Elopak setzt auf Anbindung über IO-Link. Prozessknoten einfach verdrahtet - prozesstechnik online

Prozessknoten einfach verdrahtet

Elopak setzt auf Anbindung über IO-Link

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IO-Link eröffnet neue Optionen bei Elopak´s Getränkeabfüllmaschinen. Die Anbindung der Prozessknoten über IO-Link reduziert und vereinfacht die Verkabelung beträchtlich und bringt damit eine hohe Kostenreduktion.

Dass die Abfüllanlage – und dies gilt bei 12000 Kartons pro Stunde und bei 24/7-Einsätzen – stabil läuft, dafür sorgen die 130 Mitarbeiter der Elopak EQS am Standort Mönchengladbach. „Wir sind das Zentrum für die Elopak-Füllmaschinen, managen das Ersatzteillager, koordinieren die Instandhaltung und die Field-Serviceeinsätze weltweit“, zählt Horst Klesse, Manager Hardware, Electrics & Controls bei Elopak, auf. In Mönchengladbach wurde 2012 auch das neueste Modell, die E-PS120 A, auf den Markt gebracht, mit der sich sowohl Low Acid- (z. B. Milch) als auch High Acid-Produkte (z. B. Säfte) in Kartons abfüllen lassen.

In der elf Meter langen und fast vier Meter hohen Anlage sind auf engstem Raum verschiedenste Module untergebracht, die vom Auffalten über das Füllen bis zum Verschließen alle Prozesse abbilden. Besonders spannend ist der Prozessteil, der oben auf der Maschine sitzt und von dort alle Medien- und Produktströme steuert. Über diesen sogenannten Prozessknoten, in dem 34 Ventilköpfe sitzen, laufen beispielsweise der Stickstoff für die Beaufschlagung kurz vor dem Verschließen der Kartons, das Sauerstoffperoxid-Aerosol zum Sterilisieren, Wasser, aber natürlich auch die verschiedenen Produktströme, die abgefüllt werden müssen, also z. B. Saft oder Milch. Dieser Prozessknoten ist sehr kompakt gebaut und wird mechanisch vormontiert geliefert, jedoch noch nicht elektrisch verdrahtet. Insgesamt sind in dem Prozessknoten 17 analoge Sensoren, 13 Pt 100, ein Ventilblock, drei Durchflussmesser und weitere Sensoren untergebracht. 80 Prozent der Kabel sind geschirmt. Zur Integration dieses Prozessknoten in die Gesamtanlage wird derzeit bei Elopak jeder Sensor einzeln verdrahtet. Dies sind 73 Leitungen mit 375 Einzeladern, die abgelängt, abisoliert und beschriftet werden müssen. Oder anders ausgedrückt: „Ein erfahrener Monteur benötigt allein zwei Wochen für die Verdrahtung, ein Einsteiger kann sich aber durchaus vier Wochen damit beschäftigen“, nennt Klesse den Umfang der Aufgabe. Zudem ist während dieses Zeitraums auch der Platz in der Montagehalle blockiert. Der Wunsch lag nahe, diese Verdrahtung zu optimieren.

Untersuchungen ergaben, dass statt der 375 Einzeladern und 73 Leitungen mit IO-Link nur noch 11 Leitungen nötig wären. Dies hätte zugleich den Vorteil, dass der Lieferant des Prozessknotens die Verdrahtung vornehmen könnte. Dies wäre nicht nur weniger zeitintensiv (weniger als eine Woche), sondern auch die komplexe Einstellung der Ventile könnte dann durch den Hersteller der Ventile vorgenommen werden. Abgesehen davon, dass die Einstellung eines einzigen Ventils 15 Minuten kostet, ließe sich über IO-Link jedes Ventil einzeln ansprechen. Damit ließen sich alle Parameter per Software ändern, etwa wenn neue Funktionen benötigt werden.

„Der Gedanke an IO-Link lag nahe“, erinnert sich Klesse, der seit Jahren die Technologie beobachtete. Aber: „Wir hatten immer die Schwierigkeit, dass einige Sensoren nicht mit IO-Link ausgestattet waren“, so Klesse und verweist auf die niedrigen Stückzahlen. Zwar gilt die E-PS120 A in der Branche als Erfolgsmodell, sie wurde mittlerweile bereits über 25 Mal in Europa ausgeliefert, aus Sicht eines Sensorherstellers ist die Menge an Sensoren jedoch gering. „Wir haben tatsächlich manchmal auch nur einen Sensor eines bestimmten Typs in unserer Anlage eingebaut. Das kann man nicht vergleichen mit den Stückzahlen aus anderen Industrien“, gibt Klesse zu. Hinzu kam: „Aus Sicht eines Sensorherstellers lohnte es sich meist nicht, extra für uns einen Sensor mit IO-Link auszustatten“, so die Erfahrung von Klesse. Eine weitere Herausforderung kam dazu: Anlagen im Lebensmittelbereich sind validierte Systeme, eine Änderung von einzelnen Komponenten ist meist mit hohem Aufwand verbunden.

Vorteile für den Kunden

Entmutigen ließ man sich dadurch nicht. Zunächst startete man zwei Workshops, zu denen Mitarbeiter und Fachleute aus der Montage und der Instandhaltung sowie Sensor- und Systemlieferanten eingeladen wurden, um die potentiellen Möglichkeiten auszuloten. Das Konzept stellte man der Geschäftsführung vor, wobei man jedoch vor allem die Kosteneinsparungen der Verdrahtung betonte. Das war jedoch zu wenig Benefit, um ein neues Design durchzusetzen, wie Klesse heute einräumt. Für die Geschäftsführung musste ein deutlicherer Nutzen ersichtlich sein.

Daraufhin startete Elopak im Rahmen einer Master-Arbeit ein Benchmark-Projekt, um die Vor- und Nachteile zu untersuchen: Welche Tools sind zum Parametrieren vorhanden? Welche Anbieter von Steuerungen, Sensoren und Systemen gibt es inzwischen auf dem Markt? Wie fallen die verschiedenen Sichten auf dem HMI aus? Welcher Aufwand ist heute für die Anbindung der Sensoren nötig und wie sieht es bei einer Anbindung über IO-Link aus? Welche Vorteile gibt es bei der Inbetriebnahme und für die Instandhaltung? Wie hoch ist der Schulungsaufwand? „Hier wurden weitere Vorteile ersichtlich, die wir bisher noch gar nicht berücksichtigt hatten, wie die Flexibilität, den Nutzen für den Kunden oder auch bei Konzepten für die Zukunft“, beschreibt Klesse das Ergebnis.

Zeitgleich wurde bei Elopak ein Value Engineering-Projekt angestoßen. Dabei wurde jeder Entwicklungsschritt bei der Maschine begutachtet, ob sich etwa die Montage leichter zu bewerkstelligen ließe oder ob einzelne Teile in der Maschine auch weggelassen werden könnten. In diesem Zusammenhang stand wieder der Prozessknoten im Mittelpunkt des Interesses – IO-Link war wieder im Spiel.

Praktische Herausforderungen

Nach dem Go durch die Geschäftsleitung ging es an die Vorgespräche mit den Lieferanten. So stand für den bisher eingesetzten Ventilkopf kein IO-Link zur Verfügung, da der Zulieferer einen anderen Standard verwendete. Andere Hersteller wären zwar möglich gewesen, aber dies hätte ein weiteres Engineering, erneute Tests und letztlich auch ein erhöhtes Risiko, dass es mit dem anderen Lieferanten nicht so gut funktioniert, bedeutet. Elopak konnte schlussendlich den Zulieferer davon überzeugen, dass ein neuer Ventilkopf mit IO-Link konstruiert wurde. Vorteil für Elopak: Dabei konnte man sich auch bei der Definition der Parameter einbringen. Bei den analogen und den Temperatursensoren wurde ein Analog-Hub verwendet und dieser an den IO-Link Master angeschlossen. Allerdings kam es hier zu einer neuen Herausforderung, da z. B. die Temperatursensoren mit einem geschrumpften Kabel ausgeliefert werden. Diese in
M 12 anzuschließen, würde das feine Kabel zerstören. Hier wird man in Zukunft einen anderen Hersteller wählen müssen.

Derzeit befindet sich die Implementierung von IO-Link noch in der Konstruktionsphase, sodass es noch etwas dauern kann, bis der Prozessknoten tatsächlich mit IO-Link produziert. Dennoch sieht sich Klesse auf einem guten Weg „Die Zusammenarbeit mit den Sensorlieferanten war sehr eng und hat unsere Arbeit beflügelt“, zieht Klesse ein persönliches Fazit. „Am Ende hat der Ventilhersteller – trotz der geringen Stückzahl – sogar eine Miniserienfertigung aufgesetzt.“

Und – obwohl dies nicht geplant war – wurden bereits ausgelieferte Anlagen mit IO-Link versorgt. Für einige Maschinen wurde ein Depalettierer entwickelt, mit dem die Rohkartons automatisch von der Palette in die Maschine transportiert werden. Ob noch genügend Nachschub da war, konnte zwar über das zentrale HMI angezeigt werden, dies erwies sich jedoch als nicht besonders praxisnah. „Das Argument des Bedienpersonals war schlüssig. Wenn ich extra zum HMI laufen muss, kann ich auch gleich einen Blick in den Depalettierer werfen“, lacht Klesse. Der Bediener, der normalerweise mehrere Maschinen gleichzeitig betreut, will jedoch auf einen Blick vom anderen Ende der Halle sehen, ob genügend Nachschub vorhanden ist. Dank der engen Zusammenarbeit mit Balluff wusste Klesse von der neuen Smart Light, die nicht nur voll oder leer anzeigt, sondern die genaue Füllhöhe der Kartonagen. „Wir haben die Lampe dank IO-Link in Kürze eingebaut, dem Kunden vorgestellt und der war begeistert. Seitdem gehört diese Lampe zur Standardausstattung“, freut sich Klesse. Früher wäre eine solche Lampe nicht möglich gewesen, da armdicke Kabel für die Anzeige der verschiedenen Zustände nötig gewesen wären – nun genügt über IO-Link ein Standard-Kabel. Und auch die Vakuumüberwachung wurde bereits auf IO-Link umgestellt. „Hier mussten wir nur ein Kabel ändern“, so Klesse. „Auch wenn wir mit der Umsetzung von IO-Link noch am Anfang stehen, bereuen wir es nicht, den Wechsel eingeläutet zu haben“, zieht Klesse Bilanz.

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Halle 5, Stand 210


Autorin: Sabine Mühlenkamp

Freie Journalistin



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