Oplossingen met één kabel voor meer efficiëntie in de modulaire machinebouw

De constructeur van speciale machines MA micro automation GmbH ontwerpt vanuit basisconfiguraties en een grote verscheidenheid aan modules systemen op maat voor medische technologie. Dit vereist niet alleen een systeemconcept dat consequent gemodulariseerd is in elke fase van de kerntaken, maar ook besturingstechnologie en systeembekabeling die flexibel geconfigureerd kunnen worden. Beckhoff voorziet hierin met PC-gebaseerde besturing, One Cable Technology (OCT) en EtherCAT P, die samen zorgen voor een aanzienlijk hogere productie-efficiëntie.

MA micro automation, gevestigd in het Duitse Sankt Leon-Rot, produceert assemblage-, afstel- en testsystemen voor medische technologie en visuele inspectie. “We streven ernaar om zoveel mogelijk gebruik te maken van standaardmodules en deze volgens de behoeften aan te vullen met speciaal ontwikkelde individuele componenten”, zo beschrijft Dirk Striebel, hoofd Operations bij MA micro automation, het basisidee achter de modulaire machinebouw.

In het algemeen zijn de systemen gebaseerd op de machineplatforms CENTAURI IVD en CERES POC van het bedrijf, en die kunnen worden aangepast aan de respectieve behoeften en vereisten van een project. Dit verklaart het brede scala van mogelijke toepassingen van de systemen. MA micro automation levert productie-, test- en assemblagesystemen voor een groot aantal toepassingen, waaronder diagnostische verbruiksgoederen, medische spuitgietonderdelen, insulinepennen en auto-injectoren, alsmede pipetpunten en reactorvaten. Om te voldoen aan de markteisen voor hoge precisie en nauwkeurige assemblage, waaronder die voor optische assemblages, vertrouwt de speciale machinebouwer op zijn eigen beeldverwerkings- en softwaresystemen en op zijn grote beeldverwerkings- en softwareteam.

Links: Bij een hoge dichtheid van sensoren en actuatoren in het veld bespaart systeembekabeling met de hybride kabels en EtherCAT P veel bedradingstijd tijdens installatie.
Rechts: OCT reduceert eveneens de bedrading van de AX5000 Servo Drives.

Massaproductie met maximale precisie

Om te voldoen aan de pandemiegerelateerde toename van de vraag naar pipetpunten werd een opmerkelijke oplossing op basis van CENTAURI IVD ontwikkeld. Deze worden zowel tot bulkgoederen als precisiegoederen gerekend, aangezien ze in de laboratoriumdiagnostiek worden gebruikt om nauwkeurig vastgelegde hoeveelheden vloeistof op te nemen en over te brengen naar testcontainers. De wanddiktes en de openingen aan de punt meten elk slechts enkele tienden van een millimeter, wat betekent dat elke afwijking het diagnostische resultaat kan beïnvloeden. Dirk Striebel legt uit: “Het is essentieel om tijdens het productieproces te letten op zaken als bramen of vervormingen, en pipetpunten met zichtbare gebreken op betrouwbare manier af te voeren als afval.” Om die reden integreert MA micro automation vaak verschillende inspectiestations in het productieproces, zodat het bedrijf zelf de nodige expertise op het gebied van beeldverwerking in huis heeft.

Om stilstand van de spuitgietmachine tijdens het 24/7-bedrijf te voorkomen, heeft MA op verzoek van de klant een bufferopslagsysteem geïntegreerd tussen de machine en de erop volgende processen. “Dit biedt voldoende capaciteit om 10 minuten te dekken, wat lang genoeg is om etiketten of filters bij te vullen wanneer dat nodig is”, legt Dirk Striebel uit. De snellere cyclustijd van het systeem in vergelijking met de spuitgietmachine betekent dat het bufferopslagsysteem daarna zichzelf leegt.

Met het tweede CERES POC platform richt MA micro automation zich op de markt voor point-of-care (POC) snelle tests op het gebied van patiëntgebonden laboratoriumdiagnostiek. Deze uiterst flexibele productielijnen bestrijken de gehele procesketen, van het spuitgieten van kunststoffen tot het testen en verpakken. Op dit platform gebaseerde systemen kunnen meer dan 30 miljoen tests per jaar produceren.

Als geen van beide machineplatforms om technische redenen geschikt is, verzorgt de gespecialiseerde machinefabrikant als hoofdaannemer ook de implementatie van projectoplossingen op maat. Volgens Dirk Striebel: “Met ons uitgebreide portfolio van gestandaardiseerde modules en oplossingen bieden wij onze klanten de flexibiliteit die zij vragen voor de oplossingen die ze wensen.” Van diverse optische inline inspecties, assemblage van pipetfilters, volledig geautomatiseerde connectiviteit met voorgaande en volgende productieprocessen (rek, verouderingsopslag, verpakking, enz.), en het volledig geautomatiseerde intralogistieke proces, alles kan worden gedefinieerd via de bijbehorende configurator.

Links: U hoeft niet één van beide te kiezen: EtherCAT P en EtherCAT kunnen in het veld worden gecombineerd. De IP67-gecertificeerde EPP9001-0060 Box scheidt EtherCAT P in EtherCAT en stroom indien nodig zodat standaard EP boxmodules kunnen worden gebruikt.
Rechts: Een ander voordeel van EtherCAT P is dat de bijbehorende IP67 veldbusbox-modules zo compact zijn dat ze rechtstreeks in het machinebed kunnen worden geïntegreerd. Op de achtergrond is het XTS-transportsysteem te zien dat de afzonderlijke stations met elkaar verbindt.

PC-gebaseerde besturing voor in-vitrodiagnostiek

Als hoofdaannemer ontwierp MA micro automation een flexibele automatiseringsoplossing voor pipetpunten met een verhoogde outputsnelheid voor een wereldwijd opererende onderneming. De opdracht was om een flexibele automatiseringsoplossing voor de productie te implementeren, waardoor pipetpunten verpakt in rekjes kunnen worden aangeboden aan de markt voor in-vitrodiagnostiek. Daarvoor moesten de afzonderlijke pipetpunten in een cyclustijd van minder dan 0,1 s uit het bulkmateriaal worden ingevoerd, gescheiden, automatisch in rekjes worden geplaatst en uiteindelijk worden verpakt.

De flexibiliteit wat betreft pipetvarianten is gebaseerd op spuitgietvormen met maximaal 128 caviteiten, waardoor op de spuitgietmachines verschillende pipetpunten kunnen worden geproduceerd. De pipetten worden verwijderd via een as die in enkele stappen kan worden aangepast aan het respectieve aantal caviteiten, waardoor de verwijderingsas universeel schaalbaar is. Voor de vereiste rastermaat van het eindrekje zorgt een speciale handlingstrategie, zodat de pipetpunten na slechts enkele automatiseringsstappen de rekjes bereiken. Vervolgens worden ze verder getransporteerd via bijvoorbeeld het lineaire transportsysteem XTS.

Schaalbare automatisering bevordert modulariteit

De basis van al deze systeemvarianten is een automatiseringsoplossing in de vorm van PC-gebaseerde besturing. Zoals Dirk Striebel benadrukt is deze aanpak sinds 2010 ongewijzigd: “We gebruiken waar mogelijk standaard Beckhoff componenten, tenzij klanten om een ander besturingssysteem vragen.” Het blijkt dat dit zelden het geval is.

MA micro automation vertrouwt nu op het volledige gamma Beckhoff producten, waaronder de AX5000 en AX8000 Servo Drive systemen, XTS voor intelligent materiaaltransport, de EtherCAT en EtherCAT P boxmodules, de geïntegreerde en industrie-PC’s en bedieningspanelen zoals de CP3921 in klantspecifieke ontwerpen. Om efficiënter te worden en fouten te vermijden moeten constructeurs van speciale machines zich volgens Dirk Striebel houden aan beproefde normen: “Beckhoff systeemcomponenten voldoen in elk opzicht aan deze eisen, van de projectplanning en ontwikkeling tot de voltooiing van de systemen.”

Het aangepaste bedieningspaneel CP3921 in combinatie met PC-gebaseerde besturing en TwinCAT HMI biedt een gebruiksvriendelijke bedieningsinterface en korte omschakeltijden.

Efficiënte bekabeling met OCT, ENP en ECP

Dirk Striebel ziet een groot voordeel voor het bedrijf in de consequente standaardisatie op OCT voor de aandrijvingen en EtherCAT P op I/O-niveau. Dankzij de invoering ervan hebben we de bedrading aanzienlijk kunnen verminderen en de decentrale stroomverdeling door de vierkanaals-stroomverdelers EP9224-0037 van de hybride connector B17-ENP via EtherCAT P kunnen verbeteren. “In totaal hebben deze maatregelen onze installatie-inspanningen en de daaruit voortvloeiende kosten met ongeveer 15 tot 20% verminderd”, aldus Dirk Striebel. Ook de voorgemonteerde kabels, die MA micro automation eveneens van Beckhoff betrekt, spelen daarbij een rol.

Afhankelijk van de systeemgrootte zorgt One Cable Automation (OCA) van Beckhoff met de ENP hybride leidingen en EtherCAT P ervoor dat tot 100 leidingen overbodig zijn. Deze hoeven niet meer geassembleerd, getrokken en in de schakelkast geplaatst te worden, wat op zijn beurt potentiële bronnen van fouten vermindert. “Typische fouten bij het aansluiten van kabels kunnen met de verschillende coderingsmogelijkheden van EtherCAT P nog verder worden beperkt”, voegt Udo Gruber, hoofd van het Beckhoff verkoopkantoor in Mannheim, eraan toe. De I/O-boxmodules en systeemleidingen kunnen worden gecodeerd met behulp van ringen van verschillende kleuren. Door de mechanische codering van de bajonetsluitingen kunnen de hybride connectoren ook met zekerheid worden geïdentificeerd. “We kunnen met dit alles rekening houden wanneer we onze EtherCAT P boxmodules en voorgeconfigureerde kabels rechtstreeks bij de fabriek bestellen,” zegt Udo Gruber.

Dirk Striebel voegt daaraan toe: “Wat de stroomdistributie betreft, verdwijnen problemen zoals grote kabellengtes en de daaruit voortvloeiende spanningsverliezen vanzelf met EtherCAT P.” Evenzo kunnen met de EtherCAT boxmodules voor stroomverdeling, zoals EP9214 en EP9224, verschillende gegevensconcepten worden geïmplementeerd, aangepast of volledig opnieuw ontworpen. Bovendien vereenvoudigen de uitgebreide diagnosefuncties van EtherCAT en de EtherCAT P technologie-uitbreiding het opsporen van storingen. Er is aan zowat alles gedacht om ervoor te zorgen dat de eindmontage grotendeels zonder een gespecialiseerde elektricien kan worden uitgevoerd. “Dit is zeker de huidige trend in de wereld van 24V-sensor/actuatorinstallaties,” beaamt Dirk Striebel. Hij denkt hier al een stap vooruit en streeft ernaar de montage, demontage en hermontage van de systemen te vereenvoudigen: “Het doel is zeer kostenintensieve activiteiten bij de eindklant te verminderen en de doorlooptijden van de systemen in de eindassemblagefase te verkorten. Ook hier zal Beckhoff weer zijn bijdrage leveren als jarenlange, betrouwbare partner en leverancier van systeemcomponenten.”

Meer informatie bij Beckhoff

Auteur: Philipp Bertling, Productmanager I/O, Beckhoff Automation