In der heutigen wettbewerbsintensiven Fertigungswelt sind viele Fabriken immer noch auf alte Formmaschinen angewiesen. Früher spielten diese Maschinen eine Schlüsselrolle, heute sind sie jedoch mit Problemen wie geringer Effizienz, instabiler Produktqualität und hohen Wartungskosten konfrontiert. Der Austausch durch neue Maschinen kostet viel Geld, was für die meisten kleinen und mittleren Unternehmen eine große Belastung darstellt. Glücklicherweise gibt es eine bessere Lösung: die Nachrüstung alter Formmaschinen mit modernen Siemens-SPS. In diesem Artikel wird untersucht, wie dieses Nachrüstungsprojekt zu einem kostengünstigen Modernisierungspfad für Fabriken wird, und es werden auch praktische Einblicke in die Nachrüstung alter Spritzgießmaschinen mit Siemens-SPS vermittelt.
Die Herausforderungen alter Formmaschinen in der modernen Produktion
Alte Formmaschinen, wie einige traditionelle Spritzgießmaschinen und Spiralklingenformmaschinen, erfüllen nach und nach nicht mehr die Anforderungen der modernen Produktion. Ihre Probleme spiegeln sich hauptsächlich in vier Aspekten wider:
Geringe Produktionseffizienz und hohe Abhängigkeit von Arbeitskräften
Die meisten alten Formmaschinen sind für Prozesse wie Formwechsel, Materialzuführung und Produktentnahme auf manuelle Bedienung angewiesen. Dies erhöht nicht nur die Arbeitsintensität, sondern führt auch zu häufigen Produktionspausen. Beispielsweise kann eine manuelle Wickelformmaschine nur 50 Quadratmeter Produkte pro Tag produzieren, was bei weitem nicht den Massenproduktionsbedarf von 500 Quadratmetern pro Tag in der Baustoffindustrie deckt. Darüber hinaus ist die Reaktionsgeschwindigkeit des alten Relaissteuerungssystems langsam, was zu langen Formzyklen und einer geringen Geräteauslastung führt (in einigen Werkstätten weniger als 60 %).
Instabile Produktqualität und hohe Ausschussrate
Das alte Steuerungssystem kann wichtige Produktionsparameter wie Temperatur, Druck und Geschwindigkeit nicht genau steuern. Am Beispiel von Spritzgussmaschinen ist die Produktgrößenabweichung bei der Herstellung von Präzisionskunststoffteilen groß und die Ausschussquote bleibt hoch. Bei spiralförmigen Schaufelformmaschinen kann die Steigungsabweichung der mit herkömmlichen Segmentformmaschinen hergestellten Schaufeln ±3 mm erreichen, was zu Blockaden während des Transports führt. Diese Qualitätsprobleme wirken sich direkt auf die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte auf dem Markt aus.
Hoher Energieverbrauch und Wartungskosten
Die Antriebssysteme alter Formmaschinen sind in der Regel veraltet. Beispielsweise verbrauchen einige herkömmliche hydraulische Spritzgießmaschinen 30 % bis 50 % mehr Energie als neue energiesparende Modelle. Gleichzeitig sind viele Komponenten alter Maschinen veraltet und schwer zu beschaffen, was zu langen Wartungszyklen und hohen Kosten führt. Die jährlichen Kosten für den Austausch von Spiralblättern in der Bergbauindustrie machen 35 % der Wartungskosten für die Ausrüstung aus, was für Unternehmen einen enormen Kostenfaktor darstellt.
Schlechte Kompatibilität und Skalierbarkeit
Mit der Diversifizierung der Marktnachfrage müssen Unternehmen ihre Produktionsprozesse und Produkttypen ständig anpassen. Die Steuerungssysteme alter Formmaschinen können jedoch nicht effektiv mit neuen Automatisierungsgeräten oder Produktionsmanagementsystemen verbunden werden. Bei der Einführung neuer Formen oder der Erweiterung von Produktionslinien müssen Unternehmen häufig umfangreiche Änderungsarbeiten durchführen, die zeitaufwändig und kostspielig sind.
Warum sollten Sie sich für die SPS von Siemens für die Nachrüstung alter Formmaschinen entscheiden?
Die Nachrüstung alter Formmaschinen mit einer Siemens-SPS ist nicht nur wirtschaftlicher als der Kauf neuer Maschinen, sondern kann auch die Anlagenleistung deutlich verbessern. Siemens PLC verfügt über viele Vorteile, die sich besonders für die Nachrüstung von Formmaschinen eignen und daher für viele Unternehmen die erste Wahl bei Modernisierungsprojekten sind.
Hohe Zuverlässigkeit und stabile Leistung
Die SPS von Siemens ist für ihre hohe Zuverlässigkeit im industriellen Umfeld bekannt. Es kann unter rauen Bedingungen wie hohen Temperaturen, Feuchtigkeit und elektromagnetischen Störungen stabil arbeiten, was für eine kontinuierliche Produktion in Fabriken von entscheidender Bedeutung ist. Beispielsweise verfügt die Siemens-SPS S7-1515F, die bei der Nachrüstung von Segmentmanipulatoren zum Einsatz kommt, über starke Bewegungssteuerungsfähigkeiten und industrielle Zuverlässigkeit und sorgt so für minimale Ausfallzeiten. Diese Stabilität kann die Ausfallrate alter Formmaschinen nach der Umrüstung erheblich reduzieren.
Präzise Kontrolle und verbesserte Produktqualität
Siemens PLC kann wichtige Produktionsparameter wie Temperatur, Druck und Geschwindigkeit von Formmaschinen genau steuern. Durch die Verbindung mit Sensoren und Aktoren können Produktionsdaten in Echtzeit erfasst und Parameter rechtzeitig angepasst werden. Bei einem Nachrüstungsprojekt für fünf alte Spritzgussmaschinen in einer kleinen und mittelgroßen Fabrik für Kunststoffprodukte konnte durch den Einsatz der S7-1200-SPS von Siemens die Produktqualifizierungsrate um 15 % gesteigert werden, und die Größengenauigkeit von Präzisionskunststoffteilen konnte auf ±0,01 mm kontrolliert werden. Dies zeigt voll und ganz, dass Siemens PLC das Problem der instabilen Produktqualität alter Maschinen effektiv lösen kann.
Kosten-Effektivität und geringere Investitionen
Die Kosten für die Nachrüstung alter Formmaschinen mit Siemens-SPS betragen nur einen Bruchteil der Kosten für den Kauf neuer Maschinen. Branchendaten zufolge können durch die Nachrüstung 50 % bis 70 % der Kosten im Vergleich zum Kauf neuer Geräte eingespart werden. Gleichzeitig können durch das Retrofit-Projekt die mechanischen Teile der alten Maschinen, die sich noch in gutem Zustand befinden, wiederverwendet werden, wodurch eine Verschwendung von Ressourcen vermieden wird. Für Unternehmen mit begrenzten Mitteln ist dies ein sehr kostengünstiger Modernisierungsweg. Darüber hinaus kann der Energieverbrauch nachgerüsteter Maschinen um etwa 20 % gesenkt werden, was den Unternehmen weitere Einsparungen bei den Betriebskosten beschert.
Starke Kompatibilität und Skalierbarkeit
Die SPS von Siemens ist gut kompatibel und kann problemlos mit verschiedenen Sensoren, Aktoren und Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) verbunden werden. Es unterstützt außerdem mehrere Kommunikationsprotokolle und ermöglicht so eine einfache Integration in das Produktionsmanagementsystem des Unternehmens, um eine Fernüberwachung und Datenverwaltung zu realisieren. Beispielsweise können Spritzgießmaschinen nach der Umrüstung mit einer Siemens-SPS Produktionsdaten über OPC UA oder Modbus in das Verwaltungssystem hochladen, sodass Manager den Betriebsstatus der Ausrüstung in Echtzeit erfassen können. Darüber hinaus können bei sich ändernden Produktionsanforderungen des Unternehmens neue Funktionen durch Modifizierung des SPS-Programms hinzugefügt werden, ohne dass umfangreiche Hardwaremodifikationen erforderlich sind, was eine starke Skalierbarkeit bietet.
Wichtige Schritte bei der Nachrüstung alter Formmaschinen mit Siemens-SPS
Der Nachrüstungsprozess alter Formmaschinen mit Siemens-SPS muss ordnungsgemäß durchgeführt werden. Im Folgenden sind die wichtigsten Schritte aufgeführt, um den Erfolg des Retrofit-Projekts sicherzustellen, das auch ein wichtiger Bestandteil der Siemens-SPS-Retrofit-Schritte für Formanlagen ist.
Voruntersuchung und Programmgestaltung
Zunächst ist eine umfassende Untersuchung der alten Formmaschine erforderlich, einschließlich des Verständnisses der mechanischen Struktur, des ursprünglichen Steuerungssystems, des Produktionsprozesses und der bestehenden Probleme. Entwerfen Sie auf dieser Grundlage einen gezielten Umrüstungsplan, bestimmen Sie das Modell der Siemens-SPS (z. B. S7-1200 für kleine und mittlere-Projekte, S7-1515F für Großprojekte mit hohen Anforderungen an die Bewegungssteuerung) und wählen Sie unterstützende Geräte wie HMI, Sensoren und Aktoren aus. Wenn die Formmaschine beispielsweise Druck und Temperatur regeln muss, sollte ein Analogmodul wie SM 1231 AI hinzugefügt werden. Der Entwurfsplan sollte auch die zukünftige Skalierbarkeit der Ausrüstung berücksichtigen, um wiederholte Änderungen zu vermeiden.
Hardware-Installation und Verkabelung
Nachdem der Plan festgelegt wurde, starten Sie die Hardwareinstallation. Entfernen Sie zunächst die alten Steuerungskomponenten, die nicht mehr verwendet werden, und installieren Sie dann die Siemens-SPS, HMI, Sensoren und andere neue Geräte. Während des Verkabelungsprozesses ist es notwendig, den Schaltplan genau zu befolgen, um die Richtigkeit und Festigkeit der Verkabelung sicherzustellen, und darauf zu achten, starke und schwache Elektrizität zu isolieren, um elektromagnetische Störungen zu vermeiden. Wenn Sie beispielsweise den Drucksensor und den Temperatursensor an die SPS anschließen, verwenden Sie abgeschirmte Kabel, um Signalstörungen zu reduzieren. Überprüfen Sie nach Abschluss der Installation die Verkabelung erneut, um sicherzustellen, dass keine Fehler wie Kurzschlüsse oder Unterbrechungen vorliegen.
Programmieren und Debuggen
Verwenden Sie die Siemens TIA Portal-Software, um die SPS entsprechend den Produktionsprozessanforderungen der Spritzgießmaschine zu programmieren. Das Programm sollte die Steuerlogik jeder Produktionsstufe der Formmaschine realisieren, wie z. B. Schließen der Form, Einspritzen, Halten des Drucks, Abkühlen, Öffnen der Form und Produktauswurf. Beispielsweise kann das Programm die Schließbedingung der Form auf „Kein Fehler + Form nicht geschlossen“ und die Einspritzbedingung auf „Form geschlossen + Temperatur auf Standard“ einstellen. Führen Sie nach Abschluss der Programmierung das Debuggen durch. Testen Sie zunächst jede Aktion einzeln, um sicherzustellen, dass jeder Teil normal funktioniert, und führen Sie dann einen Verknüpfungstest für den gesamten Prozess durch. Nutzen Sie während des Debugging-Prozesses die Online-Überwachungsfunktion des TIA Portals, um die Variablenwerte in Echtzeit zu überprüfen und Probleme rechtzeitig zu finden und zu lösen. Passen Sie gleichzeitig die Parameter entsprechend der tatsächlichen Produktionssituation an, um den Produktionsprozess zu optimieren.
Inbetriebnahme und Personalschulung
Führen Sie nach Abschluss des Geräte-Debuggings einen Testbetrieb in der tatsächlichen Produktionsumgebung durch. Beobachten Sie während des Probebetriebs den Betriebsstatus, die Produktionseffizienz und die Produktqualität der Ausrüstung und nehmen Sie letzte Anpassungen an den Parametern vor. Darüber hinaus ist es notwendig, das Fabrikpersonal zu schulen, einschließlich der Bedienung des neuen Steuerungssystems, der Parameteranpassung und der täglichen Wartung. Nur wenn das Personal die nachgerüsteten Geräte kompetent nutzen kann, kann die maximale Wirkung des Nachrüstprojekts erzielt werden.
Kosten-Nutzenanalyse der SPS-Nachrüstung von Siemens
Für Unternehmen ist das Kosten-Nutzen-Verhältnis das Hauptanliegen der Nachrüstung. Nehmen wir als Beispiel eine kleine und mittlere Fabrik für Kunststoffprodukte, um die Kosten und den Nutzen der Nachrüstung alter Spritzgießmaschinen mit Siemens-SPS zu analysieren. Dies kann Ihnen dabei helfen, die Kosten für die Nachrüstung von Spritzgießmaschinen durch Siemens-SPS zu verstehen.
Kosten für die Nachrüstung
Die Kosten für die Nachrüstung einer einzelnen alten Spritzgießmaschine mit einer Siemens-SPS umfassen hauptsächlich: Siemens S7-1200-SPS (ca. 1.500 US-Dollar), HMI (ca. 800 US-Dollar), Sensoren und Aktoren (ca. 1.200 US-Dollar), Verkabelung und anderes Zubehör (ca. 500 US-Dollar) sowie Arbeitskosten (ca. 1.000 US-Dollar). Die Gesamtkosten belaufen sich auf etwa 5.000 US-Dollar. Wenn das Werk fünf Maschinen gleichzeitig umrüstet, belaufen sich die Gesamtkosten auf etwa 25.000 US-Dollar.
Vorteile der Nachrüstung
1. Reduzierte Arbeitskosten: Nach der Umrüstung kann die Maschine einen 24-Stunden-Dauerbetrieb ohne manuelle Bedienung realisieren, wodurch 2 Bediener pro Maschine eingespart werden. Bei einer Berechnung von 3.000 US-Dollar pro Bediener und Monat können mit 5 Maschinen 36.000 US-Dollar pro Jahr an Arbeitskosten eingespart werden.
2. Verbesserte Produktionseffizienz: Die Produktionseffizienz der nachgerüsteten Maschine wird um 50 % gesteigert. Ursprünglich produziert jede Maschine 10.000 Produkte pro Monat, nach der Umrüstung können 15.000 Produkte hergestellt werden. Bei einem Gewinn von 0,1 US-Dollar pro Produkt können 5 Maschinen den Jahresgewinn um 30.000 US-Dollar steigern.
3. Reduzierte Ausschussrate und geringere Rohstoffkosten: Die Ausschussrate wird um 30 % reduziert, wodurch etwa 12.000 US-Dollar an Rohstoffkosten pro Jahr für 5 Maschinen eingespart werden.
4. Reduzierte Energiekosten: Der Energieverbrauch wird um 20 % reduziert, wodurch etwa 6.000 US-Dollar an Stromkosten pro Jahr für 5 Maschinen eingespart werden.
Insgesamt kann die Fabrik die Nachrüstungskosten in etwa acht Monaten amortisieren, und der jährliche Nettogewinn kann danach um etwa 60.000 US-Dollar gesteigert werden. Dies zeigt deutlich, dass die Nachrüstung alter Formmaschinen mit Siemens-SPS erhebliche wirtschaftliche Vorteile hat.
Häufige Probleme und Lösungen bei der Nachrüstung
Bei der Nachrüstung alter Formmaschinen mit Siemens-SPS können einige häufig auftretende Probleme auftreten. Die Beherrschung der entsprechenden Lösungen kann den reibungslosen Ablauf des Sanierungsprojekts sicherstellen.
Problem 1: Unruhige Maschinenbewegung
Grund: Der SPS-Abtastzyklus ist zu lang oder die Parameter des Proportionalventils sind falsch eingestellt.
Lösung: Optimieren Sie die Programmlogik, reduzieren Sie komplexe Berechnungen, um den Scanzyklus zu verkürzen. Passen Sie den Verstärkungswert des Proportionalventils an, um die Bewegung gleichmäßiger zu gestalten.
Problem 2: Instabiler Druck oder instabile Temperatur
Grund: Die Genauigkeit des Sensors ist unzureichend oder die Einbaulage ist falsch.
Lösung: Ersetzen Sie sie durch hochpräzise-Sensoren und stellen Sie sicher, dass die Sensoren fest und fern von Störquellen installiert sind.
Problem 3: Häufige Gerätealarme
Grund: Die Alarmschwelle ist zu empfindlich eingestellt.
Lösung: Überprüfen Sie die Alarmbedingungen, stellen Sie den Schwellenwertbereich angemessen ein und vermeiden Sie Fehlalarme.
Problem 4: Inkompatibilität zwischen neuen und alten Komponenten
Grund: Die neue Siemens-SPS und die unterstützende Ausrüstung sind nicht mit den alten mechanischen Komponenten kompatibel.
Lösung: Berücksichtigen Sie bei der Gestaltung des Nachrüstungsplans vollständig die Kompatibilität neuer und alter Komponenten. Verwenden Sie ggf. individuelle Adapterplatten, um die Verbindung zwischen neuen und alten Komponenten herzustellen.
Fazit: Die SPS-Nachrüstung von Siemens ist eine kluge Wahl für die Unternehmensmodernisierung
Im Kontext des zunehmenden Wettbewerbs auf dem Markt ist die Verbesserung der Produktionseffizienz und Produktqualität der Schlüssel zur Entwicklung von produzierenden Unternehmen. Die Nachrüstung alter Formmaschinen mit modernen Siemens-SPS bietet Unternehmen einen kostengünstigen Modernisierungspfad. Es löst nicht nur die Probleme der geringen Effizienz, der instabilen Qualität und der hohen Kosten alter Maschinen, sondern hilft Unternehmen auch bei der Umsetzung der digitalen Transformation der Produktion. Die Vorteile der Siemens-SPS bei der Modernisierung alter Formmaschinen liegen auf der Hand, darunter verbesserte Zuverlässigkeit, präzise Steuerung, Kosteneinsparungen und starke Skalierbarkeit.
Für Unternehmen, die immer noch zögern, alte Maschinen auszutauschen, ist die SPS-Nachrüstung von Siemens zweifellos die rationalere Wahl. Durch die Befolgung wissenschaftlicher Nachrüstungsschritte und die rechtzeitige Lösung häufiger Probleme können Unternehmen ihre Investitionen schnell amortisieren und langfristige wirtschaftliche Vorteile erzielen. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der industriellen Automatisierungstechnik wird Siemens PLC in Zukunft eine immer wichtigere Rolle bei der Modernisierung produzierender Unternehmen spielen. Die Wahl einer Siemens-SPS für die Nachrüstung bedeutet eine bessere Entwicklungszukunft für das Unternehmen und ist auch eine konkrete Praxis der Aufrüstung alter Formmaschinen mit Siemens-SPS.
