Decentralizovaná bezpečnostní technologie pro modulární výrobu

Každý, kdo si dnes navrhuje kuchyň pomocí online konfigurátoru, vidí jasný příklad modularity. Jednotlivé moduly se skládají z dílčích modulů pro boční, spodní a zadní panely a police. Nakonec si uživatelé mohou vybrat z různých povrchových úprav čelních a obkladových panelů, stejně jako design úchytů a odpovídající pracovní desku.

Příklad kuchyně pro vlastní montáž jasně ukazuje, že modularita není myslitelná bez standardizace. Pouze s definovanými vzdálenostmi, rozměry, roztečemi otvorů a přípojkami na vodu či plyn může modulární výrobní strategie přinést své výhody: širokou škálu produktů, flexibilitu, krátké výrobní a dodací lhůty a konkurenceschopné ceny.

Pomocí těchto a dalších argumentů Matthijs Varwijk potenciálním i stávajícím zákazníkům dokládá přínos koncepce modulárních strojů. Varwijk působí jako projektový manažer v oblasti výzkumu a vývoje a zároveň má na starosti strategii modularizace u nizozemského výrobce strojů AWL-Techniek v Harderwijku. Společnost AWL, která zaměstnává více než 750 zaměstnanců v pěti pobočkách po celém světě, si vybudovala renomé především v automobilovém průmyslu díky svým automatizovaným svařovacím a spojovacím linkám. Stroje této nizozemské společnosti využívají ve svých výrobních linkách přední automobilky, dodavatelé a mnoho dalších zákazníků po celém světě.

V roce 2017 začal interdisciplinární tým pod vedením Varwijka přetvářet strojové portfolio společnosti AWL na modulární systém a krok za krokem definoval standardy řady M-Line. Od samého počátku musel také zajistit podporu uvnitř firmy. Výhody nejsou při přechodu z tradičního na modulární uspořádání výroby vždy zřejmé. Na prvním místě je definování standardů, což je často spojeno s určitými omezeními. 

Standardizovaná konstrukce zajišťuje flexibilitu a snižuje náklady

Společnost AWL stanovila první standard již názvem produktové řady. Označení M-Line představuje modulární produktovou řadu a termín „Line“ zároveň odráží výrobní linku, do které se jednotlivé moduly montují. Každý modul je postaven na ocelové rámové konstrukci navržené tak, aby se vešel do kontejneru ISO, což přináší významnou úsporu času a nákladů při přepravě i uvádění do provozu. Zákazník může systém později také snadno rozšířit nebo překonfigurovat, protože moduly lze ve výrobní hale přeskupovat pomocí vysokozdvižných vozíků s odpovídajícím nosností.

Modularizace vyžaduje standardy 

Na základě základního rámu byly definovány tři základní typy modulů, z nichž má být sestavena řada M-Line: obslužný modul, ve kterém může pracovník vkládat díly a spouštět procesy, indexovací modul, který zahrnuje otočné stoly nebo jiná zařízení pro manipulaci s obrobky, a procesní modul, který obrobky opracovává, například pomocí svařovacích robotů nebo jiných nástrojů. 

Cíl: prázdná rozvodná skříň

Společnost AWL rovněž těží z technologie ethernetových multiprotokolových modulů I/O od firmy TURCK. Ta umožňuje výrobci používat ve všech modulech řady M-Line identické blokové moduly I/O, a to bez ohledu na to, zda zákazník upřednostňuje řídicí jednotku Profinet nebo EtherNet/IP. „Chtěli jsme co nejvíce standardizovaných komponent a do značné míry standardizovanou rozvaděčovou skříň. V ideálním případě bude rozvaděčová skříň jednoho dne obsahovat pouze PLC a napájecí zdroj,“ říká hardwarový inženýr Jasper van Kooij. Toho zatím nebylo dosaženo, ale v modulových rozvaděčových skříních společnosti AWL je již nyní spousta nevyužitého prostoru. Svou roli hrají také hybridní I/O komponenty společnosti TURCK s krytím IP67 pro standardní i bezpečnostní signály.

Modulární řešení IP67 IO-Link Safety od společnosti TURCK zaujalo společnost AWL svou škálovatelnou bezpečnostní technologií 

Společnost AWL se rozhodla pro modulární bezpečnostní koncept IO-Link s krytím IP67 od firmy TURCK: jádrem tohoto řešení je hybridní bezpečnostní I/O modul TBPN. Modul obsahuje integrovaný bezpečnostní řadič, který komunikuje s řídicím systémem prostřednictvím protokolu PROFIsafe přes síť Profinet. Poskytuje čtyři bezpečnostní vstupy a výstupy, dva standardní digitální vstupy a výstupy a dva porty IO-Link. Bezpečnostní vypínací skříňka TBSB je připojena k jednomu z bezpečnostních vstupů a výstupů a v případě nouze bezpečně vypne napájení aktuátoru V2.

Napájení všech modulů je rovněž vedeno přes bezpečnostní vypínací skříňku. Tím je například zajištěno, že při nouzovém zastavení nezůstanou žádné pohony pod napětím a nic ve stroji se nemůže pohybovat. Senzory zůstávají aktivní, protože jsou napájeny přes V1. To znamená, že stroj je pro řídicí systém vždy viditelný. Digitální senzory a akční členy řezaček svařovacích čepiček jsou připojeny k I/O rozbočovačům, které zase komunikují s IO-Link masterem TBEN-L-8IOL od společnosti TURCK. Blok s krytím IP67 poskytuje čtyři porty IO-Link podle standardu třídy A a čtyři podle standardu třídy B. Druhý z nich odděluje napájení snímačů (V1) od napájení akčních členů (V2), což umožňuje bezpečné vypnutí napájení také prostřednictvím rozhraní IO-Link. V podobných projektech v USA již společnost AWL použila modul TBIP od společnosti TURCK. Ten využívá stejný hardware jako modul TBPN, je však navržen pro komunikaci EtherNet/IP a CIP Safety.

Galvanické oddělení napájení snímačů a akčních členů 

„I jiní výrobci nabízejí moduly, u nichž se uvádí, že oddělují V1 a V2. Při bližším pohledu však zjistíte, že to není důsledné a V1 a V2 sdílejí například záporný pól,“ vysvětluje van Kooij svou kritiku. Společná zem může být v případě zkratu fatální. Stačí pak pouhá porucha izolace, aby bylo ohroženo celé bezpečnostní řešení, což je jeden z důvodů, proč se společnost AWL rozhodla pro systém s úplnou galvanickou izolací. Pouze společnost TURCK nám mohla nabídnout kompletní balíček a důsledně oddělit obvody V1 a V2.“

IO-Link posiluje standardizaci

Díky použití řešení s krytím IP67, které zahrnuje bezpečnostní a IO-Link I/O rozbočovače, společnost AWL výrazně šetří úsilí spojené s kabeláží. Propojovací skříně fungují jako zařízení IO-Link, která snímají digitální signály ze senzorů a akčních členů a předávají je do IO-Link masteru. Odtud jsou data odesílána přes Ethernet do řídicího systému. Dalším faktorem, který van Kooij a Varwijk zohlednili, byla skutečnost, že obousměrné rozhraní podporuje standardizaci řady M-Line. Bezpečný přenos signálu po třívodičových kabelech eliminuje potřebu mnoha speciálně stíněných typů kabelů a kabelů pro speciální účely. IO-Link také zvyšuje dostupnost strojů. Součástí řady M-Line je systém Lyla Dashboard, který shromažďuje data z více strojů, analyzuje je a monitoruje funkci a výkon strojů. To je částečně umožněno díky diagnostickým datům dostupným přes rozhraní IO-Link.

Hledáme globálního partnera v oblasti automatizace

Společnost AWL vyrábí současnou generaci produktů řady M-Line pro německého výrobce automobilů nebo jednoho z jeho dodavatelů. Kromě konceptu IP67 si nizozemská společnost cení také toho, že její projektový partner TURCK, jakožto partner v oblasti automatizace s globální působností, dokáže nabídnout a podporovat stejná řešení pro automobilové projekty v USA, Mexiku a Číně jako v Evropě. „Potřebujeme partnera, který se k nám hodí i z globálního hlediska. Takového partnera jsme našli ve společnosti TURCK,“ říká Matthijs Varwijk.

Škálovatelnost je klíčovou výhodou řady M-Line 

Modularizace na úrovni řízení stále probíhá, takže prozatím je třeba každý projekt řízení nastavovat od nuly, i když funkční bloky lze znovu použít. V každém případě projekt modularizace nikdy není zcela dokončen. Zákazníci společnosti AWL již na řadu M-Line reagovali velmi pozitivně, protože v škálovatelnosti strojů vidí velkou výhodu. Pro zvýšení výkonu lze později snadno nahradit obslužný modul automatizovaným řešením. Je to jako v kuchyni: když se stěhujete, vezmete si ji s sebou a přidáte pár modulů.

Zákazník | www.awl.nl