Profinet-Drehgeber: Kurze Rüst- und lange Laufzeiten - KEM

Der Autor: Arnold Hettich, Produktmanager Positions- und Bewegungssensorik, Kübler, Villingen-Schwenningen

Die Faustregel ist bekannt: Je kostspieliger eine Maschine, desto kürzer müssen die Ausfallzeiten sein. Daher versucht jedes Unternehmen, die Stillstandsphasen zu minimieren. Eine jener Branchen, in denen technologisch komplexe und allein von der Größe her gewaltige Maschinen zum Einsatz kommen, ist die Papier- und Wellpappenproduktion. Hier ist auch die Firma Klingele Papierwerke zu Hause. Das Unternehmen ist ein führender Hersteller von Verpackungen aus Wellpappe und Wellpappenrohpapieren und beschäftigt allein in Deutschland 1000 Mitarbeiter.

Das Werk am bayerischen Standort Hilpoltstein, etwa 30 km südlich von Nürnberg gelegen, wurde 1959 erbaut und produziert Wellkisten, Stanz-/Faltboden und Spezialverpackungen in unterschiedlichsten Formen und Größen. Dabei reicht die Produktpalette von Transport- und Versandverpackungen aus Wellpappe, päsentations- und regalgerechte Verkaufsverpackungen aus Wellpappe bis zu Wellpappverpackungen für Gefahrgut. Je nach Anforderung können alle Verpackungslösungen bedruckt oder unbedruckt, mit oder ohne Veredelung oder nach speziellen Vorgaben gefertigt werden.

Was hat das nun alles mit Profinet-Hightech zu tun? Die Antwort ist ganz einfach, sie ergibt sich schon allein bei einem Blick auf die Produktionsstätte. Dort stehen die riesigen Rollbahnsysteme, die tonnenschwere Paletten von den produzierenden Maschinen an die Lagerplätze völlig autonom transportieren. „Ich war beeindruckt von der Anlage, als ich sie zum ersten Mal gesehen habe“, erinnert sich Josef Koprek, Entwicklungsingenieur bei Kübler. Er hatte den Auftrag, diese Maschinen im Zuge eines Retrofittings mit Profinet-Technologie nachzurüsten. Gemeinsam mit dem technischen Leiter von Klingele, Matthias Seitz, und der Firma S Team 92 aus Nürnberg, über die alle Planungs- und Programmierarbeiten sowie die Lieferung der Umbauteile ging, zeichnete er für dieses Projekt verantwortlich.

Die Zielsetzung war klar: Mit Profinet sollten die Rüstzeiten deutlich reduziert werden. „Wir haben uns eine deutliche Kostenreduzierung versprochen, und das hat sich auch bewahrheitet“, berichtet Seitz. Angesichts der Investitionen in Höhe von 230 Mio. Euro in die Modernisierung des Unternehmens in den vergangenen zehn Jahren, einer Kapazität von 250 000 t Papier und einer Produktion von 450 Mio. m2 Wellpappe pro Jahr wird das Potenzial mehr als deutlich. „Hier zählt jede Minute“, weiß Seitz. Minuten, die dank der Profinet-Drehgeber eingespart werden können.

Was zeichnet diese Technologie aus? „Bei Profinet handelt es sich um eine ethernetbasierte Technologie, die mit Vollduplex und 100 MBit/s für die Bandbreite sorgt, die für derartige Steuerungsaufgaben benötigt wird“, erklärt Koprek. Sie funktioniert als „gemütliche“ Realtime mit Zykluszeiten um 10 ms, aber auch als harte isochrone Realtime mit 1 ms Zyklustakt und 1 µs Jitter, auch als IRT-Mode bekannt.

Mit seiner jüngsten Entwicklung, dem Sendix-Absolut-Profinet-Drehgeber, hat Kübler genau den Drehgeber, der für solche Aufgaben gebraucht wird. Das gilt für neue Maschinen ebenso wie für ältere. Auch die jetzt mit Profinet-Drehgebern ausgestattete Anlage war bereits mit einem BUS-System versehen. Es handelt sich dabei um eine Inlinemaschine, die Wellpappe aller Formate und Qualitäten mit einer Arbeitsbreite von 600 bis 2150 mm und Länge von 300 bis 900 mm verarbeitet. Die Anlage kann sektionsweise bedrucken, rillen, schlitzen, stanzen, bekleben und falten in einem Arbeitsprozess und schafft maximal 18 000 Bögen/h.

Bis zur Umrüstung war sie mit einer Steuerung mit 6 CPU und Sinec L1 Bus ausgestattet. Die Achsen wurden mit Inkrementalencodern und dazugehöriger PCU (Positioniersteuereinheit) verfahren. Die PCU wurden von einem Zentralrechner mit Maßdaten versorgt. „Die S5 Steuerung mit Sinec L1-Bus machte zunehmend Probleme. Wir hatten sporadisch Fehler in der Signalübertragung und somit SPS-Fehler, die zeitweise zu Maschinenstillständen führten“, fasst Seitz die untragbare Situation zusammen. Auch die Achsensteuerung habe nur noch teilweise automatisch funktioniert. „Die Maßdaten wurden zwar noch übertragen, aber die Achsen liefen beim Auftragswechsel nicht automatisch auf das passende Maß“, erzählt Seitz.

Beim Retrofit durch die Firma S Team 92 wurde im ersten Schritt der störungsanfällige Sinec-L1-Bus durch Profinet ausgetauscht. Im zweiten Schritt wurde der Zentralrechner für Auftragswechsel und Achssteuerung durch einen Siemens IPC und drei Touchpanels getauscht. Gleichzeitig wurden alle 32 Encoder durch Kübler-Absolutwertgeber mit Profinet ersetzt. Die Verkabelung wurde sektionsweise mit Switchen gelöst. Am Anfang kam es vermehrt zu Störungen der Geber, was an einer doppelten IP-Belegung der Profinetcontroller lag. Nach Updates der Kübler-Firmware und des Siemens-IPC läuft die Anlage nun absolut störungsfrei und sicher. Durch das Retrofit konnten sowohl die Anzahl der Stillstände als auch die Rüstzeiten deutlich verringert werden. „Die Investition zahlt sich für uns in barer Münze aus, wir sind sehr zufrieden“, lautet denn auch das Fazit von Seitz. I

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