Zdecentralizowane rozwiązania w zakresie bezpieczeństwa dla produkcji modułowej
W swojej platformie maszynowej M-Line firma AWL-Techniek stosuje skalowalne rozwiązania bezpieczeństwa wbudowane bezpośrednio w moduły, oparte na koncepcji interfejsów I/O IP67 z protokołem IO-Link oraz bezpiecznych interfejsów wejścia/wyjścia firmy TURCK
Krótki przegląd
Dzięki serii M-Line firma AWL-Techniek jest pionierem w dziedzinie modularyzacji linii produkcyjnych. Przy wdrażaniu tej koncepcji modułowej firma TURCK zapewniła holenderskiemu producentowi maszyn optymalne wsparcie w postaci zdecentralizowanego systemu bezpieczeństwa o stopniu ochrony IP67. Połączenie modułów IO-Link i hybrydowych modułów wejść/wyjść bezpieczeństwa pozwala znacznie ograniczyć nakłady związane z okablowaniem, ponieważ całą architekturę bezpieczeństwa można zamontować poza szafą sterowniczą. Spójna izolacja galwaniczna zasilania czujników i elementów wykonawczych umożliwia zdecentralizowane wyłączanie awaryjne grup elementów wykonawczych w koncentratorach I/O z IO-Link. Interfejs binarny dostarcza również cenne dane diagnostyczne dla „Lyla”, rozwiązania AWL w zakresie pulpitu nawigacyjnego służącego do wizualizacji i analizy danych. Projekt pokazuje, w jaki sposób modułowa konstrukcja maszyn zapewnia elastyczność oraz skraca czas realizacji i uruchomienia.
Każdy, kto dziś projektuje kuchnię za pomocą internetowego konfiguratora, ma przed sobą doskonały przykład modułowości. Poszczególne moduły składają się z kolei z podmodułów przeznaczonych na boki, dolne szafki, tylne ścianki i półki. W końcu użytkownicy mogą wybierać spośród różnych wykończeń frontów i listew wykończeniowych, a także wzoru uchwytów i pasującego blatu.
Przykład kuchni do samodzielnego montażu wyraźnie pokazuje, że modułowość nie jest możliwa bez standaryzacji. Tylko dzięki ustalonym odległościom, wymiarom, rozstawom otworów oraz przyłączom wodnym i gazowym modułowa strategia produkcji może przynieść swoje korzyści: szeroki asortyment produktów, elastyczność, krótkie czasy realizacji i dostawy oraz konkurencyjne ceny.
Wykorzystując te i inne argumenty, Matthijs Varwijk przekonuje potencjalnych i obecnych klientów o zaletach koncepcji maszyn modułowych. Varwijk pełni funkcję kierownika projektów badawczo-rozwojowych i odpowiada również za strategię modularyzacji w holenderskiej firmie AWL-Techniek z siedzibą w Harderwijk, zajmującej się produkcją maszyn. Zatrudniając ponad 750 pracowników w pięciu lokalizacjach na całym świecie, firma AWL wyrobiła sobie renomę przede wszystkim w branży motoryzacyjnej dzięki swoim zautomatyzowanym liniom spawalniczym i łączącym. Najwięksi producenci samochodów, dostawcy i wielu innych klientów na całym świecie wykorzystuje maszyny tej holenderskiej firmy na swoich liniach produkcyjnych.
W 2017 roku interdyscyplinarny zespół pod kierownictwem Varwijka rozpoczął przekształcanie portfolio maszyn firmy AWL w kierunku podejścia modułowego i krok po kroku opracował standardy M-Line. Na początku musiał również zapewnić sobie poparcie wewnątrz firmy. Korzyści nie zawsze są oczywiste podczas przejścia z tradycyjnego na modułowy układ produkcji. Najpierw trzeba zdefiniować standardy, a to często wiąże się z ograniczeniami.
„Potrzebujemy partnera, który będzie do nas pasował również w skali globalnej. Takim partnerem okazała się firma TURCK”.
Matthijs Varwijk | Projekt-Manager R&D | AWL-Techniek
Standardowa konstrukcja zapewnia elastyczność i pozwala obniżyć koszty
Firma AWL wyznaczyła nowy standard, nadając nazwę całej linii produktów. Nazwa „M-Line” oznacza linię produktów o budowie modułowej, a termin „Line” odnosi się również do linii produkcyjnej, w ramach której montowane są poszczególne moduły. Każdy moduł opiera się na stalowej konstrukcji ramowej zaprojektowanej tak, by zmieścić się w kontenerze ISO, co pozwala na znaczne oszczędności czasu i kosztów podczas transportu oraz uruchamiania. Klient może również łatwo rozbudować lub zmienić konfigurację systemu w późniejszym czasie, ponieważ moduły można przestawiać w hali produkcyjnej przy użyciu wózków widłowych o odpowiedniej nośności.
Modularyzacja wymaga standardów
W oparciu o ramę podstawową zdefiniowano trzy podstawowe typy modułów, z których ma składać się linia M-Line: moduł operatorski, w którym pracownik może ładować części i uruchamiać procesy; moduł indeksujący, zawierający stoły obrotowe lub inne urządzenia do obsługi elementów; oraz moduł procesowy, który obrabia elementy, na przykład za pomocą robotów spawalniczych lub innych narzędzi.
Cel: pusta szafa sterownicza
Firma AWL czerpie również korzyści z technologii wieloprotokołowej sieci Ethernet firmy TURCK stosowanej w modułach we/wy. Dzięki niej producent może stosować identyczne moduły blokowe we/wy w każdym module serii M-Line, niezależnie od tego, czy klient wybiera sterownik Profinet, czy EtherNet/IP. „Chcieliśmy mieć jak najwięcej standardowych komponentów i szafę sterowniczą, która w dużym stopniu jest znormalizowana. W idealnym przypadku pewnego dnia szafa sterownicza będzie zawierała tylko sterownik PLC i zasilacz” – mówi inżynier sprzętu Jasper van Kooij. Nie udało się tego jeszcze osiągnąć, ale w szafach sterowniczych AWL jest już sporo niewykorzystanej przestrzeni. Ważną rolę odgrywają również hybrydowe komponenty we/wy firmy TURCK w stopniu ochrony IP67, przeznaczone do sygnałów standardowych i bezpieczeństwa.
„Tylko firma TURCK była w stanie zaoferować nam kompletne rozwiązanie i zapewnić stałą separację obwodów V1 i V2”.
Jasper van Kooij | Hardware-Ingenieur | AWL-Techniek
Modułowe rozwiązanie bezpieczeństwa IP67 z interfejsem IO-Link firmy TURCK zrobiło na firmie AWL duże wrażenie dzięki swojej skalowalnej technologii bezpieczeństwa
Firma AWL zdecydowała się na modułową koncepcję bezpieczeństwa IP67 IO-Link firmy TURCK: podstawą tego rozwiązania jest hybrydowy moduł wejść/wyjść bezpieczeństwa TBPN. Moduł zawiera zintegrowany kontroler bezpieczeństwa, który komunikuje się ze sterownikiem za pośrednictwem PROFIsafe w sieci Profinet. Zapewnia on cztery wejścia/wyjścia bezpieczeństwa, dwa standardowe cyfrowe wejścia/wyjścia oraz dwa porty IO-Link. Moduł wyłączający bezpieczeństwa TBSB jest podłączony do jednego z wejść/wyjść bezpieczeństwa i w sytuacji awaryjnej bezpiecznie wyłącza zasilanie siłownika V2.
Zasilanie wszystkich modułów jest również doprowadzane przez skrzynkę wyłącznika bezpieczeństwa. Gwarantuje to na przykład, że w przypadku zatrzymania awaryjnego żadne siłowniki nie pozostają pod napięciem i żadna część maszyny nie może się poruszać. Czujniki pozostają aktywne, ponieważ są zasilane przez V1. Oznacza to, że maszyna jest zawsze widoczna dla systemu sterowania. Cyfrowe czujniki i siłowniki noży do cięcia nasadek spawalniczych są podłączone do koncentratorów we/wy, które z kolei komunikują się z masterem IO-Link TBEN-L-8IOL firmy TURCK. Moduł IP67 zapewnia cztery porty IO-Link zgodne ze standardem klasy A oraz cztery zgodne ze standardem klasy B. Ten ostatni oddziela zasilanie czujników (V1) od zasilania siłowników (V2), umożliwiając bezpieczne wyłączenie zasilania również za pośrednictwem IO-Link. W podobnych projektach w Stanach Zjednoczonych firma AWL wykorzystała już moduł TBIP firmy TURCK. Wykorzystuje on ten sam sprzęt co TBPN, ale jest przeznaczony do komunikacji EtherNet/IP i CIP Safety.
Izolacja galwaniczna zasilania czujników i elementów wykonawczych
„Inni producenci również oferują moduły, które rzekomo oddzielają V1 od V2. Jednak po bliższym przyjrzeniu się okazuje się, że rozwiązanie to nie jest spójne, a V1 i V2 mają na przykład wspólny biegun ujemny” – wyjaśnia van Kooij, uzasadniając swoją krytykę. Wspólna masa może być fatalna w przypadku zwarcia. Wystarczy wtedy prosta usterka izolacji, aby podważyć całe rozwiązanie bezpieczeństwa, co jest jednym z powodów, dla których firma AWL wybrała system z całkowitą izolacją galwaniczną. Tylko firma TURCK mogła zaoferować nam pełen pakiet i konsekwentnie oddzielić obwody V1 i V2.
IO-Link przyczynia się do standaryzacji
Dzięki zastosowaniu rozwiązania o stopniu ochrony IP67, obejmującego koncentratory wejść/wyjść z zabezpieczeniami i interfejsem IO-Link, firma AWL znacznie ogranicza nakłady związane z okablowaniem. Skrzynki przyłączeniowe pełnią rolę urządzeń IO-Link, pobierając sygnały cyfrowe z czujników i elementów wykonawczych oraz przekazując je do urządzenia nadrzędnego IO-Link. Stamtąd dane są przesyłane przez sieć Ethernet do systemu sterowania. Kolejnym czynnikiem decydującym dla van Kooija i Varwijka było to, że interfejs dwukierunkowy wspiera standaryzację linii M-Line. Bezpieczna transmisja sygnałów za pomocą kabli trójżyłowych eliminuje potrzebę stosowania wielu specjalnie ekranowanych typów kabli i kabli specjalnego przeznaczenia. IO-Link zwiększa również dostępność maszyn. Linia M obejmuje system pulpitu nawigacyjnego Lyla, który gromadzi dane z wielu maszyn, analizuje je oraz monitoruje działanie i wydajność maszyn. Jest to możliwe między innymi dzięki danym diagnostycznym dostępnym za pośrednictwem IO-Link.
Szukamy globalnego partnera w dziedzinie automatyki
Firma AWL realizuje produkcję obecnej generacji serii M-Line dla niemieckiego producenta samochodów lub jednego z jego dostawców. Oprócz standardu IP67 holenderska firma ceni sobie fakt, że jej partner projektowy, firma TURCK – jako partner w dziedzinie automatyki o globalnym zasięgu – jest w stanie zaoferować i zapewnić wsparcie dla tych samych rozwiązań w projektach motoryzacyjnych w Stanach Zjednoczonych, Meksyku i Chinach, co w Europie. „Potrzebujemy partnera, który będzie dla nas odpowiedni również w skali globalnej. Takiego partnera znaleźliśmy w firmie TURCK” – mówi Matthijs Varwijk.
Skalowalność to jedna z głównych zalet serii M-Line
Modularyzacja na poziomie sterowania wciąż trwa, więc na razie każdy projekt sterowania trzeba nadal konfigurować od podstaw, choć moduły funkcyjne można wykorzystywać ponownie. W każdym razie projekt modularyzacji nigdy nie jest tak naprawdę zakończony. Klienci AWL już bardzo pozytywnie zareagowali na serię M-Line, ponieważ dostrzegają ogromną zaletę w skalowalności maszyn. Łatwo jest później zastąpić moduł operatorski rozwiązaniem zautomatyzowanym, aby zwiększyć wydajność. To jak z kuchnią: kiedy się przeprowadzasz, zabierasz ją ze sobą i dodajesz kilka modułów.
Klient | www.awl.nl
