Speicherprogrammierbare Steuerungen sind in einer Vielzahl von Komponenten in der Automatisierungstechnik zu finden. Daher sollten sie sich an unterschiedlichste Applikationen anpassen lassen. Wie diese Aufgabe mit einem modularen Konzept gelöst werden kann, zeigt ein Anwendungsbeispiel bei Stangenladern, wie sie zur vollautomatischen Materialbeschickung von Drehmaschinen eingesetzt werden.

Denkt man an zerspanende Metallumformung, kommen einem als erstes die vollautomatisierten Werkzeugmaschinen in den Sinn. Mit innovativer Technik wird ein immer höherer Ausstoss erzielt, der mit einem gesteigerten Materialdurchsatz einher geht. Allerdings nutzt die ganze High-Tech wenig, wenn die teure Werkzeugmaschine nicht mit ausreichend Material versorgt wird. Eine Beschickung der Maschine von Hand führt zu verhältnismässig langen und unproduktiven Nebenzeiten, die bei den heutigen Personalkosten nicht wirtschaftlich sind. Speziell bei Drehmaschinen übernehmen Stangenlader die vollautomatische Versorgung der Maschine mit Rohmaterial, womit die Stillstandszeiten minimiert werden. Derart ausgerüstet kann eine Werkzeugmaschine nahezu pausenlos rund um die Uhr produzieren und damit die getätigten Investitionen rasch amortisieren.

Stangenlader Hydrobar Express der Firma LNS SA mit Handbedienterminal, angeflanscht an einen Drehautomat

Funktion von Stangenladern

Wie funktioniert ein Stangenlader? Drehautomaten können in der Regel durch das Spannfutter der Spindel mit Rohmaterial versorgt werden. Eine Stange wird bei geöffnetem Futter in den Automat eingeschoben, gespannt und bearbeitet. Zum Schluss wird das Werkstück von der Stange abgestochen und der Lade- bzw. Bearbeitungsprozess beginnt erneut. Ein Stangenlader übernimmt hierbei die Handhabung der einzelnen Stangen. Generell kann die Funktion eines Stangenladers in drei Arbeitsschritte unterteilt werden: 1. Vereinzeln der Stangen, 2. Einschieben der Stange in die Drehmaschine und 3. Bearbeitung.

Die meisten Lader verfügen über eine seitliche schiefe Ebene, die mehrere Stangen aufnimmt und sozusagen den Vorrat darstellt. Bevor nun eine einzelne Stange in die Drehmaschine eingeschoben werden kann, muss sie aus dem Vorrat gefasst werden (Vereinzeln). Die Stange wird dann in der Drehmaschine positioniert. Nach dem Positioniervorgang schliesst die Drehmaschine das Spannfutter und die Bearbeitung beginnt. Solange die Stange genügend lang ist, wird sie nach der Bearbeitung einfach nachgeschoben. Das ganze wiederholt sich, bis die Stange aufgebraucht ist. Am Ende wird ein in der Regel anfallendes Reststück ausgeworfen.

Stangenvorrat auf schiefer Ebene im Stangenlader

Steuerungskonzept

Aufgrund ihrer kosteneffizienten Grundkonzeption eignen sich die PCD-Steuerungen der Serie xx7 besonders für den Kleinmaschinenbau. Ein besonderes Merkmal ist der kompakte und modulare Aufbau. Bei diesen Steuerungen bilden die grundlegenden Komponenten wie CPU, Netzteil und Baugruppenträger eine Einheit - das Basisgerät. Dieses bietet Steckplätze für Ein/ Ausgangs- und Kommunikationsmodule sowie Feldbus-Anschaltungen, womit die SPS an die Erfordernisse der Maschine individuell angepasst werden kann. Dadurch werden unnötige Ein/ Ausgänge oder Schnittstellen die schlussendlich auch bezahlt werden müssen, vermieden.
Kleinmaschinen wie Stangenlader bilden in sich abgeschlossene Einheiten, die neben der reinen Steuerungsfunktion auch Aufgaben wie Achspositionierung, Kommunikation sowie Bedien- und Beobachtungsfunktionen übernehmen. Damit kommt man hinsichtlich des Anwenderprogramms schnell an die Grenzen einer herkömmlichen Kleinsteuerung, während die PCD-Steuerungen über bis zu 1 MByte Speicher verfügen und mit Step 7 von Siemens programmiert werden können.
Die Programmierung mit einem bekannten und verbreiteten Programmierwerkzeug erlaubt nicht nur eine Entwicklung mit gewohnten Tools, auch für die Maschine selbst kann dies ein Verkaufsargument darstellen. Weiter verfügen die CPUs bereits in der Grundausführung über Funktionen, die sonst nur mit teurer Zusatz-Hardware zu haben sind. Hierzu gehören schnelle Zähler, die sich zur Erfassung von Lage-Istwerten eignen. PCD2-CPUs beinhalten zusätzlich noch eine SSI-Schnittstelle zum Anschluss von Absolutwertgebern. Für Kommunikationszwecke steht dem Anwender bereits in der Standardausführung eine serielle Schnittstelle zur Verfügung - lediglich ein kleines Schnittstellenmodul zur Wahl der Pegel (RS422/RS485/TTY) ist notwendig. Das Betriebssystem der Steuerung unterstützt die Standardprotokolle RK512/DK3964R sowie Modemkommunikation.

SPS vom Typ P CD Serie xx7 mit integriertem Zähler, serieller Anwender-Schnittstelle und kundenspezifischem Aufdruck

Die Möglichkeiten der SPS in der Anwendung

Bei Stangenladern gibt es unterschiedliche Antriebskonzepte: pneumatisch, hydraulisch und elektrisch. Allen gemeinsam ist die Positionierung der Stange in der Drehmaschine. Die exakte Position wird hierbei durch einen Impulsgeber erfasst, der direkt an der Steuerung angeschlossen ist. Dank des integrierten Zählers der CPU ist dazu keine Zusatzbaugruppe notwendig. Ein Stangenlader muss einfach zu Bedienen sein. LNS-Lader verfügen über ein speziell für Stangenlader entwickeltes Bedienterminal, das selbst ungelerntem Personal erlaubt den Lader zu betreiben. Das Terminal kommuniziert über eine serielle Schnittstelle mit der Steuerung, die ebenfalls in der SPS-CPU integriert ist.

Als Marktführer legt man bei LNS Wert auf ein einheitliches Erscheinungsbild, wozu auch die verwendete SPS gehört. Deshalb werden die verwendeten Steuerungen von Saia-Burgess Controls gernäss den Vorgaben von LNS bedruckt.

Veröffentlicht in:

elektro-Automation, Ausgabe Mai 2002