I. Anwendungshintergrund: Schallabsorptionsplatten aus Mineralwolle sind ein neuartiges Baumaterial. Die modernste japanische, vollautomatische Plattenproduktionslinie, die in den 1990er Jahren eingeführt wurde, kann Mineralwolle-Schallabsorptionsplatten in verschiedenen Stärken, Spezifikationen und Farben gleichzeitig herstellen. Aufgrund der hohen Kosten der ursprünglichen japanischen Verpackungsanlagen und des Fehlens einer vergleichbaren vollautomatischen Stapel- und Verpackungslinie in China entwickelte unser Zentrum diese automatische Verpackungslinie, die bereits im Einsatz ist. Diese automatische Verpackungslinie ist die Nachfolgeanlage der automatischen Plattenproduktionslinie. Da die fertigen Mineralwolleplatten (Spezifikation: 300 mm × 600 mm) in zwei parallelen Linien aus dem Trockenofen transportiert werden, verfügt diese automatische Verpackungslinie über zwei unabhängige Umlenk-, Wende- und Stapelsysteme. Abschließend werden die Platten in der Verpackungsabteilung zusammengeführt und gelangen dann zur Versiegelungsabteilung, wo der Verpackungsvorgang abgeschlossen wird. Gemäß den Prozessanforderungen muss diese Verpackungslinie Folgendes leisten: (1) Automatisches Wenden: Die erste Platine wird gewendet und so auf die zweite gelegt, dass die Oberflächen beider Platinen in Kontakt bleiben. (2) Automatisches Stapeln: Platinen unterschiedlicher Spezifikationen werden nach dem Wenden in verschiedenen Mengen gestapelt. (3) Automatisches Verpacken: Der Roboterarm platziert die gestapelten Platinen in Kartons. Nach Durchlaufen dieses Abschnitts werden die Platinen automatisch verpackt und versiegelt. (4) Kunststoffversiegelung: Die verpackten Kartons werden anschließend mit Kunststoff versiegelt. II. Hauptausrüstung und Steuerungsschema des Steuerungssystems : Diese automatische Verpackungslinie ist eine typische Produktionslinie mit sequenzieller Logiksteuerung (SSC) und zahlreichen Erfassungselementen, komplexen Logikverläufen und hohem Aufwand bei der Aktionsausführung. Sie verfügt über fast 400 Ein-/Ausgangspunkte. Neben dem Frequenzumrichter und dem Aktuatorzylinder umfasst die gesteuerte Ausrüstung auch ein einachsiges AC-Servosystem und ein Klebstoffsprühsystem. Aufgrund der langen Produktionslinie und der relativ unabhängigen und zentralisierten Aktoren sind drei Unterschaltschränke unter dem zentralen Schaltschrank angeordnet, um eine ortsnahe Steuerung der Anlagen zu gewährleisten. Ein Remote-I/O-System mit Dvison PPC11-Controllern vervollständigt das Steuerungssystem. Die PPC11-Masterstation ist über eine RS485-Schnittstelle mit drei RIO-Slave-Stationen verbunden. Das Servosystem besteht aus einem OHM ODC-1001-Controller, einem Panasonic DV80X-Treiber und einem Servomotor. Der Servo kann direkt über ein Eingabegerät (ODC-1001) oder über das Bedienfeld des zentralen Schaltschranks angesteuert werden. Die Ansteuerung erfolgt über zwei unabhängige I/O-Einheiten der SPS. Das Klebstoffsprühsystem verfügt über eine separate Klebstofftemperaturregelung, und das Steuersignal für das Klebstoffsprüh-Magnetventil wird von der SPS bereitgestellt. Diese automatische Verpackungslinie bietet folgende Funktionen: (1) vollautomatischer Linienbetrieb; (2) unabhängiger automatischer Betrieb jedes Abschnitts; (3) lokale Steuerung der manuellen Bedienung von Feldgeräten. (4) Jeder Schaltschrank ist mit einem Not-Aus-Taster ausgestattet, und Roboter und Servomaschine verfügen über spezielle Not-Aus-Taster. III. Steuerungssystemdesign Das Steuerungssystem dieser automatischen Verpackungslinie wurde direkt mit der Software ATCS DRAGONFLY programmiert und vor Ort getestet sowie überwacht. Nach dem Test vor Ort erfüllt das System verschiedene Betriebsbedingungen und ist äußerst bedienerfreundlich. Es erkennt und analysiert Fehler und menschliche Eingriffe und realisiert einfache intelligente Funktionen. Das Programm basiert auf einem modularen Design. Jeder Abschnitt kann unabhängig betrieben werden und seine Aufgaben selbstständig erledigen. Die Module sind durch Verriegelungen und Verriegelungsbedingungen miteinander verbunden. Die Signale können im Automatikbetrieb der gesamten Linie oder einzelner Abschnitte angesteuert werden. Die Vorwärtsbewegung des Servomotors wird durch den Bearbeitungsstatus der drei Arbeitsstationen gesteuert. Nach dem Einschalten fährt der Servomotor in seine Ausgangsposition zurück. Da sich zu diesem Zeitpunkt keine Werkstücke an den drei Arbeitsstationen befinden, muss der Servomotor von der Kartonstation aus jeweils eine Arbeitsstation vorwärtsfahren. Sobald die Kartonstation ein Stück Karton aufgenommen hat, führt der Servomotor das Programm aus. Nach dem Stopp des Servomotors nimmt die Kartonstation ein weiteres Stück Karton auf, um ihre Arbeit an dieser Station abzuschließen. Der Servomotor kann sich jedoch erst weiterbewegen, wenn die Verpackungsstation einen Palettenstapel platziert hat. Anschließend nimmt die Kartonstation ein weiteres Stück Karton auf, und die Verpackungsstation platziert einen weiteren Palettenstapel. Nun muss der Servomotor warten, bis die Klebestation alle Kartons verklebt hat, bevor er sich wieder bewegen kann. Danach arbeiten alle drei Arbeitsstationen gleichzeitig, und der Servomotor läuft kontinuierlich. Die Programmlogik ist relativ komplex; der Fokus liegt auf der Vorwärtsbewegung des Servomotors. Folgende Aspekte sind bei der Programmgestaltung zu berücksichtigen: ① Die Stromversorgung der SPS wird nur bei größeren Werksüberholungen oder längeren Stillstandszeiten unterbrochen. Am Ende jeder Schicht oder während der Pausen wird am Bedienfeld ein sanftes Herunterfahren durchgeführt, während die SPS im RUN-Modus bleibt. Auch der Servomotor benötigt lediglich ein sanftes Herunterfahren. Daher muss der Servomotor zwischen einem SPS-Aus- und Neustart sowie einem sanften Herunterfahren mit anschließendem Neustart unterscheiden können. ② Da die Bewegungsbahn des Servomotors und die Bewegungsebene des Roboters senkrecht zueinander stehen und von zwei unabhängigen Teilsteuerungssystemen geregelt werden, sind zwei Signale für die Roboterausfahrt erforderlich: das Ansteuersignal A des Hubzylinders und das Signal B für den Abschluss des Servoprogrammabschnitts. Wenn Signal A aktiv ist, befindet sich an dieser Arbeitsstation eine Platine, und der Servomotor wartet auf die Abschlusssignale der beiden anderen Arbeitsstationen; der Servomotor ist kurz vor dem Start. Selbst wenn Signal B aktiv ist, kann der Roboter zu diesem Zeitpunkt nicht ausfahren. Wenn Signal B aktiv ist, bedeutet dies, dass der Servomotor das Programm abgeschlossen hat und an dieser Arbeitsstation Operationen ausführen kann. Wenn Signal A inaktiv ist, kann aufgrund des laufenden Servomotors eine Platine nur dann an der Ladestation geladen werden, wenn beide Signale gleichzeitig aktiv sind. ③ Die drei vom Servomotor verbundenen Arbeitsstationen verwenden zur Ausführung meist Zylinder, die von Magnetventilen gesteuert werden. Unzureichender Zylinderdruck, ungenaue mechanische Begrenzungen und unerwartete Fehlfunktionen beeinträchtigen die Arbeitsabläufe an den einzelnen Arbeitsstationen, verzögern die Reaktionszeiten und führen zu Stauungen, Kippen und Blockaden im Förderbandbereich. Daher sollte die Konstruktion auf Zykluszeiten basieren und für jeden Zylinder, der seine Sollposition erreichen muss, eine Zeitüberwachung sowie Fehleralarme beinhalten. Das Servosystem besteht aus einem OHM ODC-1001 und einem Panasonic DV80X und nutzt eine Teach-in-Programmierung. Die OHM-I/O-Schnittstelle verfügt über 48 Anschlüsse. Wir verwenden eine Open-Collector-Steuerung und führen die Impulsausgänge etc. über geschirmte Twisted-Pair-Kabel an die CN-I/F-Anschlüsse des DV80X, um Impuls- und Impulssymboleingaben zu steuern. Gleichzeitig werden die Programmauswahlanschlüsse CHA und CHB sowie das Startsignal als Programmauswahlkanalsignale des Servos an das SPS-Ausgangsmodul geführt. STANDBAY ist als Eingangsmodul für das Servo-Programmendesignal der SPS ausgewählt. Wenn die SPS dieses Signal empfängt, kann sie weitere Aktionen in der Produktionslinie ausführen. Zusätzlich gibt die SPS ein Rückstellsignal aus, das es dem Servo ermöglicht, nach Ausführung des vorgegebenen Programms aufgrund der negativen Toleranz in die Ausgangsposition zurückzukehren. Für das Rückstellsignal wird ein reflektierender Lichtschrankenschalter verwendet, der sicherstellt, dass der kumulative Gesamtfehler innerhalb von -0,1 mm liegt und somit die Genauigkeitsanforderungen erfüllt. Bei der Auswahl der Stromversorgung ist darauf zu achten, dass die Kapazität der 24-V-Servostromversorgung nicht zu gering ist und diese getrennt von der 24-V-Stromversorgung der SPS verwendet werden muss, um Interferenzen zu vermeiden. Daher sollte bei der Auswahl des SPS-Moduls dasselbe berücksichtigt werden, um zu vermeiden, dass Servosignale mit anderen Signalen im selben Modul vermischt werden. SPS-Module mit unabhängigen COM-Anschlüssen sollten bevorzugt werden. Die Hauptanlage im Verkapselungsbereich ist ein Durchlauf-Widerstandsofen. Dessen Temperaturregelung besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten: einem SR-73PID-Temperaturregler und einem Halbleiter-Spannungsregler (oder einem PAC03A-Drehstrom-Spannungsregler). Der Temperaturregler verwendet ein Thermoelement vom Typ K zur Eingabe eines analogen Signals und gibt eine 4-20-V-Gleichspannung aus, um drei Halbleiterrelais (SSRs) zu steuern (oder direkt einen dreiphasigen Spannungsregler PAC03A). Jedes SSR (bzw. jeder Regler) steuert mehrere Heizelemente. Der Halbleiter-Spannungsregler wird über ein Potentiometer gesteuert und steuert ebenfalls mehrere Heizelemente. Die Gesamtsteuerung des Temperaturreglers und des Halbleiter-Spannungsreglers erfolgt durch eine SPS. Dies ermöglicht eine segmentierte Temperaturregelung, eine segmentierte Spannungsregelung und einen segmentierten Direktstart innerhalb des Siegelofens, wodurch die Temperatur zum Versiegeln vorverpackter Kartons bei ca. 180 °C gehalten wird. Weitere Vorgänge in diesem Segment, wie das Anschieben der Kartons, das Versiegeln und das Aufbringen der Folie, werden ebenfalls von der SPS gesteuert. IV. Fazit: Bauplatten sind ein beliebtes neues Baumaterial. Aufgrund ihrer strukturellen Eigenschaften – große Fläche, geringes Volumen, leicht beschädigbare Kanten und Ecken sowie empfindliche Oberfläche – ist die Verpackung der fertigen Produkte jedoch zu einem dringenden Problem geworden. Derzeit verwenden die meisten Baustoffunternehmen in China manuelle Verpackungsmethoden, was zu einer hohen Arbeitsbelastung für die Beschäftigten und mangelnder Qualitätssicherung der Endprodukte führt. Seit der Einführung dieser automatischen Verpackungslinie in unserem Unternehmen haben sich diese Probleme im Wesentlichen gelöst, die Qualität der Endprodukte deutlich verbessert, die Anzahl der Produktionsmitarbeiter um fast drei Viertel reduziert und die Linie wurde von den Anwendern sehr gut angenommen.