Maszyna do pakowania dla przemysłu cukierniczego

Zwiększona opłacalność dzięki interfejsowi IO-Link

Przemysł cukierniczy to jeden z najszybciej rozwijających się sektorów. Wiele nowych rozwiązań służących do pakowania wykorzystuje innowacyjne technologie. LoeschPack, wiodący producent maszyn do pakowania z siedzibą w Altendorf w Niemczech, jest jedną z największych firm, która wykorzystuje zalety funkcji nowego standardu komunikacyjnego IO-Link. Jest on stosowany w układarce, która stanowi część nowej maszyny do pakowania LRM-DUO. „Rezultaty są imponujące. Kosztowne przewody magistrali nie są już potrzebne. Umożliwiło to usunięcie kłopotliwego połączenia równoległego, a system stał się o wiele bardziej kompaktowy” — zauważa zastępca kierownika ds. projektowania układów elektrycznych, Ulrich Hausner.

Modułowa, wysokowydajna owijarka dwuetapowa z dwoma stanowiskami jest przeznaczona do obsługi opakowań grupowych gum do żucia i czekolad z szybkością 200 szt./min, które trafiają do pojemnika. Małe, prostokątne słodycze, takie jak tabliczki czekolady i listki gumy do żucia, są dokładnie owijane celofanem. Obsługująca standard IO-Link, modułowa, automatyczna układarka gwarantuje niezawodne i wydajne dostarczanie opakowań kartonowych.

Szczególnym wyzwaniem jest różnorodność wykonywanych w systemie ruchów, które muszą ze sobą współgrać przy dużej prędkości pracy, co wymaga ścisłej koordynacji i precyzji działań maszyny. Firma LoeschPack opiera swoje rozwiązania na połączeniu mechanicznych, sterowanych mechanizmem krzywkowym napędów, wykorzystujących centralny wał napędów, oraz ruchów napędzanych serwonapędem. Wał pionowy wyposażony jest w hartowane, zaprojektowane typowo dla danej maszyny krzywki o specjalnie obliczonych profilach krzywych. Gwarantuje to sprzężenie wszystkich ruchów i zespołów z głównym napędem, nawet przy dużych prędkościach. Decyzja dotycząca użycia serwomotoru lub napędu mechanicznego zawsze zależy od danego zastosowania i związanych z nim wymogów.

„W przypadku wielu pojedynczych silników pełniących rolę napędu uzyskanie wymaganej i niezwykle wysokiej niezawodności nie byłoby możliwe w trakcie długiego cyklu pracy”

— zauważa Ulrich Hausner. Celem jest wdrożenie najprostszego połączenia systemów mechatronicznych. Kryteria oceny, takie jak bezpieczeństwo, funkcjonalność i niezawodność techniczna, zawsze odgrywają kluczową rolę.

Interfejs IO-Link jako standard komunikacyjny

Dzięki interfejsowi IO-Link firma LoeschPack nie stosuje nowego rodzaju systemu magistrali w nowej maszynie, lecz wykorzystuje niezwykle uniwersalny standard komunikacyjny, które można porównać do interfejsu USB znanego z komputerów. Oba rozwiązania to ekonomiczne połączenia typu „punkt-punkt” do przesyłania sygnałów i energii, które działa podobnie jak rozwiązania Plug and play. Interfejs USB od wielu lat stanowi standard w zakresie szybkich i niedrogich połączeń urządzeń peryferyjnych do komputerów. Natomiast interfejs IO-Link będzie odgrywał podobną rolę jako system instalacyjny do podłączania czujników, siłowników, elementów sterujących i wyświetlaczy w przemyśle maszynowym. Jedna specjalna funkcja: nowy standard komunikacyjny jest wstecznie kompatybilny ze wszystkimi standardowymi czujnikami i odporny na szumy. Dzięki temu użytkownik może, lecz nie musi, używać czujników i siłowników z wykorzystaniem interfejsu IO-Link, aby zyskać dodatkowe korzyści.

Z technicznego punktu widzenia transmisja danych za pośrednictwem interfejsu IO-Link zawsze odbywa się pomiędzy urządzeniem nadrzędnym IO-Link oraz podłączonym urządzeniem IO-Link pełniącym rolę urządzenia podrzędnego. Urządzeniami nadrzędnymi IO-Link mogą być moduły magistrali, zazwyczaj klasy IP67, lub moduły interfejsu PLC. Sygnały z czujników binarnych są odbierane za pomocą specjalnych koncentratorów czujników.

Do funkcjonowania interfejsu szeregowego IO-Link niezbędny jest tylko wspólny, 3-żyłowy, standardowy przewód. Kosztowne przewody magistrali, ekranowane lub nieekranowane przewody specjalne ani dodatkowe puszki połączeniowe nie są już wymagane. Takie rozwiązanie znacznie upraszcza cały proces instalacji, ponieważ rozmieszczenie okablowania zajmuje teraz o wiele mniej czasu – a także obniża koszty.

Szczegółowe informacje dotyczące instalacji

Instalacja w technologii IO-Link w firmie LoeschPack funkcjonuje w następujący sposób: elektroniczny system sterowania maszyny jest obsługiwany przez sterownik PLC Simatic S7 z urządzeniem peryferyjnym SIMATIC ET 200S i interfejsem Profibus. Oba podzespoły wyprodukowała firma Siemens.

W szafce sterowniczej modułu układarki znajdują dwie karty interfejsu ET200S 4S1 o klasie ochrony IP20. Pełnią one funkcję urządzeń nadrzędnych, a każda z nich jest wyposażona w cztery porty IO-Link. Podłączono do nich 7 koncentratorów czujników IO-Link Balluff 8xM8 o klasie ochrony IP67. Przy zespole układarki odbierane są sygnały z przełączających czujników fotoelektrycznych, które monitorują minimalną wysokość stosu kartonów. Osiem wejść jest połączonych poprzez koncentrator czujników z portem IO-Link, aby były one dostępne dla sterownika maszyny za pomocą łatwego w obsłudze, nieekranowanego, standardowego przewodu. Interfejs IO-Link umożliwia połączenie wejść z urządzeniem nadrzędnym, a magistrala Profibus ze sterownikiem. Pasywne skrzynki rozdzielcze firmy Balluff są również używane do przesyłania sygnałów dotyczących bezpieczeństwa na podstawie dodatkowych sygnałów fotoelektrycznych. „W przypadku braku opakowań kartonowych naciskany jest przycisk zatrzymania awaryjnego”, a sygnał przesyłany jest bezpośrednio do modułu bezpieczeństwa Pilz.

Niezwykłe korzyści zapewniane przez instalację w technologii IO-Link: Firma LoeschPack zaoszczędziła na wydatkach na kłopotliwe okablowanie dla 42 czujników fotoelektrycznych, ponieważ koncentratory czujników łączą 8 lub 16 wejść, w zależności od wersji, w jednym porcie IO-Link. „Taka koncepcja nie tylko skraca czas instalacji w porównaniu z poprzednimi rozwiązaniami, lecz również eliminuje kosztowne przewody magistrali. Po usunięciu grubych wiązek przewodów układarka stała się o wiele bardziej kompaktowa”.

W przypadku istniejących systemów ta nowa metoda instalacji zapewnia firmie LoeschPack możliwość prostej i zwięzłej rozbudowy systemów lub nawet przeprowadzenia kompletnej modernizacji poprzez podłączenie kart interfejsu IO-Link. Dostępne urządzenia we/wy mogą być użytkowane, ponieważ zdecentralizowana instalacja może wykorzystywać urządzenia o klasie ochrony IP67. Niezwykle wysoką gęstość kanałów można uzyskać w najmniejszej przestrzeni za pomocą tylko jednego urządzenia nadrzędnego IO-Link oraz 4 koncentratorów czujników. Każdy z nich zawiera 16 wejść cyfrowych i ma maksymalnie 15 mm szerokości.

3-żyłowy przewód wymagany do instalacji w technologii IO-Link może zostać skrócony przez konstruktora maszyn z dwóch standardowych rozmiarów wyjściowych na żądaną długość, aby można było do niego zamocować złącza firmy Balluff. Oznacza to, że „nie występują żadne pętle lub złącza typu pigtail, które zajmują dodatkową przestrzeń w maszynie lub kanałach kablowych” — wyjaśnia Ulrich Hausner.

Płynna współpraca

„Koncentratory czujników Balluff o klasie ochrony IP67 stanowiły bardzo świadomy wybór”

— kontynuuje Hausner.

„Atrakcyjna konstrukcja, wysoka funkcjonalność, kompaktowy rozmiar i łatwa obsługa — są to cechy, które przykuwały naszą uwagę od samego początku”. Dzięki czasowi cyklu wynoszącemu 2,5 ms koncentratory (w wersji bez funkcji diagnostycznej) świetnie współpracują z urządzeniem nadrzędnym Siemens, którego czas cyklu wynosi 5 ms. Połączenie klasy ochrony IP67 z urządzeniem peryferyjnym ET200S o klasie ochrony IP20 jest teraz dziecinnie proste. „To stało się dla nas jasne” — zauważa Hausner. „Współpraca między różnymi urządzeniami IO-Link, nawet jeśli pochodzą one od różnych producentów, przebiega bez zakłóceń. Standard IO-Link w bieżącej wersji gwarantuje wysoki poziom interoperacyjności”.

Obecnie firma LoeschPack skupia się na użytkowaniu interfejsu IO-Link wraz z mobilnymi modułami, takimi jak układarki końcowe, przenośniki taśmowe itd. Elementy te muszą być bardzo kompaktowe i gwarantować oszczędność miejsca.

W tym konkretnym przypadku Hausner nie dostrzega korzyści płynących z pełnego wdrożenia interfejsu IO-Link w całej maszynie do pakowania. Szafka sterownicza — w standardowej wersji dla wielu maszyn oferowanych przez firmę LoeschPack — znajduje się powyżej strefy brudnej, bezpośrednio nad górną częścią maszyny. Oznacza to, że przewody są niezwykle krótkie. Gwintowane mocowania i uszczelki na szafce sterowniczej spełniają wymogi procesów czyszczenia. Zmiana klasy ochrony z IP20 na IP67, jaką zapewnia interfejs IO-Link, nie przyniosłaby dodatkowych korzyści.

Wizja przyszłości

I Interfejs IO-Link może jednak okazać się bardzo przydatny w przyszłości z innych powodów. Stefan Horcher, inżynier ds. sprzedaży w firmie Balluff, dostrzega w nim niewykorzystany potencjał: „Nowy standard komunikacyjny nie zapewnia tylko oszczędności czasu i przejrzystego rozmieszczenia okablowania, lecz również upraszcza parametryzację i diagnostykę”. Jest to uzasadnione w szczególności, gdy w systemie zainstalowano dużą liczbę konfigurowalnych czujników i siłowników IO-Link. Ich parametry można skonfigurować centralnie lub na poziomie oprogramowania za pomocą modułów danych i funkcji, niezależnie od fizycznego położenia tych urządzeń. Horcher z doświadczenia wie, że niektórzy konstruktorzy maszyn używają tych funkcji do parametryzacji całego systemu w jednym podejściu, gdy maszyna opuści linię produkcyjną. To nie tylko skraca czas uruchomienia, ale także proces wprowadzania produktu na rynek, co jest kluczowym czynnikiem w zakresie sprzedaży. Dzięki znacznemu skróceniu czasu potrzebnego na wdrożenie nowej „receptury” użytkownik zyskuje dodatkowe korzyści.

Diagnostyka to kolejny obszar, w którym interfejs IO-Link zapewnia nowe możliwości. W związku z tym, że maszyny firmy LoeschPack są używane na całym świecie, niezawodna konserwacja zdalna to niezwykle istotna kwestia. W tej dziedzinie czujniki i siłowniki IO-Link gwarantują inną korzyść — zapewniają wgląd w poziom procesu. W przypadku wystąpienia usterki serwisant jest w stanie szczegółowo określić, co stało się z czujnikiem lub siłownikiem. Na przykład jeden czujnik mógł ulec zabrudzeniu i przesłać odpowiedni komunikat. W każdym przypadku operator maszyny otrzymuje jasne informacje diagnostyczne i szczegółowe wskazówki, które pomagają w rozwiązaniu problemu.

Firma Loesch Verpackungstechnik GmbH — znana również pod nazwą „LoeschPack” — jest wiodącym, międzynarodowym producentem maszyn do pakowania i kompletnych systemów pakowania gum do żucia, czekolad i suchych wypieków. Firma została założona w 1919 roku, a jej siedziba powstała w Altendorf w Niemczech. Obecnie firma stanowi część Grupy Piepenbrock zatrudniającej 25 000 pracowników i mającej 90% udziału w eksporcie. Pełni funkcję niezawodnego partnera i dostawcy systemów dla przemysłu cukierniczego, a także świadczy kompleksowe usługi serwisowe na całym świecie. W razie potrzeby firma LoeschPack zapewnia też swoim klientom wsparcie przez cały cykl eksploatacji maszyn — od pomysłu po projektowanie, budowę i uruchomienie — z uwzględnieniem szkoleń i dostarczaniem części zamiennych.

Firma Balluff GmbH oferuje kompletną gamę najwyższej jakości czujników, przetworników liniowych oraz systemów do identyfikacji, a także rozwiązania sieciowe i komunikacyjne dla wszystkich obszarów automatyki przemysłowej. Założona w 1921 roku i prowadzona przez jedną rodzinę od czterech pokoleń, firma Balluff poświęca wysoki odsetek przychodu na badania i rozwój. Jej zakłady produkcyjne i ośrodki inżynieryjne, a także filie i przedstawiciele znajdują się na całym świecie. Produkcja odbywa się nie tylko w siedzibie w Neuhausen a.d. Fildern w Niemczech, lecz również w sześciu innych zakładach na Węgrzech, w Szwajcarii, Stanach Zjednoczonych, Brazylii, Japonii i Chinach.

 

www.balluff.de

www.loeschpack.de

www.io-link.com