Alles Bio mit I/O

Eine Erfolgsgeschichte wie aus dem Bilderbuch: Die von der Schließung bedrohte fränkische Privatbrauerei Peter avanciert innerhalb weniger Jahre zu einem der angesagtesten Unternehmen der Getränkeindustrie. Und das mit einem alkoholfreien Produkt, der Bionade. Die rasant steigende Nachfrage war mit den vorhandenen Anlagen nicht zu befriedigen. Erhebliche Kapazitätserweiterungen standen ins Haus, sollte der Erfolg nicht durch Lieferengpässe gefährdet werden. Andererseits gebot kaufmännische Sorgfalt, vorsichtig zu investieren. Deshalb beschloss man bei der Bionade Abfüll GmbH, gebrauchte Komponenten einzusetzen. Nach einer Einkaufstour quer durch Europa (z. B. stand der Pasteur in Polen, der Auspacker in der Schweiz und der Kastenwascher in Dänemark) entstand in Ostheim eine Abfüllanlage mit einer Kapazität von 35 000 Flaschen pro Stunde. Für dieses Projekt hatten der Automatisierungsspezialist Martin Hußlein von Husslein Controls & Automation und der Programmierer Matthias Falk von Bionade eine besonders knifflige Aufgabe zu stemmen: die einzelnen Anlagenteile mit einer gemeinsamen Steuerung zu versehen. „Wir hatten keine Feinplanung, nur Ziele. Und es hat trotzdem funktioniert“, beschreibt Martin Hußlein den Umbau. Vieles, was bei Neukauf selbstverständlich ist, fehlte: etwa CAD-Zeichnungen mit Transportbänderhöhen usw. Die alten Steuerungskomponenten mussten vollständig weichen. Die Wahl fiel auf das Wago-I/O-System, das sich in jeder Phase des Projekts an alle Besonderheiten anpassen ließ. „Was ich brauche, steck ich drauf. Wenn ich mehr brauch, steck ich mehr drauf. Wir mussten noch nie einen zweiten Knoten setzen, weil einer voll war“, erklärte Martin Hußlein die Entscheidung.

Schnell war klar, dass keines der gängigen Busprotokolle alle technischen und wirtschaftlichen Anforderungen der Patchwork-Abfüllanlage erfüllen würde. Die Automatisierungsspezialisten entschieden sich deshalb anlagenweit für eine Profibus/CanOpen-Kombination. Die Kommunikation der Maschinen wurde über Ethernet realisiert. Ausschlaggebend für CanOpen war die preisgünstige Anbindung an die neun dezentralen Steuerungs- und Bedieneinheiten. Mit Datenübertragungsraten von 1 MB bzw. 500 kbit ist der Bus allen Aufgaben in der Anlage gewachsen.

Eine Ausnahme bildet die Palettierung, für die bereits ein S7-Programm von der Nachbarlinie vorhanden war. Glücklicherweise ist das Wago-I/O-System sehr flexibel. So war es einfach, die vorhandenen Anlagenteile einzubinden. Im Einsatz sind sowohl das I/O-System 750 als auch IP67-geschützte Komponenten der 755er Serie; letztere im Außenbereich an der Leergut-Palettenaufgabe. In der Palettierung wird der Profibus mit 12 MB gefahren, um bei der SPS-Zykluszeit von 2 ms Latenzzeiten zu vermeiden. Die hohe Geschwindigkeit wurde gewählt, da die Bionade-Kisten und die Paletten per Lichtschranke auf ±0,5 cm genau positioniert werden müssen. Dies ist nur mit einer Soft-S7-SPS möglich. Der Testbetrieb verlief absolut störungsfrei, deshalb wurde auf eine Anpassung an eine niedrigere Busgeschwindigkeit verzichtet. Martin Hußlein resümiert: „Bei den relativ hohen Bandgeschwindigkeiten laufen die Frequenzumrichter mit 80 bis 90 Hz. Wir sind sehr zufrieden, dass die Passivverteiler von Wago in dieser Umgebung so störungsfrei arbeiten. Wir wollen zukünftig noch stärker schaltschranklose Technik einsetzen und freuen uns schon auf die Speedway-Serie, die uns für solche Einsätze noch mehr Möglichkeiten eröffnet.“

Damit auch bei großen Leitungslängen keine EMV-bedingten Störungen auftreten, haben die Planer in die Trickkiste gegriffen: Parallel zur Busleitung wurde ein 16 mm² starker Potenzialausgleich installiert. Wird die Busleitung aufgelegt, z. B. vor dem Feldbusknoten, wird direkt daneben auch der Potenzialausgleich über eine WagoSchutzleiterklemme geführt, die automatisch die Verbindung zur Tragschiene herstellt. Das Buskabel selbst wird mit einem Schirmklemmbügel der Serie 790 versehen. Dieser erlaubt es, den Schirm direkt vor dem Feldbusknoten aufzulegen, sodass die ungeschirmte und damit störanfällige Leitungsstrecke minimiert wird. Gleichzeitig wird die Leitung mechanisch abgefangen. Bei Leitungslängen über 50 m ist der Potenzialausgleich zusätzlich zurückgeführt. Dank dieser Maßnahme gibt es selbst in mit EMV-Einstrahlungen hochbelasteten Anlagenfeldern keine Probleme.

Das gut dreihundert Busklemmen umfassende Portfolio des Wago-I/O-Systems bot für jede Spezialaufgabe eine passende Lösung, z. B. 4…20-mA-Analogeingänge mit 16 Bit Auflösung oder konfigurierbare Klemmen für Thermoelemente. Selbst SSI-Geber, wie sie am Einpacker für die Greifarmpositionierung benötigt werden, lassen sich dank der Interface-Klemme 753–660 ohne separate Umsetzer an das I/O-System anschließen. Der Weg an der Greifarmwelle wird dabei absolut gemessen. So bleibt der Positionswert auch nach einem Maschinenstillstand erhalten; zeitraubendes Neukalibrieren entfällt. Für die vielen Spezialfälle ist die Parametrierbarkeit mit der Software I/O-Check sehr hilfreich.

Die vielen Standardsignale werden mit den platzsparenden 8-Kanal-Ein- und Ausgängen der 753er Serie erfasst. Diese ist uneingeschränkt kompatibel zu der 750er Serie, bietet aber zusätzlich eine steckbare Verdrahtungsebene für einen schnellen Wechsel im Servicefall. Optokoppler und Relais der Serien 788, 859 ergänzen das I/O-System. Sie dienen der Signaltrennung bei hohen Schalthäufigkeiten und geringer Last, z. B. beim Flaschentakt. Auch vorhandene Lichtschranken mit negativer Logik ließen sich durch Koppler mit Signalnegierung weiter verwenden. Die Beschränkung der Netzteile auf nur zwei Typen (787–632 und 787–612 für 10 A bzw. 2,5 A) sorgt für ein überschaubares Ersatzteillager.

Nicht nur bei der Elektronik, auch bei der Elektroinstallation verließen sich die Automatisierer auf Wago. Schraubklemmen werden nicht mehr akzeptiert, den Lieferanten wird schon lange die Käfigzugfeder als Standard vorgeschrieben. In der Abfüllanlage sind nicht nur Reihenklemmen für Leiterquerschnitte bis 16 mm² verbaut, sondern auch das X-Com-System, die Kombination aus Reihenklemme und Steckverbinder. Mit ihm sind japanische Frequenzumrichter ausgerüstet, die keine integrierte Steckvorrichtung haben. Bei einem Ausfall lassen sie sich schnell und ohne das Risiko eines Verdrahtungsfehlers austauschen.

Halle 7, Stand 230

dei 426

Wago-I/O-System

Seminar Prozessleittechnik

SPS/IPC/Drives 2008

Die Herstellung der Bionade würde man kaum in einer traditionellen Brauerei vermuten. Der Widerspruch erklärt sich, wenn man weiß, dass die Bionade im positiven Wortsinn ein echtes Gebräu ist. Denn anders als gewöhnliche Softdrinks wird sie nicht aus Wasser, Zucker und Aromen zusammengerührt, sondern ganz nach dem traditionellen Brauprinzip durch Fermentation von Wasser und Malz hergestellt. Normalerweise würde dabei Alkohol entstehen. Anders bei der Bionade. Die beteiligten Mikroorganismen produzieren Gluconsäure, deren Bestandteile z. B. bei der Honigerzeugung eine zentrale Rolle spielen. Das Verfahren wurde von dem Bionade-Erfinder, Dipl.-Braumeister Dieter Leipold, entwickelt und ist natürlich streng geheim. Den fruchtigen Geschmack verleihen den Bionade-Getränken ausschließlich natürliche Aromen. Die Zugabe nicht natürlicher Substanzen ist nach dem hauseigenen Reinheitsgebot streng untersagt.