Jste zde

Senzorika a modulární systém pro balící stroje

Antonín Vojáček, 3. Květen 2019 - 8:05

Moderní automatizace vyžaduje nové přístupy. Pro přesnou optimalizaci funkce strojů a hlavně analyzování, vyhodnocení a budoucí predikci procesů a nákladů výroby je nutné získávat více přesných a hlavně aktuálních průběžných informací. Pouze dvoustavové informace ze základních čidel již nemusí stačit a je nutné nasadit měřící senzory s IO-Link nebo jinou moderní komunikací.

Modulární systém

Doposud se většina automatizace v oblasti průmyslových balících strojů realizovala prostřednictvím sice praxí ověřeného, ale méně přesného a na instalaci náročnějšího konceptu „čidel se spínaným výstupem napojených přímo na vstupy PLC v hlavní rozvaděčové skříni“.

V tomto směru se již došlo k významné změně v podobě použití lokální propojovacích sběrných modulů, tzv. vzdálených jednotek vstupů/výstupů (Remote I/O), do kterých se na jedné straně připojí všechny lokální v nejbližším okolí instalované senzory, akční členy nebo signalizace a na straně druhé se tyto moduly napojí na jednu centrální průmyslovou komunikační sběrnici vedoucí do řídící jednotky stroje. Výhody tohoto tzv. modulárního konceptu jsou nasnadě:

  • snížení množství a délky kabeláže (pouze krátké tenké kabely od senzorů),

  • snadné úpravy zapojení stroje (přidání, výměna či relokace senzorů ve stroji),

  • zrychlení montáže / výroby stroje (méně kabelový žlabů a průchodek do hlavního rozvaděče).

Ve výsledku tak i mnoho desítek kabelů od jednotlivých senzorů do centrálního rozvaděče lze nahradit jen „páteřními“ kabely průmyslové komunikace a napájení vzájemně postupně propojující jednotlivé lokální I/O moduly pro připojení senzorů nebo řízení akčních členů (pneumatických či elektrických pohonů). Náklady na osazení stroje těmito externími I/O moduly pak jsou kompenzovány nižšími náklady na řídící jednotku stroje, které již žádné své vstupy / výstupy nemusí obsahovat. Místo tradičního PLC, tak lze přímo využít i tzv. SoftPLC tvořené jen HMI jednotkou či průmyslovým počítačem.

Takové vzdálené I/O jednotky například nabízí společnost Turck v podobě zcela zapouzdřených modulech řady TBEN, které se vyznačují multiprotokolovým komunikačním rozhraním, které automaticky detekuje typ komunikační sběrnice Profinet, Modbus-TCP nebo EtherNet/IP. Není tedy nutné pro různé sběrnice nakupovat různé moduly. Hermetické zapouzdření (krytí IP67 nebo IP69k) navíc eliminuje nutnost využívání lokálních propojovacích skříní. Modul může být přímo osazen na rám stroje.

Příklad venkovního osazení I/O modulu Turck TBEN-S / TBEN-L na rám stroje / robota.

Měření veličin s IO-Link

Další inovací posledních let je rozšíření digitální komunikace senzorů IO-Link. Tato sběrnice otevřela dveře ke snadnému nasazování chytrých senzorů a rozšířené diagnostice funkce stroje.

Senzory s IO-Link komunikací umožňují nejen vzdálenou změnu měřících parametrů (rozsahu měření či limitu detekce), ale současně odesílat do řídící jednotky přesně naměřené hodnoty veličin (rozměrů, vzdáleností přiblížení, tlaků apod.), ale také své provozní stavy (funkce / porucha, stupeň opotřebení, provozní teplotu apod.). Tyto IO-Link senzory je pak možné přímo napojit do I/O modulů se IO-Link rozhraními, které tuto komunikaci převádí na použitou páteřní průmyslovou sběrnici.

Příklad senzorů a indikátorů Turck / Banner s IO-Link komunikací.

Moderní senzory

V souvislosti s IO-Link pak v senzorice nastal významný rozvoj v oblasti kontinuálního měření. Místo klasických jen dvoustavových optozávor je možné použít senzory s přesným měřením vzdálenosti měřící postupné přibližování balených objektů, úbytku odvíjené fólie či množství nasypávaného produktu (např. senzory Banner, Sick, IFM). Přidanou hodnotou tohoto řešení je možnost flexibilní, jemné a přesné regulace procesů nebo včasných alarmových hlášení.

V oblasti plnění tekutin pak dříve problematická detekce přítomnosti čirých průhledných obalů je dnes možné řešit použitím speciálních optických senzorů , které již nabízí mnoho výrobců (např. Turck/Banner a Sick), které spolehlivě detekují i tenkostěnné PET lahve a některé dokáží dokonce o rozeznat přítomnost čiré kapaliny v čiré PET lahvi, například pro kontrolu hladiny plnění.

Moderní senzory umožňují průběžně odměřovat množství materiálu, přibližování produktů, nebo i spolehlivě detektovat průhledké obaly.

Nakonec v posledních letech se velmi rozšířila nabídka různých kompaktních optických a kamerových senzorů pro realizaci automatické kontroly přítomnosti správné etikety a její správné orientace a i pro kontrolu správných údajů na štítcích, ať již jde o různé typy 1D i 2D čárových kódů nebo kontrola správných textů na etiketě. Etiketa na špatné pozici nebo s chybnými údaji se již tak nedostane k zákazníkovi, ale je vyřazena během výrobního procesu. Stejně tak deformované či nesprávně zavřené obaly (nezalepené krabice, lahve bez víček apod.) se již nedostanou do skladu a jsou včas zachyceny a vyřazeny.

Příklady použití kamerového senzoru Banner iVu pro kontrolu pozice a informací na etiketě nebo tvaru / zavření obalu.

Závěr

Moderní přesné a rychlé automatické balení vyžaduje moderní prostředky rychlé digitální komunikace s přesnými údaji. V moderní automatizaci a sofistikované řízení procesů již nelze vystačit jen s jednoduchými dvoustavovými signály "je/není", které poskytují nejlevnější indukční, optické, kapacitní či ultrazvukové senzory. Stále větší roli ve stále větším požadavku na přesnost a efektivitu bude mít průběžné měření skutečného stavu veličin.

Například místo pouze dvoustavové informace typu "fólie na roli je málo" je průběžně měřená aktuální hodnota množství fólie v mnoha směrech výhodnější. Umožňuje totiž například řešit problém s úbytkem fólie na roli s předstihem než skutečně dojde tím, že již dříve než může upozorňovat na blížící se konec. Například zpočátku může jen "něžně" upozorňovat na blížící se konec a postupně indikační alarm zvyšovat. Operátor si tak například včas předem připraví novou fólii na výměnu a neshání ji, až když mu dvoustavové čidlo zahlásí, že najednou došla. Sice je to trošku "triviální" příklad, ale myslím si obecně dobře demonstruje porovnání použití senzoru plynulého odměřování s jen dvoustavovým senzorem. Také lze navíc průběžné naměřené hodnoty využít pro statistické vyhodnocení spotřeby fólie v čase a tím například optimalizovat náklady na výrobu apod.

Ve výsledku, i když jsou moderní senzoru s průběžným odměřování veličin a digitální IO-Link komunikací výrazně dražší než jednoduchá dvoustavová provedení, tak v mnoha aplikacích se jejich hodnota rychle vrátí v lépe optimalizované výrobě s menší spotřebou materiálů, menšími výrobními prostoji a možná i méně stresovanou obsluhou výrobní linky a nakonec i manažery.  

Odkazy:

Hodnocení článku: