21.07.2020
ID: 3177

Delta-Kinematik ohne Schaltschrank

Entwicklungsprojekt nutzt Ansätze der Industrie 4.0 sowie eigene Elektronik-Kompetenz

Maschinen und Anlagen mit dezentraler Automation – diese Vision wird immer mehr zur Wirklichkeit – dank der Automatisierungsplattform CPX von Festo. Jetzt präsentiert der Technologieführer der Automatisierungstechnik mit Elektrik und Pneumatik ein Entwicklungsprojekt mit der Delta-Kinematik – ganz ohne Schaltschrank.

Schon 2014 zeigte beispielsweise der italienische Verpackungsmaschinenhersteller Cama auf der Verpackungsmesse Interpack einen schaltschranklosen Side-Loader und avancierte damit zum Trendsetter Die Verpackungsmaschine nutzt als Steuerung die Automatisierungsplattform CPX von Festo, die alle pneumatischen und elektrischen Steuerketten integriert. Damit eröffnen sich für Maschinen- und Anlagenplaner ganz neue Horizonte im Anlagenlayout ihrer Fabriken. Sie haben jetzt mehr Platz und gewinnen Flexibilität zur Integration anderer Anlagenteile in der Linie. (vgl. www.festo.com/net/de_corp/SupportPortal/Press.aspx?documentId=360348).

 

Steuerung mit CPX

Das Entwicklungsprojekt High-Speed-Handling mit CPX und dem neuen „integrierten Antrieb“ EMCA wirkt jetzt wie ein Trendverstärker. Die Delta-Kinematik mit 100 Picks pro Minute ermöglicht freie Bewegungen im Raum. Die Automatisierungsplattform CPX integriert die komplette elektro-pneumatische Steuerkette über eine Codesys-Steuerung: vom E/A-Signal über einfache elektrische und pneumatische Bewegungen bis zur Transformation der Tripod-Modelle mit Kalibrierungoption.

 

Revolutionär dabei ist die Steuerung mit CPX. Ursprünglich als Ventilinsel mit Remote I/O konzipiert, macht Festo hier einen großen Schritt nach vorn in der dezentralen Automation in der Maschine. Dank IP65/67 kommen Steuerung und Tripod erstmals komplett ohne Schaltschrank aus.

 

Integrated Automation mit CPX

Ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu Industrie 4.0 ist das Konzept der Integrated Automation von Festo – auf Basis der Automatisierungsplattform CPX. Industrie 4.0 wird geprägt sein von der Vernetzung der Komponenten eines Fertigungssystems untereinander, vom permanenten Austausch von Informationen, dem Zusammenführen verschiedener Sensorauswertungen und vom Erkennen komplexer Ereignisse und kritischer Zustände bis hin zur selbständigen Entscheidungsfindung und Steuerung vor Ort.

 

Das elektrische Terminal für Ventilinseln bietet schon heute mehr als nur den Anschluss der Feld- an die Leitebene. Schon heute ist es diagnosefähig und kann Condition-Monitoring-Aufgaben übernehmen. Schon heute integriert es mit seinen einzelnen Modulen die Ansteuerung pneumatischer Zylinder über die modularen Ventilinseln MPA und VTSA mit den Motion Controllern für elektrische Antriebe. Schon heute integriert es Safety-Funktionen.

 

Internet der Dinge

Damit kann man auf Diagnose-Informationen zugreifen, Fehler schnell lokalisieren und Module austauschen. Beispiele für die Integration von Funktionen sind IT-Leistungen wie ein Web-Server, ein Front-End-Controller zur dezentralen Steuerung vor Ort, ein End-Position-Controller, ein Proportionalventil oder ein Drucksensor zur Erfassung von internen Ventilinsel-Drücken bzw. externen Signalen.

 

Schon heute integriert CPX alle gängigen Bussysteme und das Industrial Ethernet. Damit ist CPX bestens gewappnet für die Zukunft. Experten sehen im Zeitalter der Industrie 4.0 das Ende des heutigen Chaos der unzähligen Bussysteme gekommen. Es wird dann nur noch ein einziges weltweit standardisiertes Protokoll geben, das Internet-Protokoll auf echtzeitfähigem WLAN oder Ethernet.

 

CPX aus der Technologiefabrik Scharnhausen

Auf Spectrum-Testsystemen und Montagesystemen werden in der Technologiefabrik Scharnhausen jährlich mehrere 10.000 Einheiten der CPX nach individuellen Kundenwünschen montiert. Bis zu 300 verschiedene Bauteile sind dafür notwendig. Dazu gehören elektronische Bauelemente wie SMD (Surface Mounted Devices) und bedrahtete Bauelemente (THT – Through Hole Technology).

 

Auf verschiedenen Anlagen werden diese Bauelemente nach unterschiedlichen Lötverfahren verarbeitet. Unterschiedliche Prüfverfahren sichern die hohe Qualität. Diese reichen von der Automatischen Optischen Inspektion (AOI) über In-circuit-Tests (ICT) bis hin zu System-Tests (EOL-Test).

 

Integrierter elektrischer Antrieb EMCA

Entscheidend für das Robotiksystem sind auch die verwendeten elektrischen Antriebe EMCA mit integrierten wartungsfreien EC-Motoren in IP54/65. Die bürstenlosen Gleichstrommotoren mit absoluter Positionserfassung, integriertem Regler, Leistungselektronik, absoluten Encodern – und der Option für absolute Multiturn-Encoder sowie integrierten Haltebremsen und Feldbus-Schnittstellen – sorgen neben der CPX dafür, dass der Schaltschrank obsolet wird.

 

Auch die Elektronik-Bauteile dieses neuen integrierten Motors entstehen in der Elektronikfertigung der Technologiefabrik Scharnhausen und werden in allen Varianten flexibel gefertigt.

 

High-Speed Handling

Das Handling in Delta-Kinematik zeichnet sich vor allem durch hohe Dynamik aufgrund geringer bewegter Masse und hohe Steifigkeit durch den pyramidenförmigen, geschlossenen Aufbau aus. Die Geschlossenheit wird durch drei Doppelstäbe erreicht, die dafür sorgen, dass die Flanschplatte ständig in einer waagrechten Position bleibt. Achsen und Motoren sind ortsfest.

 

Die Delta-Kinematik trägt den Forderungen in der Handhabungstechnik nach kurzen Taktzeiten, Dynamik, Funktionsintegration, schnellem Plug and Work, niedrigen Anschaffungs- und Betriebskosten sowie schneller Time-to-Market Rechnung. Bedingt durch den konstruktiven Aufbau bietet der Tripod eine bessere Zugänglichkeit im Arbeitsraum als konventionelle kartesische oder Scara-Roboter.

 

Virtuelle Inbetriebnahme

Das Entwicklungsprojekt kann als virtuelles Modell in eine Anlage eingebunden werden. Dabei wird die Anlage zunächst rein virtuell in einer CIROS-Simulation erstellt. Die CIROS-Simulation von Festo Didactic übernimmt den Tripod als Modell aus dem CAD-System und verarbeitet die Daten direkt weiter. Nach und nach werden dann virtuelle durch reale Komponenten ersetzt.

 

Mit der CIROS-Software von Festo Didactic wird das virtuelle Verhaltensmodell aus der Bibliothek erstellt bzw. konfiguriert und dient damit als Ersatz für das noch nicht gefertigte reale System. Somit kann die Steuerung schon für die gesamte Anlage entwickelt und getestet werden. Das verbessert die Qualität, verkürzt die Inbetriebnahmezeit und ist wegweisend für Industrie 4.0. In Zukunft soll AML (Automation Markup Language) als Datenaustauschformat der Industrie 4.0 der Standard für diese Simulationen werden.

 

Virtuelle Inbetriebnahme, OPC-UA Schnittstellen für Industrie 4.0 oder das Internet der Dinge (IoT), Codesys-V3-Softmotion-Transformationsmodelle mit Kalibrieroption – ausgestattet mit diesen Features stößt das Entwicklungsprojekt mit CPX/EMCA die Tür weit auf in Richtung Industrie 4.0.

Festo ist gleichzeitig Global Player und unabhängiges Familienunternehmen mit Sitz in Esslingen am Neckar. In der industriellen Automatisierungstechnik und technischen Bildung setzt Festo seit seinen Anfängen Maßstäbe und leistet damit einen Beitrag zu einer nachhaltigen Entwicklung von Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft. Das Unternehmen liefert pneumatische und elektrische Automatisierungstechnik für 300.000 Kunden der Fabrik- und Prozessautomatisierung in über 35 Branchen. Wachsende Bedeutung erhalten Bereiche wie Digitalisierung, KI sowie LifeTech mit Medizintechnik- und Laborautomation. Produkte und Services sind in 176 Ländern der Erde erhältlich. Weltweit rund 20.800 Mitarbeitende in rund 60 Ländern mit über 250 Niederlassungen erwirtschafteten 2022 einen Umsatz von ca. 3,81 Mrd. €. Davon werden jährlich rund 7 % in Forschung und Entwicklung investiert. Im Lernunternehmen beträgt der Anteil der Aus- und Weiterbildungsmaßnahmen 1,5 % vom Umsatz. Festo Didactic SE ist führender Anbieter in technischer Aus- und Weiterbildung und bietet seinen Kunden weltweit umfassende digitale und physische Lernlösungen im industriellen Umfeld an.

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Delta-Kinematik ohne Schaltschrank 1
Delta-Kinematik ohne Schaltschrank: ein Entwicklungsprojekt von Festo ermöglicht diese Vision.
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Automatisierungsplattform CPX
Integriert die gesamte elektrische und pneumatische Steuerungskette: die Automatisierungsplattform CPX.
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EMCA 1
Integrierter Antrieb EMCA: Der bürstenlose Gleichstrommotor von Festo mit absoluter Positionserfassung, integriertem Regler, Leistungselektronik, absoluten Encodern.
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EMCA 2
Integrierter Antrieb EMCA: Der bürstenlose Gleichstrommotor von Festo mit absoluter Positionserfassung, integriertem Regler, Leistungselektronik, absoluten Encodern.
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Delta-Kinematik ohne Schaltschrank 2
Industrie 4.0: Das Entwicklungsprojekt kann als virtuelles Modell in einer Anlage integriert werden.
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Delta-Kinematik ohne Schaltschrank 3
Industrie 4.0: Das Entwicklungsprojekt kann als virtuelles Modell in einer Anlage integriert werden.
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Technologiefabrik Elektronikfertigung SMD Anlagen
Elektronikfertigung der Technologiefabrik: Jährlich werden mehrere 10.000 Einheiten der CPX nach individuellen Kundenwünschen montiert. Bis zu 300 verschiedene Bauteile sind dafür notwendig. Dazu gehören elektronische Bauelemente wie SMD (Surface...
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Technologiefabrik Elektronikfertigung Prüfung
Elektronikfertigung der Technologiefabrik: Unterschiedliche Prüfverfahren sichern die hohe Qualität. Diese reichen von der Automatischen Optischen Inspektion (AOI) über In-circuit-Tests (ICT) bis hin zu System-Tests (EOL-Test).

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