Konstruktion und Service Rotsch GbR

Automatisierung eines Laborarbeitsplatzes für chemische Prozesse

Aufgabe	Vollautomatisierter Laborarbeitsplatz für NaOH-gestützte chemische Prozesse
Steuerung	EATON XN300 mit XN-322 E/A-Modulen (EtherCAT + EtherNet/IP)
Programmierung	CoDeSys nach IEC 61131-3 — Kontaktplan, Strukturierter Text
Visualisierung	Galileo 10 HMI — Flussbild, Prozessparameter, Alarmmanagement
Sensorik	FESTO EX260 (EtherNet/IP), IO-Link, analoge Durchflussmessung
Umfang	7 Anlagen — Planung, Verdrahtung, Programmierung, Inbetriebnahme

Aufgabenstellung

Für die Produktion von Halbleiterbauelementen im Labormaßstab waren teilautomatisierte Laborarbeitsplätze zu erstellen. Die Aufgabe bestand in der Konfiguration, Programmierung und dem Aufbau der Steuerungstechnik. Die Anlagen sollte Pumpen, Ventile und Kaskaden koordinieren, Prozessparameter reproduzierbar einstellen lassen und alle relevanten Messgrößen aufzeichnen — bedienbar von Laborpersonal ohne SPS-Vorkenntnisse.

Technische Umsetzung

Hardware und Verdrahtung

Als Steuerungsplattform kam eine EATON XC300 zum Einsatz. Über EtherCAT wurden digitale und analoge E/A-Module der XN-322-Serie angebunden — darunter 8-kanalige Analogmodule für Durchflussmessungen sowie digitale Module für Ventil- und Pumpenansteuerung. Die FESTO EX260-Drucksensoren sind über EtherNet/IP eingebunden, ergänzt durch einen IO-Link Master für weitere Feldgeräte. Die gesamte Verdrahtung erfolgte normgerecht im Schaltschrank.

EATON SPS-Klemmen — normgerechte Verdrahtung der XN-322 E/A-Module — Normgerechte Verdrahtung der EATON XN-322 E/A-Module im Schaltschrank

Adressschalter der EATON E/A-Module zur Konfiguration der Feldbus-Adressen — Adressschalter zur Konfiguration der EtherCAT-Feldbus-Teilnehmer

SPS-Programmierung in CoDeSys

Die Steuerungslogik wurde in CoDeSys nach IEC 61131-3 entwickelt. Das Projekt umfasst eine vollständige Gerätekonfiguration mit XN300-Master, EtherCAT-Gateway (XN-312-GW-EC) sowie allen angebundenen E/A-Modulen und dem EtherNet/IP-Scanner für die FESTO-Sensorik. Die Ablaufsteuerung koordiniert zwei Prozesskaskaden (KSK1, KSK2) mit definierten Zuständen: Initialisierung, Vorspülen, Spülen, Ablauf und Wiederbefüllung der NaOH-Tanks T1, T2 und T3.

CoDeSys Gerätekonfiguration — XN300-Master, EtherCAT-Gateway und EtherNet/IP-Scanner — CoDeSys-Gerätekonfiguration: XN300-Master mit EtherCAT- und EtherNet/IP-Anbindung

Prüfaufbau mit Steckboard für Vorabtest der SPS-Signale — Prüfaufbau: Vorabtest der digitalen E/A-Signale vor der Montage im Schaltschrank

Prozessvisualisierung mit Galileo 10

Die HMI-Oberfläche wurde mit Galileo 10 entwickelt und zeigt das vollständige Flussbild der Anlage in Echtzeit: Pumpen P1 und P2, die steuerbaren Ventilgruppen (1a/1b, 3a–3d, 5a–5c), drei NaOH-Tanks mit Füllstandsanzeige sowie den Neutralisationsbehälter. Über separate Prozessseiten lassen sich die Zeitparameter für jeden Prozessschritt — Vorspülen, Spülen B1/B2, Ablauf, Wiederbefüllung — direkt am Panel einstellen. Durchflussmessungen für Spül- und Zulauf sind ebenfalls integriert und werden auf der Bedienoberfläche angezeigt.

Galileo 10 Flussbild — NaOH-Prozessanlage mit Pumpen, Ventilen und Tanks in Echtzeit — Galileo 10 HMI: Flussbild der NaOH-Anlage mit Pumpen P1/P2, Ventilgruppen und Tankfüllständen

Galileo 10 Parametermaske — Prozesszustände und Zeitparameter für NaOH-Kaskaden — Setup-Maske: Prozesszustände und einstellbare Zeitparameter TK21–TK28 für die Kaskaden KSK1/KSK2

Ergebnis

Sieben unterschiedlich konfigurierte Laborarbeitsplätze wurden realisiert, vor Ort in Betrieb genommen und das Bedienpersonal eingewiesen. Die Anlagen laufen seit Inbetriebnahme störungsfrei. Die Kombination aus strukturierter CoDeSys-Programmierung, übersichtlicher Galileo-Visualisierung und normgerechter Verdrahtung ermöglicht einen zuverlässigen Dauerbetrieb — auch durch Laborpersonal ohne Automatisierungskenntnisse.

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