Produktion eines HSHL-Getränkeuntersetzers: Kommissionierung (Station 1)
Autoren: Mario Wollschläger und Florian Leben
Dozent: Prof. Dr. Mirek Göbel
Einleitung
Gesamtkonzept
Produktion von HSHL-Getränkeuntersetzen als Werbegeschenk Produktion in 4 Stationen Verkettet über das bereits bestehende Förderband der MPS-Anlage Station 1: Kommissionierung Station 2: Kleber auftragen Station 3: Montage Station 4: Verpackung
Aufgabe der Station
Anforderungsdefinition
Zu Beginn wurden verschiedene Anforderungen definiert, welche die Station erfüllen soll.
funktionaler Systementwurf
Im funktionaler Systementwurf wird die Fertigungsaufgabe in kleine Teilaufgaben runtergebrochen. Für die vorliegen Station teilt sich die Aufgabe in das Entnehme des Warenträgers (WTs) vom Förderband, das Positionieren der Einzelteile und das Anschließende Rückführen und weitergeben des WTs. Das Positionieren kann hierbei weiter unterteilt werden in das Speichern vereinzeln und genaue Positionieren auf dem WT.
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Funktionaler Systementwurf
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Positionierung
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Positionierung am Beispiel Logo Links
technischer Systementwurf
Komponentenspezifikation
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Magazine
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Entnahme
Gesamtsystem der Komissionierung
Die Aufgabe der ersten Station liegt darin, die Einzelteile für den HSHL-Getränkeuntersetzter auf dem WT zu platzieren.
Mechanische Komponenten
Zum Umsetzung der Fertigungsaufgabe werden mehrere mechanische Komponenten benötigt. Diese Komponenten bestehen einerseits aus eine Mechanik zum Entnehmen und Rückführen des WTs (Wahrenträgers) vom und auf das Förderband. Die Funktion wird durch die Komponete Entnahmevorrichtung umgesetzt. Andererseits müssen die einzelnen Bauteile auf den WT aufgebracht werden und zuvor gespeichert werden. Diese Funktion wird durch Magazine mit integriertem Auswerfer umgesetzt. Hierbei sind die Magazin eins bis drei zu einer Komponente zusammengefasst, währen das vierte Magazin eine separate Komponente Darstellt.
Entnahmevorrichtung
Die Entnahmevorrichtung nimmt den WT (Warenträger) vom Wagen auf dem Förderband auf und verschiebt diesen in die Station, wo dieser dann bearbeitet werden kann. Hierfür greift ein gedrucktes Kunststoffteil, die Entnahmenase, in die Nase des WTs ein und zieht das gesamte Teil an dieser Nase in die Station. Sowohl der WT als auch die das Kunststoffteil werden von zwei T-Profielen geführt. Auf diese Weise wird eierseits die Position des WTs in der Station definiert, andererseits wird ein Verdrehen der Entnahmenase verhindert.
Die Notwendige Bewegung in der Station wird durch einen Druckluftzylinder mit 300mm Hub umgesetzt. Da nicht der volle Fahrweg des Zylinder benötigt wird, ist eine Begrenzung in Form von Anschlägen verbaut. Im Eingefahrenen Zustand dient hierfür der interne Anschlag des Zylinders, im ausgefahrenen Zustand wird eine Konstruktion aus Boschprofilen und entsprechenden Winkeln verwendet. Diese Ausführung ermöglicht eine genaue Anpassung an den Abstand zum Förderband. Der doppeltwirkende Zylinder ist mit Reed-kontakten versehen, welche die Endlagen des Zylinders erkennen. Hierdurch kann die Position der Entnahmenase bestimmt werden, was für die später beschriebene Programmierung wichtig ist.
Sensoren zur Endlageerkennung
Magazin 1 bis 3 (Kleinteilmagazin)
Die Magazine für die Kleinteile des Untersetzers befinden sich im Magazin 1 bis 3. Die drei Magazine sind aufgrund der räumlichen Nähe der Bauteile auf dem Warenträger zu einem Magazinblock zusammengefasst. Die Magazine ermöglichen ein geordnetes Speichern der Einzelteile in einer definierten Position. Das nachrücken der Einzelteile erfolgt mittels Gravitation, sodass immer ein Bauteil am Auswurffenster vorhanden ist. Das nachfüllen der Magazine erfolgt über die obigen Öffnungen und wird durch eine Aussparung an der Rückseite vereinfacht. Diese Öffnungen zeigen zeitgleich den Füllstand des Magazins an, damit der Bediener der Station weiß, wann die Magazine rechtzeitig nachzufüllen sind. Der Auswurf der Bauteile auf den Warenträger erfolgt über Schieber, welche federrückgestellte Druckluftzylinder angesteuert werden. Die Schieber besitzen jeweils eine individuelle Länge, die auf die Bauteile angepasst ist. Die drei Zylinder haben eine Hub von 100mm und sind nebeneinander leicht versetzt auf einer Trägerplatte angeordnet und mit einem Drosselrückschlagventil ausgestattet, um die Fahrgeschwindigkeit regulieren zu können.
Magazin 4 (Grundplatte)
Das Magazin 4 entspricht vom Aufbau und Wirkprinzip her dem Magazin 1 bis 3. Jedoch hat dieses Magazin aufgrund des größeren Bauteils einen größeren Fahrweg, welcher durch einen größeren Zylinder realisiert wird. Diese Komponente ist in das Magazin und die Stützen unterteilt, was eine schnellere Iteration ermöglicht. Zudem bildet das Magazin 4 den Aufnahmepunkte für die Entnahmekomponente.
Pneumatik
Die Station ist über einen Standard Druckluftanschluss an das Versorgungsnetz der Hochschule mit einem Druck von 8 Bar angeschlossen. Um den Druck der Station individuell zu regulieren ist ein Druckminderer (RN1) vorgeschaltet. Die Ansteuerung der Zylinder erfolgt über eine Ventilinsel, welche mit mehren Ventilmodulen bestückt ist. Die Schaltsignale erhält die Ventilinsel von der SPS. Die verwendeten Module der Ventilinsel sind jeweils mit zwei 3/2-Wege-Ventilen ausgestattet. Der Zylinder der Entnahmevorrichtung ist ein doppeltwirkender Zylinder (MM1), sodass für dessen Ansteuerung zwei Ventile (QM1 & QM2) verwendet werden, jeweils eins für das ausfahren und eins für das einfahren des Zylinders. Um die Fahrgeschwindigkeit des Zylinders in beide Richtungen einstellen zu können wurde bei beiden Eingängen des Zylinders ein Drosselrückschlagventil (RZ1 & RZ2) eingebaut. Die Drosselrückschlagventile begrenzen den Durchfluss in eine Richtung und lassen in der entgegengesetzten Richtung den Vollen Durchfluss zu, sodass eine Fahrrichtung in der eingestellt werden kann und der Zylinder beispielsweise langsam ausfährt und schnell wieder einfährt. Zudem verfügt der Zylinder der Entnahmevorrichtung über Zwi Endschalter (BG1 & BG2) um die Position der Kolbenstange im Prozess bestimmen zu können. Die Zylinder der Magazine (MM2 - MM5) werden Grundlegend nach dem gleichen Prinzip angesteuert und deshalb nur einmal anhand von Magazin 1 (MM2) erläutert. In den Magazinen sind Federrückgestellte Zylinder verbaut, was bedeutet, dass die Zylinder nur einen Anschluss haben und sobald Druckluft auf den Eingang gegeben wird, der Zylinder ausfährt. Wird der Eingang Drucklos geschaltet, fährt der Zylinder mittels eingebauter Feder wieder in die Ursprungsposition zurück. Auch die Zylinder der Magazine sind mit einem Drosselrückschlagventil (RZ3 - RZ6) ausgestattet um die Fahrgeschwindigkeit zu reduzieren.
Die Referenzkennzeichnung der Komponenten erfolgt nach EN 81346-2.
Programmierung
Das Programm, welches die Station kontrolliert läuft auf der Siemens SPS. Die verwendete Programmiersprache ist FUP (kurz für Funktionsplan) welche Netzwerke in grafischer Form beschreibt. Diese Netzwerke entsprechen dabei weitestgehend den Logikgattern der Digitaltechnik. So können beispielsweise Eingangsvariablen mit UND-Gattern verknüpft werden oder Zustände durch RS-Flipflops gespeichert werden. Als Eingangsvariablen können entweder die digitalen Eingänge der SPS verwendet werden, oder interne Variablen/Merker.
Für die Anlage der Station 1 sind die Funktionen in verschiedene Netzwerken aufgeteilt.
Test der Station
Komponententest
Integrationstest
Systemtest
Abnahmetest
Bauteile
Zylinder
Ventilstation
SPS
Profile
Druckteile
Verwendete Software
Zusammenfassung
Lernziele
Das Praktikum ermöglicht dem studierenden Ziel jedes Praktikumstermins war es,
Zusammenfassend hat man die
Ausblick
Verbesserungsmöglichkeiten:
- HMI
Literaturverzeichnis
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