Modernes Motion-Control-System vereinfacht Bauweise modularer Druckmaschinen

28. Januar 2014 --- Der kosteneffiziente Motion Controller für eine Mehrachssteuerung und die Umgebung der Softwareentwicklung mit Hochsprachenprogrammierung von ABB versetzt Rollem, einem führenden Hersteller von Spezialdruckmaschinen, in die Lage, sein modulares Weiterverabeitungssystem innerhalb kürzester Zeit zu erweitern. Mit der neuen Bewegungsarchitektur kann ein weiteres Peripheriegerät zur Produktpalette des Bereichs Ausrüstung für die Druckweiterverarbeitung des Unternehmens hinzugefügt werden: eine Stapeleinheit zur mengenmäßigen Aufnahme und Gruppierung von Produkten in versandfertige Fertigerzeugnisse, wie z. B. Visitenkarten. 

Mit seiner Spezialisierung auf ultrapräzise Schneid-, Loch- und Ritzmaschinen hat sich Rollem einen weltweit guten Ruf als Hersteller von Druckweiterverarbeitungsanlagen für qualitativ und sicherheitstechnisch anspruchsvolle Anwendungen erarbeitet. Die Fokussierung des Unternehmens auf äußerst präzise Anlagen erlaubt es Endanwendern von Rollem-Weiterverarbeitungsmaschinen, häufig zusätzliche Einheiten oder Standard-Papiergrößen im Produktionsprozess unterzubringen.  

Das Herzstück aller aktuellen Druckmaschinen von Rollem besteht aus einem kompakten Controller von ABB, dem sogenannten NextMove-ESB2. Dieses für die Ansteuerung von bis zu acht Servo- und Schrittmotorachsen ausgelegte Modul im kompakten Format verfügt über bordeigene Analog- und Digital-E/A-Schnittstellen zur allgemeinen Anlagensteuerung sowie Schnittstellen, wie z. B. einen CANopen-Anschluss, zur Steuerung dezentraler Bewegungs- und E/A-Ressourcen. In Abhängigkeit von der spezifischen Konfiguration der Weiterverarbeitungsanlage und der Anzahl der Bewegungsachsen, ist das dezentrale Steuerungssystem mit einem oder mehreren dieser Controller ausgestattet. Die von ABB bereitgestellte Architektur erlaubt Rollem eine besonders genaue Steuerung, die sich je nach Komplexität der benötigten Weiterverarbeitungsanlage automatisch entsprechend den Erfordernissen der Wirtschaftlichkeit skaliert. Die großzügige Kombination von Funktionen zur Bewegungs- und Maschinensteuerung durch den NextMove-Controller sorgt für eine große Vielseitigkeit, um den Anforderungen jeder neuen Station in der expandierenden Produktfamilie für modulare Ausrüstungen von Rollem gerecht zu werden.

Die neu entwickelte Kartenstapelvorrichtung mit automatischer Absenkung wird in der Regel unmittelbar nach der Längsschneide- und der Zusammentragstation als dritte Station an eine Druckweiterverarbeitungsmaschine montiert. Dieses Peripheriegerät wird mithilfe eines Schrittmotors entlang einer einzigen Bewegungsachse so bewegt, dass sich die Höhe der Stapelkassette durch Synchronisation mit einem Lasersensor, der die Position und Höhe der Druckerzeugnisse erkennt, dynamisch ändert. Das System kann beispielsweise beim Druck von Spielkarten mehrere Kartenpakete in Gruppen zusammenfassen, um etwa ein spielbereites Black Jack-Blatt zu erstellen. Für Visitenkarten sind Sortierungen gemäß bestimmter Druckqualitäten, wie etwa 250er oder 500er, möglich, die dann versandfertige Stapel ergeben.  

Die Entwicklung und Integration dieser neuen modularen Peripheriegeräte wurde durch den Einsatz des ABB Motion Controller wesentlich erleichtert.  Die Schrittmotorachse und die ABB Regler sind über das CANopen-Netzwerk der Druckweiterverarbeitungsanlage mit dem Hauptregler und HMI verbunden. Durch die Verwendung eindeutiger englischähnlicher Befehle sowie der Bereitstellung Hunderter Schlagwörter zur Anweisung von Bewegungsaufgaben mit nur einem Befehl hat es ABB mit seiner MINT Motion-Softwaresprache immer verstanden, den Programmierern von Rollem das Schreiben neuer Codes möglichst leicht zu machen. Eine der von Rollem in seinen Weiterverarbeitungsmaschinen am häufigsten verwendeten Bewegungskommandos sind z. B. Befehle der Gruppe FOLLOW, mit denen Achsen miteinander verknüpft werden können, um in einem zuvor programmierten Verhältnis einer Master-Achse zu folgen.  

Für die neue Stapelvorrichtung hat Rollems wichtigster Softwareentwickler, Stuart Murphy, den Steuerungscode und den für die HMI der Maschine erforderlichen zusätzlichen Code innerhalb von weniger als einem halben Tag geschrieben, um dies anschließend an den elektromechanischen Bauteilen des Prototyps zu prüfen. Ein weiteres Beispiel für eine schnelle Reaktion ist die kürzlich erfolgte Integration eines anwendungsspezifischen Barcode-Scanners für eine bestimmte automatische Weiterverarbeitungsmaschine – die ebenfalls innerhalb weniger Stunden in der MINT-Programmiersprache von ABB geschrieben wurde.

Seit Jahren setzt Rollem auf die Motion Control-Technologie von ABB, und gegenwärtig installiert das Unternehmen die zweite Generation des NextMove-Controllers zur Mehrachssteuerung. Die ursprüngliche Entscheidung, auf die Motion Control-Technologie von ABB umzustellen – ausgehend vom zuvor verwendeten herstellergebunden, eingebettetem Mikroprozessorsystem, das von einem externen Unternehmen gefertigt wurde – war die unmittelbare Folge der Nachfrage nach erweiterten Funktionen. Das entscheidende Kaufargument für die Produktpalette von ABB bestand für Rollem in der MINT-Softwareentwicklungsumgebung, bei der auf eine große Bandbreite anwendungsbereiter Motion Control-Funktionen zurückgegriffen werden kann.   Durch die in Hochsprache geschriebenen Befehle von MINT – die eine Ähnlichkeit mit den vom Managing Director und wichtigstem Softwareentwickler von Rollem, Stuart Murphy, früher in seiner Ausbildung erlernten Programmiersprachen BASIC und PASCAL aufweisen –  war Rollem zuversichtlich, dass die Implementierung dieser neuen Geräte in die eigenen Maschinen problemlos verlaufen würde.  

Vor dem Wechsel waren Reaktionen auf Kundenanforderungen für Rollem mit umfangreicher Entwicklungsarbeit verbunden und konnten viel Zeit in Anspruch nehmen.  Nach dem Wechsel war Rollem in der Lage, sehr schnell auf Kundenanfragen zu reagieren und mit eigenen Kapazitäten völlig neuartige Funktionen zu entwickeln, angefangen bei grundlegenden Bearbeitungs-/Verarbeitungsfunktionen bis zur Integration dieser Funktionen in die IT-Systeme der Maschinen. Diese neu gewonnene Freiheit für Innovationen spielt eine wichtige Rolle für die gegenwärtige Position des Unternehmens, die es Anwendern von Maschinen von Rollem erlaubt, den Arbeitsablauf ihres Unternehmens zu automatisieren und neu zu überdenken, um etwa ein neuartiges Geschäftsmodell für ihre Druckerei zu entwickeln.

„Konventionelle Druck- und Weiterverarbeitungsmaschinen erfordern häufig knifflige und zeitaufwendige manuelle Bearbeitungs- und Verarbeitungsstufen, wie etwa das Planschneiden. Dafür benötigen Sie gut ausgebildete Mitarbeiter,“ so Stuart Murphy von Rollem.  „Mit der Entwicklungsumgebung für die Bewegungssteuerung von ABB erhalten wir die komplette Kontrolle über die Maschinenentwicklung. Damit waren wir in der Lage, ein modulares System zu entwickeln, das eine Weiterverarbeitung der Druckerzeugnisse in einem automatisierten und stark softwarebezogenen Verfahren ermöglicht.  Damit können wir die sich ändernden Anforderungen unserer Kunden begleiten und neue Geschäftsmodelle für Druckereien entwickeln.“

Die erste Fertigungseinheit überhaupt der neuen Stapelvorrichtung wurde gerade für ein modernes eCommerce-Unternehmen, das Visitenkarten auf Online-Bestellung druckt, an eine Maschine von Rollem montiert.   Die Gesamtanlage für die Druckweiterverarbeitung ist unter der Bezeichnung Rollem Revolution bekannt und verarbeitet Bögen bis zu einer Größe von 1020 x 720 mm.

Eine Anlage des Typs Revolution besteht aus mehreren Stationen. Der Prozesses beginnt an der Stapelzuführung, die über eine vertikale Achse zum Anheben des Bogenstapels verfügt und von einer Kombination aus 3-Phasen-Motor/Wechselrichter angetrieben wird, die über den bordeigenen D/A-Wandler des NextMove von ABB angesteuert wird.    Eine zweite Servomotorachse treibt die Zuführwalze an. Ein Förderband, das von einer weiteren Motor/Wechselrichter-Kombination angetrieben wird, bewegt anschließend die Bögen zur Registrier- und Längsschneidestation. Ein optischer Sensor erkennt die Passmarke und richtet die Führungsschiene entsprechend aus.  Das Schneidesystem erkennt die Anfangskante des Papiers und beschleunigt die Klingen auf die Geschwindigkeit des Förderbands, bevor es den Unterbrechungsschnitt in einer Richtung ausführt, bei dem Papierstreifen entstehen, die äußeren Kanten jedoch noch verbunden bleiben. Diese Umrandung sorgt für die korrekte Positionierung der Streifen während des Drehens des Bogens um 90 Grad, um nach einer zweiten Registrier- und Längsschneidestation die einzelnen Druckerzeugnisse voneinander zu trennen. Das Schneidsystem von Rollem besitzt eine hohe Steifigkeit, um bei bis zu 4000 Bögen pro Stunde sehr präzise Schnitte auch für Sicherheitserzeugnisse zu ermöglichen. In jedem Schneidmodul kommen zwei Servomotoren zum Einsatz: einer zur Steuerung der Beschleunigung und des Rücklaufs des Schneidkopfes und der andere zur vertikalen Positionierung der rotierenden Klingen. Die nächste Stufe ist die Zusammentragstation. Wenn beispielsweise Visitenkarten das Endprodukt sind, werden voneinander getrennte Karten von drei durch Servomotoren angetriebene Bewegungsachsen, die die Karten quer zum Verarbeitungsbereich in einen rinnenförmigen Entnahmekanal schieben, in einer Stapelvorrichtung zusammengetragen.   

Die Funktionsweise der Stapelvorrichtung ist in einem online abrufbaren Video dargestellt:  www.youtube.com/watch?v=Z8DKdedL4kY

Über ABB. Als führendes Unternehmen im Bereich Energietechnik und Automatisierung ermöglicht es ABB (www.abb.com) seinen Kunden, ihre Leistung zu erhöhen und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Umwelt zu begrenzen. Die Unternehmen der ABB Group sind in weltweit über 100 Ländern tätig und beschäftigen ca. 145.000 Mitarbeiter.

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