Planung, Programmierung und Visualisierung von Verfahrprofilen eines schrittmotorbetriebenen Kreuztisches gesteuert durch eine SPS mit Schrittmotorklemmen.

von Patrick Kolb, Patrick Graf und Adam Brachmann
in Zusammenarbeit mit groninger & co. gmbh
betreut von Herrn Dipl. Ing. (FH) Markus Stock

Überblick

Die Firma groninger & co. gmbh fertigt Sondermaschinen für sterile Prozesse, wie z.b. reinigen und füllen von diversen Pharmaprodukten. Aufgrund der hohen Sterilitätsanforderungen in diesem Bereich ist es notwendig die Reinigungsleistung der Anlagen überprüfen zu können. Hierzu wird im Hause groninger ein sogenannter Kreuztisch verwendet. Dieser Kreuztisch verfügt über zwei Linearachsen die kreuzförmig zueinander montiert sind. Mittels frei parametrierbaren Verfahrwegen werden Bakterien definiert auf eine Objektreferenz aufgetragen. Die Firma groninger verfügt bereits über einen solchen Tisch, welcher aber nicht den gewünschten Anforderungen entspricht. Durch die Technikerarbeit sollte eine Verbesserung des bestehenden Systems erzielt werden.

Das Projekt umfasste dabei folgende Aufgabenfelder:
  • Aufnahme der bestehenden Anlage
  • Auswahl der Komponenten
  • Erstellung von Stromlaufplänen
  • Programmierung einer S7-300
  • Erstellen einer Visualisierungsoberfläche
  • Installation der elektrischen Komponenten

Ausführung

Ausgangssituation

Alte Ausführung des Tisches

Der bestehende Kreuztisch verfügte über einige Nachteile. So ist zum Beispiel eine Verfahrwegänderung nur über ein zusätzliches Programmiergerät sowie vorhandene Programmierkenntnisse durchführbar. Ein weiterer Nachteil sind die Abmaße des bestehenden Tisches, welcher für viele standardisierte Laminar Flow Einheiten zu groß ist. Ein einfacher Transport, um die Maschine auch beim Kunden vor Ort nutzen zu können, ist aufgrund der starren, nicht steckbaren, Verbindung und der Größe des Tisches von einer Person nicht möglich.

Die Neuauflage des Kreuztisches sollte somit folgende Verbesserungen erfahren:
  • Änderung der Verfahrprofile ohne jegliche Programmierkenntnisse und Programmiergeräte
  • Änderungen der Parameter über ein integriertes Touchpanel
  • Erhöhung der Mobilität durch leichte und kompakte Bauform sowie flexible und steckbare Verbindungen
  • Leichtere Reinigung des Tisches



Realisierung


Aufgrund des Umfangs des Projektes wurde die Realisierung in vier Unterbereiche aufgeteilt.

Diese Bereiche sind:
  1. Planung
  2. Installation
  3. Programmierung
  4. Visualisierung



1. Planung
Anhand eines Lastenheftes konnte ein Stromlaufplan mit EPLAN P8 erstellt und dadurch alle Komponenten bestimmt werden. Aufgrund der Anforderung an hohe Mobilität entschieden wir uns für die Verwendung eines mit Aluminium beschlagenen Koffers. Durch die Verwendung eines Koffers war es möglich das benötigte Touchpanel innerhalb des Deckels zu platzieren. Das empfindliche Touchpanel wird dadurch, bei einem Transport, hinreichend geschützt. Zudem ist der Deckel abnehmbar um eine leichte Bedienung des Touchpanels zu gewährleisten. Die benötigten Leitungen sind an der Seite des Koffers in einem Anschlussterminal untergebracht und sind somit beim Transport auch geschützt. Ein weiteres Feld der Planung war die Leitungsberechnung. Hierbei musste die Verbindungsleitung zwischen Koffer und Tisch ausgelegt werden. Des Weiteren umfasste die Planung auch eine Gefahrenbeurteilung um die benötigten Sicherheitseinrichtungen festzustellen.




2. Installation

Installation des Tisches

Nach Fertigstellung des Stromlaufplanes und dem erstellen von Zeichnungen, welche die Anordnung der Komponenten darstellen, konnte mit den mechanischen Arbeiten am Koffer sowie am Tisch begonnen werden. Die Arbeiten am Koffer beinhalteten den Aufbau und die Verdrahtung der Montageplatte, das anbringen und installieren des Anschlussterminals sowie die Montage und Installation des Touchpanels. Am Tisch erfolgte die Platzierung der dezentralen Peripherie, die Installation der elektrischen Komponenten sowie diverse mechanische Anpassungen. Bei der Installation musste auf eine einfache Reinigung des Tisches geachtet werden. Somit war es nötig die Leitungsverlegung so zu realisieren, dass diese nicht beschmutzt werden konnten. Des Weiteren wurden die Komponenten unter einer Blechabdeckung verborgen. Die Leitungen, die dennoch im Verschmutzungsbereich angebracht werden mussten, werden von einem Silikonschlauch umhüllt.



3. Programmierung

Übersicht über Programmablauf

Zum Anfang der Programmierung wurde mit dem erstellen von Ablaufplänen begonnen. Zusätzlich musste sich in eine bestehende Programmvorlage eingearbeitet werden. Diverse Funktionen und Bausteine wurden erstellt, welche zum Betrieb des Tisches erforderlich sind. Dazu gehören zum Beispiel die Realisierung einer Referenzfahrt, die Einbindung von Softwaregrenzen, die Einbindung eines Tipp-Betriebs zum teachen von Startpunkten sowie die Realisierung der beiden Verfahrprofile. Die Umsetzung der Verfahrprofile beinhaltete unter anderem auch eine Einarbeitung in die Schrittmotorklemmen der Firma Beckhoff. Diese Klemmen arbeiten mit Hilfe verschiedener Register, welche unterschiedliche Funktionen bereitstellen.



4. Visualisierung

Beispielseite der Visualisierung

Die Visualisierung erfolgte mittels WinCC Flexible der Firma Siemens. Hierbei wurde auf eine Designvorlage der Firma groninger zurückgegriffen. Das Ziel der Visualisierung war es eine intuitiv bedienbare Oberfläche zu gestalten. Der Bediener hat hierbei die Möglichkeit anhand von zwei Grundverfahrprofilen, diese über die Eingabe von gewünschten, spezifischen Parametern frei zu gestalten. Dabei veranschaulicht ein in der Visualisierung angebrachtes Bild, mithilfe einer Legende, welche Parameter geändert werden. Bei Parametern die eine Bereichsüberschreitung verursachen würden, werden die dafür verantwortlichen Parameter rot hinterlegt, eine Fehlermeldung generiert und ein starten des Sprühvorgangs unterbunden. Weiterhin besteht die Möglichkeit Profile zu speichern und Startpunkte zu teachen.