'Auf Draht' ist passé

Präzisionsdrehteile für die Auto­mobil-, Verteidigungs-, Luft- und Raumfahrtindustrie. Zu den Kunden des
mittelständischen Drehteileherstellers zählen namhafte Firmen in Europa, Asien und den USA. Mehr als 100 Drehmaschinen und Bearbeitungszentren verschiedener Typen und Baujahre stehen in den Produktionshallen des im Jahr 1975 gegründeten Unternehmens, das inhabergeführt ist und aus Qualitätsgründen ausschließlich am Standort Rochester produziert. Ein seit dem Jahr 1997 zertifiziertes Qualitätsmanagementsystem nach DIN EN ISO 9001:2000 ist ein Beleg für den hohen Qualitätsanspruch.

Um auch weiterhin international wettbewerbsfähige Produkte liefern zu können, ist T&L Automatics wie viele andere produzierende Unternehmen gezwungen, seinen Maschinenpark stets auf dem aktuellen technischen Stand zu halten. Eine kostengünstige Alternative zum Neukauf ist in vielen Fällen ein Retrofit, also die Modernisierung veralteter Maschinen- oder Anlagenteile. Diesen Weg ging auch T&L Automatics bei einer älteren Maschine zur Herstellung von Präzisionsdrehteilen.

Die tonnenschwere Rundtaktmaschine eines italienischen Herstellers mit sieben Bearbeitungsstationen und einer Be- und Entladestation war noch in einem guten Zustand, genügte aber nicht mehr den heutigen Anforderungen an Schnelligkeit, Präzision und Kommunikation. Ein Austausch der Steuerungstechnik und die Neuverkabelung der Maschine sollten die Leistung und Zuverlässigkeit des Bearbeitungszentrums erhöhen und so die Produktivität verbessern, denn mit dem ursprünglich installierten Steuerungssystem und der konventionellen Parallelverdrahtung häuften sich in der letzten Zeit die Ausfälle. Dies senkt die Verfügbarkeit der Maschine und erhöht zugleich die Kosten für Reparatur und Instandhaltung, die zuletzt mehrere Zehntausend Dollar pro Jahr betrugen.

In Zusammenarbeit mit Unique Automation, einem Systemintegrator aus Palmyra, ebenfalls im US-Bundesstaat New York, entschied sich T&L Automatics für ein dezentrales, vernetztes Steuerungssystem, bestehend aus vier computergestützten numerischen Steuerungen (CNC) vom Typ C64, eine modulare speicherprogrammierbare Steuerung vom Typ MELSEC System Q und grafischen Bediengeräten der GOT1000-Serie, alle von Mitsubishi Electric, sowie dem Hochgeschwindigkeitsnetzwerk CC-Link, das alle Komponenten miteinander verbindet.

Ausschlaggebend für die Wahl von CC-Link waren die Eigenschaften der Netzwerktechnologie. Das offene Kommunikationsprotokoll erlaubt es, die Steuerungen und Geräte verschiedener Hersteller über ein flexibles Bussystem zu verbinden, statt sie einzeln zu verdrahten. Das reduziert den Verdrahtungsaufwand und ermöglicht maßgeschneiderte Automatisierungslösungen, die auch nachträgliche Umbauten und Erweiterungen problemlos zulassen. Dabei ist die robuste Netzwerktechnik, die auch über große Entfernungen hinweg eine hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit bis zehn Megabit pro Sekunde sicherstellt, einfach zu installieren und zu betreiben. So erfordert die Inbetriebnahme zum Beispiel keine produktspezifischen Dateien. Nach Aussage des Projektteams waren die Netzwerke innerhalb von wenigen Stunden betriebsbereit.

T&L Automatics konnte durch die Umrüstung der Maschine mehr als 7 600 m herkömmlicher Verkabelung einsparen.37 Lockere, gebrochene oder kurzgeschlossene Drähte waren bis dahin eine häufige Fehlerquelle, die oft aufwändig gesucht werden musste. Heute überwacht die in allen CC-Link-Netzwerken standardmäßig integrierte Diagnose sämtliche Netzfunktionen und unterstützt so eine schnelle Fehlerlokalisierung und -behebung. Zudem erlaubt die so genannte Hot-Swap-Funktion einen Austausch von Master- und Slave-Geräten im laufenden Betrieb und stellt damit ebenfalls eine hohe Verfügbarkeit des Netzwerks und der angeschlossenen Geräte sicher. Fehlerhaft arbeitende Stationen können ohne Auswirkungen auf die Zykluszeit vom Netzwerk getrennt und später wieder eingegliedert werden. Auch regelmäßige Wartungsarbeiten lassen sich deutlich einfacher planen und durchführen.

Die erste so aufgerüstete Rundtaktmaschine ist bereits seit mehr als einem Jahr ohne einen einzigen Ausfall in Betrieb. Durch die Modernisierung stieg die Produktivität der Maschine um 20 %. Dazu beigetragen hat auch die neu installierte Steuerungstechnik von Mitsubishi Electric. Jede der sieben Bearbeitungsstationen ist mit vier CNC-gesteuerten Achsen, in der Regel X-, Y- und Z-Achse sowie Spindelrotation, ausgerüstet, die achte Station dient dem Bediener zum Be- und Entladen der Werkstücke. Die Automatisierungsplattform MELSEC System Q steuert über zwei unabhängige CC-Link-Mastermodule sämtliche Netzwerk- sowie allgemeine Maschinenfunktionen.

Das erste CC-Link-Netzwerk verbindet die vier besonders für Transfer- und Rundtaktmaschinen entwickelten CNC-Steuerungen, die die Bewegungen der insgesamt 28 Achsen koordinieren, und verarbeitet hierüber die Daten von über 1 000 Ein- und Ausgängen an den verschiedenen Stationen des Bearbeitungszentrums. Das zweite CC-Link-Netzwerk bindet mehr als 600 weitere Ein- und Ausgänge der Maschine über 24 dezentrale E/A-Module in das Steuerungssystem ein. Über dieses Netzwerk erfolgt die Steuerung und Überwachung der übrigen Komponenten und Funktionen, wie zum Beispiel Drucktaster und Wahlschalter für die Maschinenbedienung, Pumpen und Ventile der Kühltechnik, Schmier-, Hydraulik-, Spanabfuhr- und Filtriersysteme sowie das pneumatische System für den Wechsel von Werkzeugen und Werkstücken.

Mit dieser Systemarchitektur ist die modulare Steuerung MELSEC System Q in der Lage, alle Ein- und Ausgänge des zweiten CC-Link-Netzwerks zu lesen, das SPS-Programm, das rund 15 000 Schritte umfasst und in der Sprache Kontaktplan programmiert ist, auszuführen, die Ausgänge zu setzen und wichtige Daten mit den CNC-Steuerungen im anderen CC-Link-Netzwerk auszutauschen. Jede der vier CNC-Steuerungen führt ein eigenes Programm mit 7 500 Schritten aus, ebenfalls in Kontaktplan geschrieben. Das gesamte Steuerungsprogramm der Maschine besteht somit aus mehr als 45 000 Programmschritten. Für einen vollständigen Zyklus benötigt das System nur etwa 7,3 Millisekunden, eine deutliche Verbesserung gegenüber dem alten Steuerungssystem.

Um dem Bediener das Einstellen der CNC-Bearbeitungsparameter zu erleichtern, steht im Innern der Maschine ein bewegliches Bedienfeld mit grafischer Anzeige zur Verfügung, das über eine kreisförmige Führungsschiene an die jeweilige Station geführt wird. Das auf die Steuerungstechnik abgestimmte Bediengerät ist direkt mit den CNC-Steuerungen verbunden. Die Überwachung der gesamten Maschine erfolgt ebenfalls über grafische Bediengeräte dieser Serie.

Durch die Umrüstung mit neuer Steuerungstechnik und dem Feldbusnetzwerk CC-Link erreichte T&L Automatics nicht nur eine höhere Produktivität und eine Senkung der Betriebskosten, auch die Qualität der Fertigung ist deutlich gestiegen. Dies gab den Ausschlag für die Modernisierung von vier weiteren Maschinen. Die Planungen für dieses Jahr sind bereits fertig.