Beckhoffs PC-based Control ermöglicht ressourcensparende Verpackungen Verpackung auf Mass

Von Silvano Böni

Um hohe Kosten und unnötigen Ressourcenverbrauch zu vermeiden, hat die Kern AG eine Anlage entwickelt, die Versandverpackungen auf Mass und genau dann herstellen kann, wenn sie gebraucht werden. Umgesetzt wurde das Projekt mit der hochperformanten PC-basierten Automatisierungslösung von Beckhoff.

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Die Anlage PackOnTime führt die Artikel vollautomatisch mit den auf Mass gefertigten Verpackungen zusammen.
Die Anlage PackOnTime führt die Artikel vollautomatisch mit den auf Mass gefertigten Verpackungen zusammen.
(Bild: Beckhoff)

Die Kern AG in Konolfingen ist ein vor mehr als 70 Jahren gegründetes Familienunternehmen, das ursprünglich mit Kuvertier-Maschinen erfolgreich wurde. «Der Markt für die vor allem bei Banken und Versicherungen eingesetzten Kuvertier-Maschinen wird jedoch immer kleiner, da der Briefversand zunehmend durch die Digitalisierung abnimmt», erklärt Reto Schori, Teilprojektleiter Elektronik der Kern AG. Dieser Rückgang gab den Anstoss, sich mit PackOnTime ein neues Standbein in einem verwandten, zukunfts­trächtigen Markt aufzubauen: dem Versand im Onlinehandel. Dieser Bereich bietet noch viel Innovationspotenzial, insbesondere hinsichtlich des sparsamen Umgangs mit Ressourcen. Beim herkömmlichen Verpacken werden derzeit oft Standard-Kartonschachteln verwendet, die erheblich grösser sind als das Versandgut und demzufolge werden sie teilweise mit Füllmaterial aufgefüllt. Somit beanspruchen zu grosse Volumina unnötige Transportkapazitäten auf dem Weg zum Kunden und grössere Lagerplätze. Mit den übergrossen Schachteln und dem Füllmaterial entsteht unnötig viel Abfall.

Die Neuentwicklung PackOnTime ermöglicht es, bestellte Artikel in einer in optimaler Grösse und on demand produzierten Versandschachtel automatisch zu verpacken. Auf diese Weise werden Ressourcen wie beispielsweise Verpackungsmaterial und Zeit eingespart. «Wir vermessen das Objekt oder die Objektgruppe nach Länge, Breite, Höhe und erstellen anschliessend innerhalb von 30 bis 40 s eine Verpackung genau auf Mass», erläutert Reto Schori das Konzept. «Als Materialien verwenden wir ausschliesslich nachhaltige Wellpappe und Leim.» Bis zu 750 massgefertigte Pakete können auf diese Weise pro Stunde hergestellt und mit Ware befüllt werden. Dabei lässt sich die Anlage effizient von nur einer Person bedienen.

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PC-based Control erfolgreich evaluiert

«Wir haben über lange Zeit unsere eigenen Steuerungen entwickelt und eingesetzt. 2016 wurde uns allerdings klar, dass wir den dazu notwendigen Aufwand nicht mehr betreiben können. Ausserdem erreichten wir mit unseren eigenen Steuerungen nicht die angestrebten Geschwindigkeiten, wie wir sie heute mit der Beckhoff-Lösung erzielen», berichtet Marcel Stalder, Leiter Entwicklung der Kern AG. «Bei der Evaluierung einer geeigneten Steuerung wurden mehrere Steuerungshersteller angefragt, von denen zwei an einem konkreten Projekt ihre Lösungen umsetzen konnten. Aufgrund der positiven Erfahrungen hierbei haben wir uns für Beckhoff als Steuerungslieferanten entschieden. Alle neuen Projekte werden seither mit PC-based Control von Beckhoff umgesetzt. Dies gilt auch für PackOnTime.»

Einer der Gründe für den Einsatz von PC-based Control ist die Offenheit gegenüber verschiedenen Standards. «Wir hatten zunächst die Idee, dass wir die für unsere eige­nen Steuerungen entwickelten Softwareelemente wiederverwenden könnten. Schluss­endlich war das jedoch gar nicht nötig», ergänzt Reto Schori. Bei der Steuerung von PackOnTime entschied man sich für einen leistungsstarken Embedded-PC CX2062 mit Intel-Xeon-CPU (2,0 GHz, 8 Cores). Als Bedienterminals kommen Economy-Panel-​PCs CP3224 mit 24-Zoll-Multifinger-Touchscreen zum Einsatz.

Nach dem Umstieg auf die Automatisierungstechnik von Beckhoff wurde die Steuerungssoftware zunächst mit strukturiertem Text erstellt. «Allerdings war bei dieser Art der Programmierung ein zusätzlicher Dokumentationsaufwand notwendig», so Reto Schori. «Daher haben wir uns entschieden, auf TwinCAT 3 UML umzusteigen. Der TwinCAT-Editor für die Unified Modeling Lan­guage (UML) bietet den Vorteil, dass die Software zeitgleich mit der Entwicklung auch verständlich dokumentiert ist.»

Antriebsachsen optimal ausgelegt und synchronisiert

Die Antriebstechnik spielt bei PackOnTime eine grosse Rolle. Im Anlagenprototyp kommen derzeit rund 100 Antriebsachsen zum Einsatz, 30 weitere sind in Planung. «Für uns ist sehr wichtig, dass Beckhoff eine äusserst breite Palette an Antriebstechnik anbietet. Bei früheren Lieferanten mussten wir uns meist für einen Motor- und einen Reglertyp entscheiden und mit diesen fast alle Anwendungen realisieren, was hinsichtlich der Parametrierung teilweise sehr schwierig war», berichtet Reto Schori. «Bei Beckhoff ist es hingegen deutlich einfacher. Denn hier steht ein umfangreicher Produktkatalog zur Verfügung und wir können daraus für jede Anwendung den optimalen Motor sowie mit dem Servoverstärker AX8000 und den Servomotorklemmen EL72xx auch die passende Antriebssteuerung wählen. Hinzu kommt der Vorteil der One Cable Technology (OCT), die den Verkabelungsaufwand deutlich reduziert.» Mit der Wahl von PC-based Control fiel zudem die Entscheidung für EtherCAT als Feldbus, der auch bei PackOnTime durchgängig eingesetzt wird. «EtherCAT hat sich bei dieser Anlage sehr bewährt. Für uns war neu, dass wir die Achsen über EtherCAT äusserst einfach miteinander synchronisieren konnten. Mit der vorhergehenden Steuerung und CANopen als Bus war das nicht möglich», so Reto Schori. «Darüber hinaus war es bei der Projektumsetzung von Vorteil, dass inzwischen sehr viele Lieferanten EtherCAT unterstützen. »Beeindruckt ist man bei der Kern AG auch von der EtherCAT-Performance, die sich mit der neuen Technologieerweiterung EtherCAT G zudem nochmals erheblich erhöhen wird. «Derzeit reicht die Performance bei der Umsetzung von PackOnTime durchaus aus. Aber vielleicht ist das auf 1- bzw. 10-GBit-​Ethernet aufsetzende EtherCAT G in der Zukunft ein wichtiges Thema, da unsere modular aufgebaute Anlage noch um weitere Module ergänzt werden soll», ergänzt Patrick Vogel, Projektmanager PackOnTime der Kern AG.

Servicetool erhöht die Ausfallsicherheit

Die Kern AG empfiehlt den Serviceorganisationen den Einsatz des Beckhoff Service Tools (BST) für die Wartung ihrer Anlagen und Maschinen. «Für uns gehört es dazu, dass man jederzeit im Feld ein Bauteil ersetzen können muss, auch einen IPC. Deshalb ist ein solches Tool aus unserer Sicht einfach unabdingbar», erklärt Reto Schori diese Empfehlung. BST ist ein einfach zu bedienendes, grafisches Sicherungs- und Wiederherstellungsprogramm für Industrie-PCs mit einem Windows-Betriebssystem. Im Fehlerfall kann das Image des Betriebssystems wiederhergestellt oder benutzt werden, um ein neues IPC-System mit identischen Konfigurationen und Einstellungen zu erstellen.

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