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Automatisieren mit Kleinsteuerungen

Laser schneiden nach Plan

Um die 100 Aufträge zur Blechbearbeitung gehen täglich bei PS Laser im niedersächsischen Thedinghausen ein. Angesichts der unterschiedlichen Blecharten, Materialstärken und Ausschnitte benötigt das Unternehmen eine exakte Prozessplanung, um die Laserschneider optimal auszulasten und den Verschnitt möglichst gering zu halten. Neu installierte Steuerungseinheiten zur Datenerfassung haben die Planungsgenauigkeit beim Laserzuschnitt auf annähernd 100 Prozent angehoben.



Bild: PS Laser GmbH & Co. KG

Als Trennverfahren für Metallbleche hat sich das Laserschneiden etabliert, weil sich damit auch komplexe Umrisse mit großer Präzision und hoher Geschwindigkeit schneiden lassen. Zudem kommt das Verfahren im Unterschied zum Stanzen ohne Druckeinwirkung aus, was eine mögliche Verformung des Werkstücks verhindert. Schließlich überzeugt die Lasertechnik auch durch ihre Wirtschaftlichkeit insbesondere bei kleinen Losgrößen. Zumeist werden Gaslaser (Kohlendioxid) oder Festkörperlaser mit einem Neodym-dotierten YAG-Kristall verwendet. Je nach Material lassen sich mit diesen Lasertypen Aluminiumbleche bis zu 25 Millimetern und Stahltafeln bis zu 40 Millimetern Stärke durchtrennen.

Spezialist für dicke Bleche

Die von PS Laser eingesetzten Hochleistungslaser brennen sich sogar durch 60 Millimeter starke Edelstahlplatten, was dem seit 1988 mit dieser Technik vertrauten Unternehmen ein Alleinstellungsmerkmal im Dickblechsegment verschafft. In seinen zwei Werken führen 160 Mitarbeiter die komplette Blechbearbeitung für Kunden aus ganz Deutschland aus. Das Leistungsspektrum reicht vom Rohr- und Laserschneiden über das Laser- und konventionelle Schweißen, Abkanten und Biegen bis zur Oberflächenbehandlung der Bleche.

Zum Schneiden und Schweißen stehen 14 Laseranlagen zur Verfügung. Acht der zwölf Laserschneider sind Doppelkopfanlagen. Hinzu kamen in den letzten Jahren mehrere Hochgeschwindigkeits-Festkörperlaser und ein 3D-Laserbearbeitungszentrum. Die Maschinen werden im Dreischichtbetrieb gefahren und kommen auf eine Tageskapazität von 288 Laserstunden. Da täglich Bleche verschiedenster Materialien und Stärke zu bearbeiten sind, ist eine präzise Taktung der Abläufe erforderlich. „Die Schwierigkeit bestand für uns in der optimalen Verschachtelung der Aufträge, um jede Tafel mit möglichst wenig Verschnitt bearbeiten zu können, ohne dabei terminlich in Verzug zu geraten“, sagt Geschäftsführer Jürgen Schröder. „Dazu reichten unsere früheren Kapazitätsplanungen nicht aus, die teils deutlich von der faktischen Bearbeitungszeit abwichen.“

Als Grundlage brauchte das Unternehmen eine exakte Datenerfassung für jede Maschine, ihre Betriebsdauer pro Arbeitsschritt, Auftrag und Tafel. Deshalb haben sich die Verantwortlichen 2014 an den Fachbetrieb Elektro Knief gewandt, um die Laseranlagen mit schlanken Steuerungsmodulen auszurüsten.

Automatisierte Erfassung

Der auf intelligente Fertigungsautomation spezialisierte Elektrofachbetrieb entwickelte eine exakt auf die betrieblichen Anforderungen von PS Laser zugeschnittene Lösung zur standardisierten Betriebsdatenerfassung. „Dieses Projekt überschreitet die üblichen elektrotechnischen Leistungen. Schließlich mussten wir auch die Steuerungsmodule programmieren und die Anbindung an die Datenbank bewerkstelligen“, erklärt Dipl.-Ing. Volker Knief.

Hierzu hat Elektro Knief eigens eine Art Betriebssystem programmiert, das auf Kleinsteuerungen von Phoenix Contact installiert wird und die Datenerfassung wie auch deren Übermittlung an eine angeschlossene SQL-Datenbank durchführt. Die programmierte Datenerfassung zeigt, wie sich mit Kleinsteuerungen besonders einfache und wirtschaftliche Automationslösungen für kleinere Applikationen verwirklichen lassen. Da die Steuerungsmodule über Standard-LAN-Verbindungen kommunizieren, lassen sich mit ihnen die verschiedensten Betriebsmittel von der Laseranlage bis zum Rolltor ohne großen Aufwand erfassen. Die mit Inline-I/O-Modulen flexibel erweiterbaren Steuerungssysteme verfügen über einen Programm- und Datenspeicher und können mit der kosten- und lizenzfreien Engineering-Software PC Worx Express parametriert werden.

Jederzeit Datensicherheit

Bei PS Laser überwachen die über Ethernet mit dem Firmennetz verbundenen Module zur Betriebsdatenerfassung (BDE) die Maschinen, ohne in deren eigentliche Prozesssteuerung einzugreifen. Um die Prozessdaten an die Datenbank zu übergeben, fragt das Datenerfassungsmodul zunächst per DHCP-Protokoll seine IP-Adresse ab und trägt in regelmäßigen Abständen die aktuelle Uhrzeit in die Maschinensteuerung ein. Sobald das BDE-Modul neu gestartet wird oder sich ein eingelesener Wert ändert, wird ein SQL-Befehl generiert, der die Zustandsänderung mit der Eingangsbezeichnung, dem Stationsnamen und der aktuellen Uhrzeit in eine Pufferliste einträgt. Dann baut die Phoenix-Steuerung eine Verbindung zum SQL-Server auf, der diese Daten in die Datenbank einliest. Lässt sich keine Verbindung zum SQL-Server herstellen, bleiben die Daten in der Pufferliste gespeichert. Da die Pufferliste im remanenten Speicher des BDE-Moduls abgelegt ist, besteht Datensicherheit auch bei Stromausfall oder der Abschaltung des Moduls.

Das System von Elektro Knief unterstützt die Engineering-Software PC Worx. Mit der übersichtlichen Menüführung und intuitiven Bedienung dieser Software lässt sich die Parametrierung der vier SPS-Eingänge vom Anwender einfach selbst durchführen. „Das erspart uns als Elektrotechniker aufwendige Supportleistungen, die man ohnehin nur schwer in Rechnung stellen kann“, sagt Volker Knief. Durch den Einbau der Steuerungsmodule konnte der Blechbearbeiter die Effizienz seiner Laserschneide-Anlagen erheblich steigern und die Arbeitsabläufe deutlich optimieren. „Seitdem ist unsere Planungsgenauigkeit auf etwa 98 Prozent angestiegen“, sagt Dipl.-Ing. Jürgen Schröder, „weil uns permanent die exakten Daten zur Material- und Maschinennutzung vorliegen und wir die eingehenden Aufträge hocheffizient verschachteln können.

Das erlaubt uns eine präzise Kalkulation der Bearbeitungszeiten und -kosten und verbessert unsere Marktposition. Anhand der dokumentierten Auslastung unserer Maschinen wissen wir nun auch genau, ab wann sich die Anschaffung neuer Laserschneider rentiert.“


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