Kluge Lösung für klare Kennung

Automatisierung - Keine Lösung von der Stange: Eine Kombination aus Industrie-PC und Software-SPS steuert sämtliche Komponenten einer Laserbeschriftungsanlage und verwaltet bis zu tausend Rezepturen.

15. Dezember 2005

Die Topex Etikettiermaschinen GmbH in Erkenbrechtsweiler hatte das Ziel, eine neue Laserbeschriftungsanlage für Kolbenstangen (Wellen) so effizient und kostengünstig wie möglich aufzubauen. Deshalb wandte sich Topex mit konkreten Forderungen in puncto Automatisierungstechnik an den langjährigen Ausrüster Siemens Automation and Drives. So sollte die Steuerung der neuen Anlage mit der im Unternehmen eingeführten Softwareplattform Simatic Step 7 zu projektieren, zu programmieren und zu warten sein sowie über Profibus DP um zusätzliche Komponenten erweitert werden können. Chargennummern in Form von Barcodes wollte Topex mit Hilfe eines seriellen Handscanners erfassen und den Beschriftungslaser über das TCP/IP-Protokoll ansteuern. Für besten Bedienkomfort durfte eine Eingabe- und Anzeigemöglichkeit nicht fehlen. Die Ergebnisse der Beschriftung sollten inline von einer Kamera überprüft werden können. Von Anfang an sollte die Möglichkeit offen bleiben, die Ergebnisse bei Bedarf auf einem separaten Server abzulegen und zu archivieren. »Mit diesem Anforderungsprofil lief es schnell auf eine PC-basierte Lösung hinaus«, so Reiner Sutter von der Siemens-Systemberatung für Automatisierungs- und Antriebstechnik. »Als Basis haben wir einen industrietauglichen Simatic Box PC 620 gewählt und die richtige, voll zur Simatic-Hardware kompatible SPS war mit der Software-SPS Simatic WinAC Basis auch schnell gefunden.« Der Simatic Box-PC verfügt neben anderen über je eine Profibus-, eine Industrial Ethernet- und eine serielle Schnittstelle und erfüllt mit Tastaturinterface und Grafikkarte auch alle Voraussetzungen für die Integration eines HMI-Systems. Als Kamera wurde ein Simatic Vision Sensor VS 130 spezifiziert. Der Vision Sensor, drei Positionierbaugruppen FM 353 von Siemens zur Ansteuerung von Schrittmotoren, dezentrale Peripheriemodule ET 200 von Siemens sowie E/A-Module von Festo sind über Profibus mit der Steuerung verbunden.

Dreimonatige Entwicklung

Die serielle Schnittstelle und die Ethernet-Schnittstelle konnten über zwei mit Microsoft Visual C++ erstellten Dynamic Link Libraries (DLL) und das so genannte Custom Code Extension Interface (CCX) an die Software-SPS angebunden werden. Das CCX ist Teil der aktuellen Version des Open Development Kits von WinAC Basis. Das CCX ermöglicht den Aufruf außerhalb der Software-SPS ablaufender C++-Programme mit Hilfe zweier Systemfunktionen aus dem SPS-Programm heraus.

Zur Ankopplung der seriellen Schnittstelle für den Handscanner an WinAC haben die Systemberater von Siemens das im eigenen Haus entwickelte WinCC Add-On WSENDCOM-DLL genutzt. Zum Bedienen und Beobachten der Anlage im Einricht-, Hand- und Automatikbetrieb, zur Visualisierung von Stör- und Betriebsmeldungen und zur Auswahl der zu beschriftenden Kolbenstangenvarianten aus einer Rezepturdatenbank hat sich der Hersteller erstmals für die HMI-Software Simatic WinCC Flexible entschieden.

Das Ergebnis der rund dreimonatigen Entwicklung ist eine Beschriftungsanlage für Wellen mit Längen von 280 mm bis 400 mm und Durchmessern von 10 mm bis 25 mm mit (vorerst) manuell zu beschickendem Einlaufmagazin. Die eigentliche Beschriftung und Prüfung im Inneren läuft vollautomatisch ab. Nach dem Scannen der Chargennummer (Barcode) und der Zuordnung der Beschriftungsdaten aus bis zu 1.000 im System speicherbaren Rezepturen werden die Wellen vereinzelt, ausgerichtet und fixiert. Eine pneumatische Handlingeinheit übernimmt und transportiert die Teile in die Laservorrichtung, wo zwei Greifer diese spannen. Von der Software-SPS über Positionierbaugruppen FM 353 angesteuerte Schrittmotoren gleichen durch unterschiedliche Wellendurchmesser bzw. -längen entstehende Lagedifferenzen aus und drehen die Welle beim Beschriften in die richtige Position zum fest montierten Laser. Dieser kann einen Bereich von 120 mm x 120 mm bearbeiten, wobei nur ein Bereich von 4 mm x 4 mm für den 2D-Code benutzt wird, und bringt im Winkelabstand von 30 bis 45° axial zwischen sechs und acht 2D-Codes auf. Darunter einen von der PC-Uhr abgeleiteten Zeitstempel und optional eine aus den Rezepturdaten generierte Chargenkennung. Optional kann auch ein Barcode aufgebracht werden.

Software-SPS entscheidet über gut oder nicht gut

Ein weiterer Greifer bringt die beschriftete Welle in die Prüfposition vor das Vision Sensor System Simatic VS130, während gleichzeitig das nächste Teil vom Magazin unter dem Laser positioniert wird. Die Kamera liest das Schriftbild ein und vergleicht es mit dem per Teaching gespeicherten Sollbild. Die Software-SPS WinAC entscheidet schließlich, ob das Ergebnis gut ist oder nicht und steuert abhängig davon die Wippe zum entsprechenden Ausrollband, wo die Wellen gesammelt und manuell entnommen werden.

Topex und Siemens

Zusammenarbeit führte zum Ziel

Laserbeschriften und Etikettieren sind Kernkompetenzen der Topex Etikettiermaschinen GmbH aus Erkenbrechtsweiler. In über 20 Jahren hat sich das Unternehmen mit innovativen Lösungen als Systemlieferant in der europäischen Automobilindustrie, der Elektronikbranche und bei Logistikdienstleistern fest etabliert. Heute entwickeln und fertigen rund 40 Mitarbeiter schlüsselfertige Kennzeichnungszellen, integrieren diese auf Wunsch auch datentechnisch in die Fertigungsstrukturen des Anwenders und leisten umfassenden Service dafür. Um Letzteres als mittelständisches Unternehmen mit begrenzten Personalressourcen auch weltweit erfolgreich tun zu können, hat Topex gezielt die Zusammenarbeit mit Siemens gesucht. Und Topex zeigte sich sehr zufrieden: Als Weltmarktführer in der Automatisierungstechnik biete der Hersteller Siemens neben leistungsfähigen, weltweit akzeptierten und zuverlässigen Produkten aus einer Hand auch schnellen, gut funktionierenden Support dafür an.

Erschienen in Ausgabe: 06/2005