Beckhoff Applicaties:

Beckhoff soft-PC's centraal bij Stapelspecialist Universal Corrugated


De productie van karton is een gedegen, vrijwel uitontwikkelde technologie. Voor de industrie is de winst te behalen door een verbetering van de logistiek en vooral door een snelle en storingsvrije verwerking van het geproduceerde karton. Eťn van de grootse bottlenecks daarbij is het stapelen en afvoeren van de afgesneden vellen. Op dat punt vindt immers de omslag plaats van een continu proces (het produceren zelf) en een batchproces (het vormen van stapels).
Het Almelose bedrijf Universal Corrugated, een dochter van het Duitse MINDA Industieanlagen GmbH, heeft zich gespecialiseerd in stapelaarinrichtingen voor de kartonindustrie. Commercieel Manager Ad Jongmans kent de waarde van 'zijn' systemen: "Als er bij ons ook maar iets mis gaat, stokt de hele productiestraat. Dankzij een aantal unieke vindingen en het inzetten van Twincat soft-PC's heeft Universal een leidende positie veroverd binnen de geÔndustrialiseerde wereld met een marktaandeel van 10 tot 15%.


Het stapelen van de platen, die van de eindeloze rol karton worden gesneden, is op zich geen probleem. De platen lopen tegen een aanslag op een tafel, die langzaam naar beneden zakt. In het verleden - en nu nog bij de langzaam lopende machines in minder ontwikkelde landen - werden de platen op de band met de hand tijdelijk opgehouden, waarna de stapel - ook weer met handkracht - uitgenomen wordt waarna de tafel weer op de oorspronkelijke hoogte terugkeert. Bij snelheden tot 400 meter per minuut is menselijk ingrijpen onmogelijk ťn onwenselijk. Universal ontwikkelde een uniek systeem waarbij - op het juiste moment - de achterkamt van het eerste vel van een nieuw te vormen stapel door een vacuŁmbalk wordt vastgehouden. Het nieuwe pak loopt - vastgehouden door de meebewegende vacuŁmbalk - met een lagere snelheid door, waardoor het mogelijk wordt om de achtergelegen tafel leeg te maken en weer in positie te brengen. Dit gebeurt uiteraard volledig automatisch en 'in lijn' met de stapelaar. Als voorbereiding op het ingrijpen van de vacuŁmbalk is vůůr de stapelaar al een remfase ingebouwd, waardoor de platen dakpansgewijs op elkaar komen te liggen. De vacuŁmbalk drijft vervolgens een wig in deze aanvoer.

Het bepalen van het exact juiste moment, waarop de vacuŁmbalk in actie moet komen is een automatiseringsprobleem 'om van te smullen'. Een vel te vroeg of te laat aangrijpen levert afwijkingen op in de ordergrootte. Dit is met name desastreus omdat een moderne kartonfabriek met veel verschillende maten werkt en de ordergrootte steeds kleiner wordt. Productwissels binnen enkele minuten zijn daardoor vaak eerder regel dan uitzondering.



VacuŁmbalk
De stapelaar vormt een belangrijk onderdeel van de totale productiestraat, die begint bij de eigenlijke kartonmachine en eindigt in het tussenmagazijn. Voor het gelijk lopen van de orderwisseling met het 'ingrijpen' door de vacuŁmbalk worden al ver voor de eigenlijke stapelaar de eerste stappen gezet: in de snijmachine en op de daar achter gelegen band zijn sensoren geplaatst die het proces volgen. Software-enigeer Johan Oude Wesselink: "Bij elke orderwisseling wordt door de snijmachine een signaal doorgegeven aan de stapelaar. Naast het tijdstip waarop de achterzijde van de eerste plaat van de nieuwe order de vacuŁmbalk passeert, wordt ook informatie over de afmetingen doorgegeven, waardoor de aanslagbalk op het juiste moment in de juiste positie wordt geplaatst. Uiteraard gaat deze informatie mee naar de installatie die zorgt voor de afvoer van de stapels naar het tussenmagazijn. In het systeem worden geen visioncamera's toegepast. Het volgen geschiedt volledig elektronisch.
Ad Jongmans vergelijkt de huidige technologie graag met de (oude) handmatige handling: "Het briefje dat in vroeger jaren bij de snijmachine met een order werd meegegeven, is vervangen door een elektronisch briefje, dat de order van milliseconde tot milliseconde volgt. Deze elektronische boodschap wordt ingegeven door de werkvoorbereiding en doorgegeven aan de andere apparatuur van ons moederbedrijf. MINDA."

Door de steeds hogere snelheid en de steeds kleinere wordende orders, is het aantal orderwisselingen groot. In het gunstigste geval loopt een order in enkele minuten door, maar er zijn ook machines waarin meer dan 250 orderwissels per acht uur plaatsvinden. De orderwisseling, inclusief het opbouwen van een langzamer lopende stapeling met behulp van de vacuŁmbalk, geschiedt in enkele seconden, waardoor er bij snelle orderwisseling in feite constant sprake is van het opbouwen en weer los laten van een tijdelijke stapeling. Zonder een feilloze communicatie binnen de productielijn is het onmogelijk om dit storingvrij te laten verlopen.

Van relais tot industriŽle soft-PC's
De besturing van dit systeem werd tot 1986 geregeld met relais. Daarna volgden de verschillende typen PLC, eerst Telemeganiek en vervolgens Siemens. Door de grote hoeveelheid data die in een zeer korte tijd verwerkt moesten worden (en de steeds hoger wordende productiesnelheid) stapte Universal over op de Beckhoff Dos, ťťn van de eerste soft-PC's. Oude Wesselink: "We werkten in eerste instantie met een 486-lichtbuskaart die met glasvezel verbinden was met de remote I/O's."
Vijf jaar geleden volgde de overstap naar Twincat soft-PC (ook van Beckhoff) onder NT. Deze is met name geschikt voor het razendsnel (in milliseconden) doorgeven van grote hoeveelheden data. Het traditionele beeldscherm is intussen vervangen door een touchscreen. Dit operator-interface wordt door de engineers van Universal geprogrammeerd in visual basic.




Optische verbindingen
De datacommunicatie tussen de soft-PC's van de stapelaar en de daarvoor en daarna geplaatste machines geschiedt met een optische ethernetverbinding. Voor de kortere verbindingen (tot ca. 30 meter) worden kunststofvezels toegepast. Daarboven 'echte' glasvezel.
Voor het aansturen van de frequentieregelaars is het niet noodzakelijk om een dergelijk snel netwerk toe te passen, maar kan worden volstaan met een traditioneel Profibus-netwerk. Hetzelfde netwerk wordt gebruikt voor het kalibreren van de frequentieregelaars. Hierdoor past - na een storing - een vervangen frequentieregelaar zich automatisch aan.

Inmiddels is ook de veiligheidscomponent in het bussysteem geÔntegreerd. Universal gebruikte hiervoor de nieuwe AS-i bus met AS-i safetechnologie. De hoeveelheid bekabeling is hierdoor aanzienlijk beperkt. Het grote voordeel van dit bussysteem is, volgens Oude Wesselink, eenvoud en de simpele programmeerbaarheid. "Voor een groter aantal veiligheidssystemen is AS-i echter niet toereikend, maar de 32 slaves in de traditionele uitvoering waren voor ons meer dan genoeg."
De besturing geschiedt door drie Beckhoff soft IPC's, elk met een profibus verbinding met de frequentieregelaars en een lichtbus-verbinding naar de schakelkast. Hieraan is onder meer de AS-i Bus met AS-i Safe technologie gekoppeld. Voorde verbinding tussen de drie IPC's wordt gebruik gemaakt van ethernet.

De aandrijving van bijna alle elementen van de stapelaar geschiedt met behulp van frequentiegeregelde gelijkstroommotoren. In een enkel geval wordt nog pneumatiek toegepast. De hydrauliek is volledig uit het ontwerp verdwenen.

Ingebruikstelling en onderhoud
Universal hanteert de filosofie dat de overal in de wereld geplaatste installaties als het ware eigendom zijn van ťťn ploeg monteurs. Zij bouwen - samen met hun collega's - in de fabriek in Almelo de machine op en zorgen als ploeg voor de demontage om deze vervolgens ter plaatse weer op te bouwen. Eerst gaat de mechanische ploeg op reis, daarna de elektrisch en vervolgens de software-engineers. Ook het ingebruikstellen en het groot onderhoud wordt door zo veel mogelijk door dezelfde mensen uitgevoerd. De service - bij dergelijke hoogwaardige machines vormt service een integraal onderdeel van de verkoop - geschiedt voor het overgrote deel op afstand via een (analoge) modemverbinding met de daar geplaatste soft PLC's. Voor de communicatie wordt gebruik gemaakt van het vertrouwde programma PC Anywhere. In de toekomst zal dat mogelijk vervangen worden door een internetverbinding.
Deze service-op-afstand vindt met name plaats in de eerste twee jaar na installatie. Hierbij is het ook mogelijk om -via de modemverbinding - de historie van de handelingen van de operators op te halen. Na deze aanloopfase zijn de lokale mensen voldoende ingewerkt om de meest voorkomende storingen re voorkomen en te verhelpen. Door de toepassing van bussystemen en zelfkalibrerende frequentieregelaars zijn de stilstandmomenten - zowel in aantal als in duur - echter zeer beperkt.

Universal Corrugated, Almelo