Řešení IO-Link zkracuje dobu uvedení plnicích strojů do provozu

Každý z nás už ho pravděpodobně někdy držel v ruce: nápojový karton „Pure-Pak“ od společnosti Elopak. Jako jeden z předních světových dodavatelů systémů pro kartonové obaly a plnicí stroje nabízí společnost Elopak se sídlem v norském Spikkestadu inovativní obalová řešení vyrobená z obnovitelných, recyklovatelných a udržitelným způsobem získaných materiálů. Německá dceřiná společnost Elopak GmbH vyvíjí a vyrábí plnicí stroje ve svém závodě v Mönchengladbachu. Tyto vysoce specializované systémy rozkládají karton, dávkují tekutinu a asepticky ji plní, než na závěr nápojové kartony vzduchotěsně uzavřou. Systémy se dokáží vyčistit samy, aniž by bylo nutné je rozebírat. Kartonové obaly na nápoje se plní přímo v místě instalace systému v souladu s nejvyššími hygienickými standardy.

Nová generace strojů s širokým spektrem použití 

Nová platforma strojů Pure-Fill, vycházející ze svého předchůdce, modelu E-PS120 A, by měla být obzvláště flexibilní, pokud jde o přizpůsobení se požadavkům zákazníků. „Naším hlavním cílem bylo vytvořit modulární stroj, který by se dal snadno přizpůsobit konkrétním požadavkům zákazníků při zachování stejného celkového designu,“ vysvětluje Horst Klesse, vedoucí elektrotechnického designu v oddělení produktů a vývoje společnosti Elopak. Nová platforma plnicích strojů musí být flexibilní, aby pokryla širokou škálu aplikací – nápoje s nízkou kyselostí, jako je mléko, nebo s vysokou kyselostí, jako jsou ovocné šťávy, v různých objemech, jako jsou jednolitrové nebo dvoulitrové kartony, při rychlosti plnění až 12 000 nápojových kartonů za hodinu a při výrobě na dvou až pěti linkách.

Větší flexibilita při zachování stejných rozměrů 

Při integraci rozhraní IO-Link do strojní platformy by celkové rozměry zařízení měly zůstat stejné, a to i přes větší flexibilitu. Společnost Elopak v některých případech použila rozhraní IO-Link již v předchozí verzi stroje, aby snížila náročnost kabeláže a uvedení do provozu. Zde byl IO-Link použit v takzvaném procesním uzlu, který je umístěn v horní části stroje a řídí všechny toky médií a produktů pomocí 34 ventilových hlav podporujících IO-Link. Díky IO-Linku stačilo k rozvaděči připojit pouze jedenáct kabelů namísto původních 375 jednotlivých vodičů a 73 kabelů v procesním uzlu. „V nové platformě jsme nyní chtěli technologii IO-Link důsledně využívat v celém stroji, ale problémem byla velikost dříve používaných master modulů,“ popisuje výzvu při vývoji Horst Klesse. „Do systému bylo také nutné integrovat zařízení bez připojení IO-Link.“

Další výzvou pro tým byly problémy s komunikací při řízení ventilových hlav. „Dosud to pro softwarové inženýry znamenalo značné dodatečné úsilí při programování a uvádění do provozu,“ říká Klesse. „Proto jsme hledali alternativní řešení.“ Navíc byly dosavadní napájecí kabely M12 pro IO-Link mastery kvůli svému průměru příliš tuhé na to, aby bylo možné propojit moduly umístěné velmi blízko u sebe.

Ultrakompaktní řídicí jednotka IO-Link: prostorově úsporná a kombinovatelná konstrukce

Řešením byly multiprotokolové I/O moduly TBEN-S2-4IOL, TBEN-S2-4AI a TBEN-S2-8DXP a 8portový Ethernet/IP-switch s krytím IP67 od společnosti TURCK. Díky šířce pouhých 32 milimetrů jsou ultrakompaktní zařízení TBEN-S2 ideální pro systémy s omezeným prostorem. To znamená, že skupiny modulů lze snadno namontovat na nejrůznější místa v závodě – dokonce i přímo na profilové lišty. Použití menších konektorů M8 a tenčích kabelů umožňuje snadné připojení – i když jsou moduly namontovány přímo vedle sebe a propojeny malými můstky. „Kromě kompaktní konstrukce byly požadavky na optimální IO-Link master pro platformu plnicích strojů také podpora více protokolů, napájení přes M8, připojení PROFINET, stejně jako vhodné možnosti připojení a široká škála montážních možností,“ vysvětluje Klesse. „Moduly TBEN-S2 od společnosti TURCK tyto požadavky splňují nejlépe.“

Řídicí modul TBEN-S2-4IOL disponuje čtyřmi porty IO-Link třídy A a digitálními vstupy a výstupy. Navzdory kompaktním rozměrům nabízí širokou škálu komunikačních možností a díky technologii „Simple IO-Link Device Integration“ (SIDI) společnosti TURCK umožňuje hladkou integraci zařízení IO-Link do projektování v síti PROFINET bez nutnosti použití dalšího softwaru. Přes kanály IO-Link master lze připojit až čtyři senzory nebo I/O rozbočovače, což umožňuje připojení celkem až 64 senzorů. Dva čtyřpinové konektory M8 pro připojení k síti Ethernet a sběrnici umožňují flexibilní komunikaci prostřednictvím protokolů PROFINET, EtherNet/IP a Modbus TCP, zatímco integrovaný ethernetový přepínač zjednodušuje kabeláž díky liniové topologii. Integrovaný webový server usnadňuje diagnostiku a uvedení do provozu, díky čemuž je TBEN-S2-4IOL mimořádně univerzální a výrazně zjednodušuje integraci zařízení. 

Identický modul TBEN-S2-4AI představuje výkonné řešení pro aplikace zpracovávající analogové signály. Díky čtyřem analogovým vstupům, které lze nakonfigurovat pro napětí, proud, RTD nebo termočlánky, umožňuje tento modul všestranné přizpůsobení různým požadavkům. Každý analogový vstup lze konfigurovat samostatně, což umožňuje flexibilní využití. Univerzální použití těchto analogových modulů je na trhu ojedinělé. Jelikož ke zpracování všech běžných typů analogových veličin stačí pouze jeden typ modulu, zjednodušuje se tím také skladování náhradních dílů a v konečném důsledku i údržba stroje. Integrovaný ethernetový přepínač zjednodušuje kabeláž a optimalizuje komunikaci. 

Modul TBEN-S2-8DXP představuje kompaktní řešení společnosti TURCK pro aplikace, které vyžadují zpracování digitálních signálů. Díky osmi univerzálním digitálním kanálům, které lze konfigurovat jako PNP vstupy nebo výstupy s proudem 2 A, umožňuje tento modul také přizpůsobení konkrétním aplikacím. Diagnostické funkce napájení pro každý I/O port a diagnostika výstupů pro každý kanál zajišťují spolehlivé monitorování a rychlou detekci chyb. „Stroj můžeme vybavit pouze třemi malými moduly, které jsou identické co do tvaru, velikosti i připojení,“ zdůrazňuje Klesse. „To umožňuje instalovat i jednoduché senzory bez rozhraní IO-Link. Navíc lze v provozu snadno vytvářet skupiny čtyř až šesti nebo i více zařízení a připojovat je k tenčím kabelům M8.“ Zvláštností modulu je třetí spínací výstup na každém portu M12, tedy celkem 12 spínacích signálů. Tímto způsobem lze například připojit a ovládat třísegmentová světla pomocí standardního kabelu.

Standardizovaná konstrukce modulů TBEN-S2, pokud jde o jejich rozměry a připojení, umožňuje uživateli snadno vyměňovat moduly bez nutnosti provádět složité úpravy zařízení – a to bez ohledu na to, zda jsou požadována analogová, digitální nebo IO-Link zařízení. „Můžeme moduly libovolně kombinovat, aniž bychom se museli starat o napájení, připojení nebo prostorové požadavky,“ zdůrazňuje Horst Klesse. „Tato flexibilita nám výrazně zjednodušila plánování a instalaci. Stačí, když mechanikovi sdělíme, kolik modulů potřebujeme, aniž bychom se museli předem zavázat k určitému typu. To nám umožňuje konfigurovat zařízení agilním a efektivním způsobem.“

Doba instalace se zkrátila o více než 50 procent

Jednou z největších výhod řešení IO-Link je, že se doba instalace zkrátila o více než 50 procent a doba uvedení do provozu o přibližně 30 procent. Tato významná úspora času zkracuje nejen dobu výroby, ale snižuje i celkové náklady. Offline parametrizace zařízení IO-Link přímo z PROFINET Engineering výrazně zjednodušuje uvedení do provozu a eliminuje časově náročné ruční nastavení senzorů a akčních členů. Výrazně se zjednodušuje také údržba: jelikož jsou všechny vlastnosti zařízení a parametry masterů i zařízení uloženy přímo v centrálním projektovém úložišti řídicího systému, je v případě poškození možná i automatická výměna zařízení – a to jak u masterů IO-Link, tak u zařízení.

Výhled

Společnost Elopak dokázala díky důsledné integraci technologie IO-Link výrazně zvýšit efektivitu a flexibilitu svých strojů. Rychlé uvedení do provozu a jednoduchá konfigurace zařízení zvyšují konkurenceschopnost a ziskovost. Kromě toho je strojová platforma nyní připravena na budoucí řešení v oblasti prediktivní údržby. „Rozhodnutí spolupracovat se společností TURCK se ukázalo jako naprosto správné,“ říká Horst Klesse. „Zaujali nás kompetentní partneři a spolehlivá podpora, stejně jako manipulace s moduly a široká škála možností. Kompaktní zařízení TBEN-S2 od společnosti TURCK se ukázala jako ideální řešení pro naši aplikaci, protože neexistují žádné srovnatelné alternativy.“

Zákazník | www.elopak.com