Die Firma Western Mechanical Handling (WMH) entwickelt Produktionsanlagen für die Lebensmittelindustrie. Zum Beispiel für Quiches, die mit ihrer flüssigen Füllung und dem weichen Teig schwierig handhabbar sind. Bei der hohen Geschwindigkeit im Produktionsprozess ist die Gefahr groß, dass sie beschädigt werden.
Früher schützten Einwegschalen aus Aluminiumfolie die Quiches, wenn sie an die Maschinenumgebung stießen. Die Schale wurde anschließend Teil der Endverpackung. Doch durch das wachsende Umweltbewusstsein fordern Verbraucher zunehmend weniger Verpackungsmüll, natürlich bei unversehrter Ware.
"Mit dieser Aufgabenstellung haben wir uns in den letzten Jahren intensiv befasst und Konzepte entwickelt, die sich für unterschiedliche Anwendungen adaptieren lassen", sagt Matt Hurley von WMH. "Mit dem Projekt in der Quiche-Fertigung konnten wir die so genannte sanfte Aneinanderreihung perfektionieren. Dieses Verfahren ist auf viele Produktarten anwendbar, beispielsweise für Pasteten oder Pizzen." Die Herausforderung: Wie lassen sich unregelmäßig laufende Quiches mit akkuraten Zwischenabständen in geordnete Reihen bringen, bevor sie in den Bandofen befördert werden?
Die Lösung ist eine servogesteuerte In-line-Gruppier-strecke und ein intelligentes Messsystem. Die Quiches werden in beliebigen Zeitabständen von der Hauptförderanlage angeliefert. Dabei erkennen die Messsensoren die Position der nächsten Quiche auf dem Hauptband, berechnen die Zeit bis zu ihrem Eintreffen an der Gruppierstrecke und richten das Stauförderband so ein, dass der Abstand zwischen den Quiches optimal ist. Bei längeren Wartezeiten pausiert das Förderband. Ist eine Quiche-Strecke vollständig gereiht, wandert sie in den Ofen. Dann muss das Gebäck für den Verpackungsprozess abgekühlt werden und durchläuft eine Kühlkammer.
Servotechnik für kleineChargen
"Im Falle der Quiche-Anlage besteht das System aus drei kleineren, unabhängig voneinander gesteuerten Förderbändern", erklärt Hurley. Jedes einzelne Band wird von einem Mitsubishi Electric Servomotor HF-KP73 und dem Servoverstärker MR-J3-70B angetrieben. Die System-Q-Steuerung lenkt den Prozess. Die Motoren besitzen einen niedrigen Massenträgheitsmoment und reagieren schnell auf Geschwindigkeitsänderungen. Da die Chargen in der Quiche-Förderanlage berechenbar, klein und wenig schwankend sind, bieten sich diese -Motoren an. Motoren mit hohem Trägheitsmoment werden in der Regel in Applikationen eingesetzt, in denen Geschwindigkeit und Chargengröße stärker -variieren.
Die Servoverstärker bieten eine präzise Bewegungssteuerung, Plug&Play-Installation und einfache Bedienung. Zudem verfügen sie über viele Funktionen. Für WMH ist das Vibrationsunterdrückungssystem angesichts der flüssigen Quiche-Füllung besonders nützlich, während das Echtzeit-Auto-Tuning die Präzision in der Ausrichtung und Positionierung der Teigwaren sicherstellt. Die kompakte Größe der Servoverstärker kam dem Anlagenbau zugute. WMH entschied sich für die B-Variante der MR-J3-Serie, da sie komplexe Mehrachsbewegungssequenzen handhaben kann und über Datenübertragungsoptionen verfügt, über die der Verstärker mit SPS, Sensoren und HMI zusammenarbeiten kann.
Die Steuerung Melsec System Q kombiniert alle Elemente von üblichen Automatisierungssystemen in einem kompakten, integrierten Hochgeschwindigkeitssystem. Sie verfügt über ein Multi-CPU-Konzept, auf die anwendungsspezifische Steuerungsmodule problemlos aufgesteckt werden können. Die in der Quiche-Anlage eingesetzte Q170MCPU kombiniert Bewegungs- und Logiksteuerung in einem einzigen Modul. Mit Ports zur Datenübertragung, einer externen Encoder-Schnittstelle sowie Eingabeschnittstellen zur Datenerfassung in Hochgeschwindigkeit konnte ein anforderungsgerechtes Hochleistungssystem in kompaktem Baumaß entwickelt werden.
Umrichter für nicht präzise Bewegungen
Sobald die Quiche-Reihe zur Ofenvorderseite ausgerichtet ist, wird eine Hubbühne abgesenkt und überträgt die Ware auf das Ofenband. Da es sich bei dem Vorgang nicht um eine Präzi-sionsbewegung handelt, kann er mit einem Frequenzumrichter FR700 ausgeführt werden. Insgesamt verfügt die Anlage über zehn dieser Umrichter zur Steuerung von Nicht-Präzisionsachsen. Trotzdem stimmen sich alle Umrichter mit den Servoverstärkern in der Gruppierstrecke ab. Sie werden über das RS485-Netzwerk mit einem SPS-Modul gesteuert.
Flexibilität voll gewährleistet
Im laufenden Betrieb muss sich die Gruppierstrecke momentan an drei verschiedene Quiche-Größen anpassen. Mit dem flexiblen Aufbau der Stauförderstrecke lassen sich je nach Marktnachfrage auch neue Größen und Formen mit akkuratem Abstand zum Backvorgang befördern. "Die Komponenten von Mitsu-bishi Electric ermöglichen einen hohen Grad an Flexibilität im Aufbau", sagt Hurley. Die Förderanlage ließe sich bei geänderten Anforderungen einfach neu programmieren. Sogar ein stündlicher Wechsel zwischen Quiches, Kuchen oder Pizzen sei realisierbar.
Für die Ablaufkontrolle setzt WMH ein GOT HMI vom Typ GT1665M-VTBA ein, das mit der SPS über eine Ethernet-Verbindung kommuniziert. Der Touchscreen informiert nicht nur die Bediener auf Produktionsebene, sondern dient auch als lokaler Steuerungspunkt für die Dateneingabe oder die Parameteränderung. Das HMI verfügt über eine VNC-Op-tion zur Fernsteuerung der Anlagen.
