Eine Publikation der Binkert Medien AG
Maurizio Tarozzi, Global Technology Manager für Verpackung bei B&R : Ausgabe 12/2014, 16.12.2014

Neue Niveaus für die Verpackung

Maschinen für die Verpackungsbranche sind mit vier fundamentalen Anforderungen konfrontiert: Sie müssen bei herausragender Leistungsfähigkeit erstklassige Qualität liefern und zugleich hohe Verfügbarkeit und maximale Flexibilität aufweisen. Als wäre das noch nicht genug, wandelt das Aufkommen neuer Anforderungen an Individualisierung und Serialisierung die Branche und verursacht einen Paradigmenwechsel in der eingesetzten Automatisierungstechnik.

Maurizio Tarozzi erklärt im Interview mit Material Handling, wie B&R zu einem führenden Automatisierungsanbieter für die Verpackungsbranche wurde und warum die integrierte Automatisierung von B&R schon jetzt bereit ist, zukünftige Herausforderungen anzunehmen.

Material Handling: Wo liegt das Geheimnis von B&R, als führender Anbieter von Automatisierung für die Verpackungsbranche vieles richtig zu machen?

Maurizio Tarozzi: In der heutigen Konsumgüterindustrie spielt die Verpackung von Produkten eine entscheidende Rolle für deren Erfolg. Der Erfolg von Verpackungsmaschinen hängt von deren Fähigkeit ab, sich schnell und leicht neuen Trends anzupassen. Zum führenden Automatisierungslieferanten seiner Partner in der Verpackungsindustrie wurde B&R durch das Verfolgen eines integrierten Automatisierungskonzepts, das die Herausforderungen bewältigen kann, mit denen der globale Markt konfrontiert ist. B&R bietet Lösungen für alle Anforderungen der Branche und wächst mit weiteren Entwicklungen in puncto Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit mit. B&R-Lösungen heben Verpackungsmaschinen auf neue Niveaus, was Leistungsfähigkeit, Flexibilität und Verfügbarkeit betrifft.

Warum sind B&R-Lösungen dermassen leistungsfähig?

Weil wir bei B&R ein Bekenntnis zur Perfektion in der Automatisierung abgelegt haben. Es herrscht ein tiefgreifendes Verständnis für den Markt, das durch die enge Zusammenarbeit mit Endanwendern rund um den Globus erworben wurde. Von Primär- und Sekundärverpackungen bis hin zu Lösungen für Produktionslinien geht B&R mit Innovationen, die den Markt formen, beständig voran. Nur automatisierte Verpackungsmaschinen, die alle Vorteile aktueller Antriebstechnik, Robotik und funktionaler Sicherheit sowie von Bildverarbeitung und IT-Vernetzung verbinden, können sich nachhaltig einen Wettbewerbsvorsprung verschaffen.

Wie holen Maschinenhersteller aus ihren Produkten das Maximum heraus?

Für heutige Verpackungsmaschinen ist ein modularer, mechatronischer Aufbau unverzichtbar. Höchstleistungen können nur durch eine perfekte Synchronisierung zentraler und dezentraler Antriebskomponenten erreicht werden, die mit einer umfassenden Automatisierungssoftware nahtlos orchestriert werden. POWERLINK und B&R Automation Studio 4 wurden exakt für diesen Zweck entwickelt. Sie bilden das Rückgrat unseres Erfolgs. Das allein reicht jedoch nicht. Es gibt keine «eine Sache». Jede Kernkomponente der Auto­matisierung – ob Steuerungssystem, Servoantriebe, I/Os oder Visualisierungsgeräte – leistet einen essenziellen Beitrag zur Gesamtperformance. Das B&R-Produktportfolio bietet eine breite Palette an integrierten, hochgradig skalierbaren Lösungen, die jede Anforderung der fortschrittlichsten Verpackungssysteme perfekt abdeckt und die Maschinenleistungsfähigkeit an physikalische Grenzen bringt.

Welche Technologien bietet B&R zur Erweiterung der Leistungsfähigkeit von Maschinen?

Mit der reACTION Technology werden manche Programme direkt in verteilten I/O-Modulen ausgeführt. Das erhöht die Geschwindigkeit der internen Datenübertragung und führt zu Antwortzeiten von nur 1 μs. Das wiederum reduziert die Last sowohl im Netzwerk als auch auf der Steue­rung und optimiert bedarfsgerecht die Leistungsfähigkeit. Das Ergebnis ist eine immense Performance-Steigerung ohne Mehrkosten. Weiter gibt es NetTime. Die bietet die Echtzeituhr-Synchronisierung über POWERLINK mit Genauig­keiten im Nanosekundenbereich, was das Synchronisieren mehrerer Geberposi­tionen und verteilter I/Os ermöglicht. Zusammen bilden reACTION und NetTime ein neues Paradigma der Steuerungs-Performance. Ein weiterer Aspekt ist die Bewegungssteue­rung. Die intelligenten Servoantriebe ACOPOS arbeiten mit besonders kurzen Abtastzeiten und Kommunikationszyklen von 400 oder 50 μs im Steuerkreis. Dies ermöglicht sehr schnelle, ereignisgesteuer­te Kurvenübergänge für fortschrittlichste Verpackungsmaschinen. Elektronische Kurvenlaufbahnabweichungen werden automatisch alle 400 μs berechnet – unabhängig von der in der Applikation verwendeten Anzahl echter und virtueller Achsen und unbeeinflusst vom Netzwerk oder Steuerungssystem.

Mit welchen Auswirkungen auf die Ver­packungsanwendungen?

Die Primärverpackung stellt die grösste Herausforderung dar. Da auf Maschinen für diesen Zweck das Verpackungsmate­rial mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit auf das Produkt trifft, beeinflusst der Präzisionsgrad sowohl die Produktqualität als auch den Rohmaterialverbrauch. In Abfüllanlagen können beispielsweise sowohl gravimetrische als auch volumetrische Abfüllverfahren reACTION Technology nutzen, um Ventile und Sensoren mit der konkurrenzlosen Präzision von 1 μs zu betreiben. Andere Hochgeschwindigkeits-Maschinenfunktionen wie das Klebstoffschiessen, das Aufdrucken von Code und das Ausstossen von Ausschussware können die B&R-Technologien reACTION und NetTime gemeinsam zur Synchronisierung der Antriebstechnik mit verteilten I/Os nutzen. Digitale Ausgabemuster lassen sich mit einer Auflösung von 125 ns steuern, und schnelle Eingangssignalflanken, wie die von Registrierungskennzeichen oder Produkterkennung, werden mit einem Zeitstempel von 1 μs aufgezeichnet. NetTime Technology kann auch dafür verwendet werden, intelligente Sensoren zu ersetzen, etwa die auf rotierenden Etikettiermaschinen zur Feststellung der Flaschenausrichtung. Analoge Eingangsmodule mit einer Abtastzeit von 50 μs sind in der Lage, die Flaschen zu scannen und die benötigten Daten für die genaue Ausrichtung von bis zu 80 000 Flaschen pro Stunde zu liefern. Produkt- und Verpackungswechsel, Registrierungskennzeichnung, Schneide- und Versiegelungsfunktionen, Fliessband-Tracking und die Produktmani­pulation sind nur einige der Aufgaben in der Verpackung, die fliegende Änderungen der Bewegungsprofile erforderlich machen. Der B&R-Cam-Profile-Automat ermöglicht Maschinenbetreibern ohne die Notwendigkeit neuer Berechnungen an der Steuerung, Bewegungsprofile dynamisch zu ändern. Safe Motion Control von B&R kann die Verfügbarkeit jeder Verpackungsmaschine drastisch erhöhen. So können Produktstaus entfernt oder mechanische Einstellungen vorgenommen und dabei kann die Maschine unter Kontrolle gehalten werden. Das hat nicht nur eine verbesserte Betreibersicherheit zur Folge, sondern auch eine höhere Produktivität.

Warum sind POWERLINK, openSAFETY und der Open-Source-Ansatz so erfolgreich?

Neben ihrer bemerkenswerten Leistungsfähigkeit sind diese Standards auch eine äusserst lohnende Investition. Das liegt ebenso an ihrer Offenheit wie an technischen Eigenschaften wie Hot-Plugging, einfacher Diagnose, der freien Wahl der Netzwerktopologie, Querverkehr und Integration von CANopen-Mechanismen. All das bringt Anwendern einen Mehrwert. Das System stellt für Echtzeit-Ethernet den einzigen Standard auf dem Markt dar, eine reine Softwarelösung in Open-Source unter Verwendung von Standard-Hardwarekomponenten und normgerechter Ethernet-Telegramme. Eingesetzt und unterstützt von einer schnell wachsenden Gemeinde führender Verpackungsmaschinenhersteller, Technologieanbieter und globaler Endanwender, sind diese Technologien ein fortgesetzter Standardisierungsprozess. Das macht sie auf lange Sicht zukunftssicher.

Welchen Beitrag leistet die integrierte Automatisierung von B&R zum modular- mechatronischen Ansatz im Verpackungsmaschinenbau?

Am besten zu erreichen ist ein mecha­tronischer Aufbau mit echter Modularität, indem modulare Hardware dazu gebracht wird, im Einklang mit modularer Software zu arbeiten. Hardwareseitig gibt es die motorintegrierten, auf dem Motor montierten ACOPOS-Antriebe von B&R. Sie bringen die Leistung aus dem Schaltschrank direkt an den Ort des Bedarfs. Verteilte HMI- und I/O-Module lassen sich mit Maschinenmodulen verbinden und schaffen so zusätzlichen Platz und die Flexibilität einer dezentralen Intelligenz. B&R hat die Fertigkeit zur Koordinierung mehrerer Steuerungs- und Sicherheitssysteme bewiesen. Mit POWERLINK konnten 10 Steuerungssysteme und 728 Achsen synchronisiert werden – das ist ein Rekord.

Welche Vorteile bietet Automation Studio 4 Verpackungsmaschinenherstellern?

Automation Studio 4 bietet all jene Funktionen für die Entwicklung im Team, die zur Entwicklung modularer Software gebraucht werden und die völlig unabhängig von der letztendlich eingesetzten Hardware sind. Zudem bietet es eine vollständige Um­gebung für das Simulieren der von jeder Automatisierungskomponente ausgeführten Aufgaben, einschliesslich der Simulation der Motorlast. Maschinenbauer können bereits vor Beginn der mechanischen Konstruktion überprüfen, ob die Maschinenleistung den Kundenanforderungen entspricht. Mit Generic Motion Control wird die Antriebs­lösung völlig unabhängig von den Aktuatoren entwickelt. Dies gibt Maschinenbauern im nächsten Schritt die freie Wahl aus beliebigen Kombinationen von Synchron-, Asynchron-, Schritt- oder Gleichstrommotoren und der Hydraulik zur Erfüllung der Maschinenanforderungen – ohne dazu bereits entwickelte Software noch einmal in die Hand nehmen und abändern zu müssen.

Warum ist die Robotik-Integration so wichtig?

Die Fähigkeit, alle Arten von Roboter-Kinematiken in Maschinen zu integrieren, ist entscheidend für das Erlangen maximaler Flexibilität in der Produktion. In Maschinen eingebaute SCARA- und Delta-Roboter für Sortier- und Entnahmeaufgaben müssen perfekt mit den I/Os und der Antriebstechnik der Maschine synchronisiert sein, um die Leistungsfähigkeit entscheidend zu erhöhen. Ausserhalb der Maschine arbeiten Palettierroboter mit amorphen oder Vierachskinematiken. In solchen Fällen ist der Roboter eine vollständige Maschine, und der Schlüssel zur Steigerung von Flexibilität und Performance ist, ihn nahtlos in die Umverpackungsmaschine zu integ­rieren. B&R hat Lösungen für beide Anforderungsarten. Durch Integration eines vollständigen Satzes von Transformationen für alle verschiedenen Kinematiken in Automation Studio macht es B&R Maschinenbauern leicht, unter Verwendung von PLCopen-Part-4-Robotik und Antriebstechnik konform zur IEC 61131 zu synchronisieren. Offene Standards ermöglichen ein Maximum an Flexibilität.

Warum gewinnt die Integration von Bildverarbeitungssystemen an Bedeutung?

In den nächsten Jahren werden wir in jeder Verpackungsmaschine mehr und mehr Kameras unterschiedliche Aufgaben ausführen sehen. Das Garantieren kompromissloser Qualität, das Maximieren des Gesamtanlagenwirkungsgrades und das Erfüllen von Marktanforderungen wie Rückverfolgbarkeit, Seriennummern und Lebensmittelsicherheit braucht Automatisierungslösungen mit «Augen». Dank der Zusammenarbeit mit Cognex können wir unseren Kunden einen Zusatznutzen mit einer voll vereinheitlichten Maschinenarchitektur und integrierten und synchronisierten Bildverarbeitungssystemen bieten.

Wie sieht die Zukunft der Verpackung aus?

Trends wie die Individualisierung und Ser­i­alisierung stecken den Weg für die Wandlung von Druck- und Verpackungstechnik ab. Nur indem Maschinenbauer den Digitaldruck innerhalb einer Linie ermöglichen, können sie die Individualisierung bis zur Produktion in Losgrösse 1 betreiben. Wir haben da bereits einige Experimente mit den Etiketten von Nutella und Coca-Cola gesehen. Diese gingen zwar nicht auf Losgrösse 1, waren aber grosse Schritte in Richtung Individualisierung. In der Zukunft wird man bei Onlinebestellungen seine eigene kundenindividuelle Verpackung entwerfen können. Manche Maschinenbauer verwenden als Ersatz für konventionelle Flaschenetiketten die Digitaldrucktechnik. Dies ist eine innovative Kombination von Bedruckung und Verpackung, die in den kommenden Jahren das Gebiet der Verpackungstechnik übernehmen wird. Als Marktführer sowohl bei der Verpackung als auch bei der Bedruckung ist B&R perfekt aufgestellt, um integrierte Lösungen für beide Branchen anzubieten.


Info
B&R Industrie-Automation AG
8500 Frauenfeld
Tel. 052 728 00 55, Fax 052 728 00 54
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www.br-automation.com



Hochleistungsverpackungslinie der Mediseal GmbH für die Herstellung von Tabletten-Blistern. Gekapselte und wiederverwendbare Hard- und Softwaremodule minimieren den Aufwand für die branchentypisch häufig anfallenden kundenspezifischen Anpassungen. (Bild: Mediseal GmbH)


«Eine voll vereinheitlichte Maschinen­architektur mit integrierten und synchronisierten Bildverarbeitungssystemen bringt dem Kunden enormen Zusatznutzen.»


Die Zykluszeit für Strom-, Geschwindigkeits- und Positionsregelung des ACOPOS P3 liegt bei 50 µs. (Bilder: B&R)