HOLZ automation GmbH kan tillverka trähalmbyggnadselementen för ett helt hus på bara ett produktionsskift - med effektiv rörelsekontroll från Siemens.
Hållbart byggande är en viktig fråga för samhället som helhet. Ett sätt att minska koldioxidavtrycket är att använda förnybara, naturliga material, såsom halm. Detta mycket hållbara isoleringsmaterial har använts av människor i århundraden. För att halm ska kunna bearbetas helt automatiskt till färdiga byggelement krävs dock ett intelligent systemkoncept och framför allt en kraftfull och flexibel rörelsestyrningslösning.
Motion Control-lösningen täcker axelsynkronisering, modultransport, pressrörelse och eventuellt ännu fler processer i framtiden. Detta resulterar i en skalbar, standardiserad lösning och mer effektivitet och flexibilitet.
Alla funktioner har konstruerats i TIA Portal. Med kamredigeraren för SIMATIC S7-1500 T-PROCESSOR, den komplexa synkrona rörelsen för alla axlar inom balpressen kan snabbt justeras och modifieras.
Siemens automationslösningar möjliggör spårbarhet och kvalitetshantering. SIMATIC Industrial Edge används för att övervaka slitage på sågblad och justera trimningsanordningen därefter.
Nyckelkomponenten kring vilken det nya systemet för automatisk tillverkning av byggelement utvecklades kommer — på ett passande sätt — från jordbruket: ”Vi köpte en balpress och byggde om den så att vi kunde automatisera den”, berättar Jürgen Holz, VD på HOLZ automation GmbH. Ett djärvt steg, fortsätter Jürgen Holz: ”Vi kommer från specialmaskinkonstruktion för montering och provning av precisionsdelar som växlar och drivaxlar för fordonsindustrin. Här har vi definierade egenskaper — men det naturliga materialet halm ställer helt andra krav på processen. Att hantera variationer i materialegenskaper, såsom olika stjälklängder och återfjädringskrafter, på ett rent och automatiserat sätt var verkligen en utmaning.”
För Alexander Fromm, Head of Software and Development på HOLZ automation GmbH, var detta en spännande uppgift: ”Vi var tvungna att elektrifiera en hydromekanisk press från jordbruket för användning i en automatiserad industriprocess. Det fanns inga mallar för detta. Det var viktigt för honom att HOLZ automation GmbH kunde täcka de många processerna — axelsynkronisering, modultransport, pressrörelse — med ett system, ”inklusive uppgifter som vi ännu inte känner till.” Valet föll därför på en Motion Control-lösning från Siemens: ”Vi samordnade drivenheterna tillsammans och utvecklade konceptet. Detta resulterade i en skalbar, standardiserad lösning som gör att vi kan vara effektiva och flexibla.”
I anläggningens nuvarande sex stationer monteras byggnadselementen av träkomponenter, förses med en bakpanel och utrustas sedan med exakt pressade halmfyllningar av robotar.
För den sista finishen trimmas utskjutande halm i jämnhöjd, vilket skapar ett rakt väggelement som kan putsas eller bearbetas vidare.
Förutom den centrala SIMATIC S7-1500 T-CPU med integrerade säkerhetsfunktioner för balpressen har var och en av de sex produktionsstationerna en distribuerad. SIMATIC ET 200SP Controller som en I-enhet. Totalt 16 axlar styrs på detta sätt — 10 synkrona axlar och 6 positioneringsaxlar. Detta omfattar även anläggningens säkerhetskomponenter och kommunikationen med de för närvarande sex robotarna.
HOLZ automation GmbH utvecklade och validerade både den mekaniska och elektriska konstruktionen av systemet steg för steg, ”så att lösningen skulle fungera direkt”, berättar Alexander Fromm. För detta använde han bland annat spårningsfunktionen i TIA Portal för att validera systembeteendet och signalerna för alla involverade komponenter. Resultatet var ett moget, modulärt och flexibelt system som även möjliggör mobil installation. ”Detta gör att vi enkelt kan ta systemet dit husen byggs eller halmen skördas. Detta förkortar transportvägarna för material och byggnadselement och minskar därmed utsläppen. Den samordnade, standardiserade automatiseringen, de för-testade biblioteken och den intuitiva driften stöder en effektiv idrifttagning — ytterligare en fördel med lösningen.
Som ledande utvecklare gynnades Alexander Fromm inte bara under konstruktionsfasen av den enkla drivstyrningen via tekniska objekt och de integrerade funktionerna för anläggningssäkerhet.
Den integrerade rörelsestyrningslösningen hjälpte honom också att göra enkla modifieringar och optimeringar. En särskild höjdpunkt för Alexander Fromm: servodrivningarna i balpressen. ”Den servomekaniska lösningen med olika drivstorlekar och mekanisk kinematik kräver en hög grad av dynamik i drivsystemet. Tidigare skulle vi ha planerat två veckor bara för att korrekt reglera och samordna de sex synkrona axlarna; med One-Button Tuning av SINAMICS servodrivenheter var vi klara på två timmar.”
Byggnadselementen har redan hittat sin första tillämpning: Den nya produktionshallen utrustades med innerväggar av trä och halm. Systemet är extremt flexibelt: ”Vi kan koppla samman vår process direkt med planeringssystem från arkitekter eller byggföretag via öppna gränssnitt. Vårt produktsortiment omfattar idag 108 olika byggkomponenter i olika bredder och former — och vi planerar även att förse byggkomponenterna med lergips i en annan station. Tack vare det modulära anläggningskonceptet är detta inte ett problem.”
Globalt letar människor efter lösningar för att bygga prisvärt och hållbart. Jag är övertygad om att detta bara är möjligt med automatisering. Och med Siemens har vi hittat rätt partner.