meurer Verpackungssysteme hat in diesen Tagen beim Tisch- und Tafeldekor- Hersteller Duni in Bramsche eine der weltweit ersten Anlage mit IO Link in Betrieb genommen. Lichttaster der Baureihe WT18-3 von Sick in verschiedenen Funktionen kommunizieren mit der Steuerung der Verpackungsmaschine und bieten dem Endanwender mehr Flexibilität, mehr Betriebssicherheit und mehr Verfügbarkeit.

IO Link als serielles Datenübertragungskonzept zwischen einem Sensor und einem Automatisierungssystem basiert auf der kostengünstigen Erweiterung des vorhandenen Sensor- Schaltsignales zur Kommunikationsschnittstelle. Im Jahr 2005 wurde mit dem Reflexions-Lichttaster WT18-3 erstmals ein kommunikationsfähiger Sensor von Sick vorgestellt, der interessante Möglichkeiten für die Anlagenautomatisierung aufzeigte. Eine von Sick entwickelte ASIC-Chiptechnologie war Voraussetzung, um die bislang übliche Binärschittstelle zwischen Sensor und E/A-Geräten um Kommunikationsfunktionen zu erweitern.

Mit ihr war es erstmals möglich, neben den Binärinformationen auch umfangreiche Servicedaten ohne separates Bussystem oder Zusatzleitung aus dem Anlagenumfeld zu erfassen. Bereits ein Jahr später hatte sich IO Link als Technologietrend herauskristallisiert und ist heute als herstellerübergreifender Standard durch die DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik) und IEC ( International Electrotechnical Commission) verabschiedet und wird im Arbeitskreis der PNO (Profibus Nutzer Organisation) spezifiziert.

meurer Verpackungssysteme war von Anfang an eng in den Entwicklungsprozess bei Sick miteingebunden und hat bereits auf der Interpack 2005 ein erstes Messeexponat mit IO Link präsentiert. „Etwa zwei Jahre später war es soweit: Wir erhielten von der Duni den Auftrag über eine mit IO Link – Sensorik auszurüstende Kartonverpackungsmaschine“, sagt Mario Olliges, Projektierungs- und Vertriebs-Ingenieur bei meurer Verpackungssysteme. 

Schnelle Umrüstzeiten ohne zusätzliches Bussystem

Tischdecken, Tischsets oder Servietten – funktionale Tischdekoration im edlen Design für tägliche und feierliche Anlässe ist der Produktionsschwerpunkt der Firma Duni im Werk Bramsche. „Hergestellt werden die Produkte aus weichem Zellstoff oder Tissue – was man ihnen aber kaum anmerkt“, erläutert Stefan Michael, Gruppenleiter Werkstätten bei Duni, „denn aufgrund ihres hohen Flächengewichtes und der besonderen Verarbeitung fühlen sie sich wie Textilien an.“

Die Haptik eines faltenfreien Stoffgewebes mit den Vorteilen einer modernen Einweglösung bieten auch die 40 cm breiten Dunicel Tête-à-Tête. Ihr Herstellungsprozess umfasst zunächst das farbige Bedrucken und Trocknen. Danach wird die Ware perforiert, geschnitten, aufgerollt, in Folie verpackt und etikettiert. An diese Prozesse schließt sich die Verpackung zu mehreren Rollen in Kartons an. „Je nach Auftrag kann sowohl die Anzahl der Rollen pro Verpackung als auch der Verpackungstyp selbst variieren“, sagt Stefan Michael.

„Daher sind wir auf ein hohes Maß an Flexibilität der Maschine angewiesen, aber auch auf schnelle Umrüstmöglichkeiten und hohe Betriebssicherheit.“ Unter Einsatz von IO Link – fähigen Lichtastern der Baureihe WT18-3 und ihrer Einbindung über Hubs in die vorhandene Profibus DP – Struktur der Maschinensteuerung konnte meurer Verpackungssysteme ihm eine Lösung ohne zusätzliches Bussystem kosteneffizient projektieren, die diese Vorteile bietet.

„Kommunikative“ Kartonverpackungsmaschine

Der Traypacker von meurer schließt sich unmittelbar an die Folienverpackungs- und Kennzeichnungsstation der Tischläuferrollen an, mit dem pro Stunde bis zu 180 Einheiten gefertigt werden können. „Die Maschine kann RSC-Kartons und Trays mit separatem Deckel verarbeiten“, erläutert Arno Averbeck von meurer Verpackungssysteme, der die Anlage in Betrieb genommen hat.

„Sie übernimmt die Rollen in einem Einlaufsegment, stapelt sie gemäß der Verpackungsvorgabe und verschiebt sie dann entsprechend mehrlagig in die im Packer wartende Verpackung“. Der gefüllte Karton taktet weiter durch die Maschine, wird verschlossen, gekennzeichnet und abschließend automatisch palettiert. „Was so einfach klingt, kann jedoch seine Tücken haben“, weiß Arno Averbeck aus Erfahrung. „Daher steuern wir wichtige Prozessschritte mit den IO Link – Lichttastern WT18- 3.“

Im Maschineneinlauf erkennen zwei Sensoren den Einlauf von Rollen und ggf. gleichzeitig einen unerwünschten Rollenstau. Im darauf folgenden Rollenmagazin übernehmen zwei weitere optische Sensoren der Baureihe die Minimal- und Maximalerfassung und gewährleisten so ein korrektes und vollständiges Stapeln der Rollen in mehreren Lagen. Zeitgleich zu diesen Prozessen überwachen zwei Lichttaster im jeweils aktiven Kartonmagazin die präzise Position der Zuschnitte.

„Diese Position kann durch die einstellbaren Sensorabfragen für jedes Format so genau vorgegeben werden, dass immer eine optimale Ausrichtung im Aufrichter gewährleistet wird“, berichtet Arno Averbeck. Im Aufrichter findet eine weitere Anwesenheitserkennung des Zuschnittes statt, ebenso im Packer, in dem die Rollenlagen in den Karton verschoben werden. „Um all diese Funktionen zu überwachen und mögliche Störungen in jeder Schicht und an jedem Tag schnell und gezielt beheben zu können, haben wir auf höchste Bedienfreundlichkeit der Maschine Wert gelegt“, sagt Stefan Michael.

IO Link „spricht“ Klartext bei der Sensoreinstellung und Störungsanalyse

Die Kommunikationsfähigkeit der IO Link – Sensoren, in diesem Fall eingebettet in das vorhandene Profibus DP Konzept des Kartonverpackers, und die Integration der Anzeige der Sensorsignale in das von meurer vorhandene Visualisierungskonzept des Touch Screen - Panels haben die Bedienung der Maschine erheblich vereinfacht. „Das gilt sowohl für die Umstellung zwischen verschiedenen Verpackungsaufträgen als auch für die Störungsbehebung und vorbeugende Maschinenwartung“, bestätigt Stefan Michael.

So wurde bei der Inbetriebnahme für jedes zu verarbeitende Format über das Teach-Feld auf dem Touch Screen eine exakte Einstellung der Lichttaster vorgenommen. „Im Betrieb werden die optimalen Parameter, z. B. Tastweite oder Hysterese des Sensors, aus dem Automatisierungssystem abgerufen, an die Sensoren übertragen und bei Bedarf auf dem Panel angezeigt“, erläutert Mario Olliges.

Kollege Arno Averbeck ergänzt: „Eine mechanische Nachjustierung der Sensoren bei jedem Auftragswechsel entfällt, zudem sind ihre Einstellungen von Auftrag zu Auftrag zu 100% reproduzierbar und damit verlässlich.“ Im Falle einer Störung kann sich der Maschinenbediener sofort ein Bild von der möglichen Ursache machen. „Er berührt auf dem Panel die betreffende Sensordarstellung und erhält sofort alle wichtigen Diagnoseinformationen, z. B. die Signalqualität als Zahl und Balkenanzeige, den Status des Schaltausgangs, den Verschmutzungszustand, die Anzeige eines möglichen Kurzschlusses und Informationen über den etwaigen Einfluss von Fremdsensoren oder auch Dejustage.“, erläutert Stefan Michael, wie schnell und einfach man ohne spezifische Automatisierungskentnisse aktuelle Fehler beheben kann.

Mit diesen Informationen ist es auch möglich, die Anlage in einer Betriebspause vorbeugend zu warten und so Ausfallzeiten durch ungeplante Maschinenstillstände zu vermeiden. Mario Olliges sieht noch einen weiteren Aspekt: „Viele Maschinen sind nicht so nah an unserem Standort in Fürstenau wie die bei Duni in Bramsche, sondern werden irgendwo in der Welt eingesetzt. Sind diese Anlagen mit IO Link ausgerüstet, können wir per Modemverbindung zur Steuerung in der Anlage direkt bis hinab zum Sensor schauen und so bei der Parametrierung und Fehlerbehebung schnell und effizient Support leisten. Dies ist ein bisher undenkbarer Mehrwert für den Betreiber im Bereich „Condition Monitoring“.

Die Anwender kommen aus den Startlöchern Neue Technologien brauchen bis zu ihrer ersten Umsetzung und der Etablierung als Anwendungsstandard immer ihre Zeit. Das war auch bei IO Link nicht anders. Aufgrund der Kabelkompatibilität zu derzeitigen Installationen, der möglichen Integration von nicht IO Link fähigen Sensoren, sowie Kostenneutralität beim Sensor ist die Situation heute grundlegend anders. Das Beispiel der hier geschilderten Installation von IO Link bei Duni zeigt, dass die Anwender aus den Startlöchern kommen.

„IO Link wird in allen zukünftigen Maschinen von uns gefordert werden“, so Stefan Michael. Neben der Verpackungsbranche ist IO Link auch für die Lager- und Fördertechnik ein Thema – ebenso wie für die Pharmaindustrie, die sich mit dem Thema Maschinenvalidierung bis zum Sensor befasst, und alle anderen Branchen, in denen die Verfügbarkeit einer Anlage oder Maschine eine Rolle spielt. Man erkennt die Vorteile von aktiven Sensoren in Maschinen und profitiert davon, dass auch zunehmend geeignete Sensorik auf den Markt kommt.

Hier bietet Sick und andere Hersteller bereits heute ein breite Vielfalt an Geräten und Integrationstechnologien – Lichttaster, Automatisierungs- Lichtgitter, magnetische Zylindersensoren, IO-Link Masteranschaltmodule u. a. m., die dem Anwender nicht nur ein hohes Maß an Investitionssicherheit gewährleisten, sondern ohne zusätzliche Bussysteme mit den vorhandenen Sensorleitungen kosteneffizient einen Mehrwert der Maschine bieten.