine, sind keine Anpassungen von Weg-Zeit-Diagrammen oder weitere Berechnungen mehr nötig. Innerhalb der Simulation lässt sich die Ablauf-Geschwindigkeit ganz einfach um den gewünschten Wert erhöhen und der Momentenbedarf wird automatisch neu berechnet. So ist sofort klar, ob, und wenn ja, an welcher Stelle welche neuen Antriebe benötigt werden.
Hardwareseitig bietet PacDrive 3 für die reale Auslegung einer Anwendung ein Komplettangebot für die Automatisierung von anspruchsvollen Maschinen. Unter anderem zählen integrierte Antriebe, Robotik-Komponenten (Delta- und Kartesische-Roboter), Sicherheitskomponenten sowie sehr leistungsstarke Motion-Steuerungen dazu. Da bereits eine Steuerung bis zu 130 Achsen regeln kann – und bis zu 20 Steuerungen (für das Betreiben von 2.600 synchroner Achsen) miteinander verknüpft werden können – reduziert sich die Menge an verbauter Hardware im Vergleich zu herkömmlichen Systemen erheblich. Dank hoher Rechenleistung und Echtzeitdatenübertragung können die vielen Achsen gleichzeitig mit einer dynamischen und äußerst präzisen Vorsteuerung bewegt werden. Durch Einspeisen eines vorberechneten Sollwerts in den Regelkreis lässt sich das Drehmoment der Motorwelle direkt vorgeben. Das zahlt sich vor allem dann aus, wenn es um die Beherrschung schwieriger Lastfälle und nichtlinearer Mechaniken (z.B. Hebel oder Kurbel) sowie um die Umsetzung spezieller Anforderungen, wie z.B. tänzerlose Abwicklung oder kraftgesteuertes Siegeln, geht. In diesen Fällen bedeutet die präzise Vorsteuerung ein großes Plus an Genauigkeit, Produktionsleistung, Materialschonung und Effizienz.
Neues Multi Carrier Transportsystem
Erst kürzlich wurde die Automatisierungsplattform PacDrive 3 um den neuen Lexium MC12 Multi Carrier für das Transportieren, Positionieren und Gruppieren von Objekten erweitert. Die sehr flexible Carrier-Lösung erlaubt mit ihrer einfachen, modularen Installationsweise und der großen Funktionsvielfalt die Umsetzung völlig neuer Maschinendesigns. So ist es zum Beispiel möglich, Schienenlayouts individuell zu gestalten und die darauf aufgesetzten Carrier einzeln und mit je unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu bewegen. Außerdem sind Materialbearbeitung und Robotereingriffe auch in den Kurven möglich. In der diskreten Fertigung können damit deutlich kompaktere Anlagen mit äußerst kurzen Durchsatzzeiten realisiert werden.
Mithilfe von EcoStruxure Machine Expert lassen sich Prozessstationen und Multi Carrier gemeinsam in der einheitlichen Softwareumgebung von PacDrive 3 planen, simulieren und überwachen. Wie bereits beschrieben, wird dazu ein Digital Twin der Anlage erzeugt, der diese über den gesamten Lebenszyklus hinweg begleitet. Hier können die Bewegungen der Carrier auch passgenau und flexibel auf neue Formate oder individuelle Taktzeiten eingestellt werden – und das ohne aufwendige Programmierung. Es reicht aus, wenn innerhalb der Softwareoberfläche lediglich die Parameter einer neuen Karton- oder Flaschengröße eingegeben werden. Motorsegmente sowie Carrier stellen sich dann automatisch auf das neue Format um. Somit können nicht nur mehr Formate und Produkte mit ein und derselben Maschine verarbeitet und verpackt werden, es ist auch möglich, bestimmte Umrüstarbeiten „on the fly“ zu erledigen.
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