KONICA MINOLTA

Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Balicí linky s řídicím systémem Simotion

Řídicí systém Simotion je univerzální systém, který zvládá jak běžné úlohy logického řízení, náročné funkce řízení polohy a pohybu (motion control) a úlohy regulace teplot, tak i řízení manipulačních úloh s různými kinematickými systémy. Komplexní schopnosti tohoto systému dále podporuje jeho propracovaná spolupráce s dalšími prvky, jako jsou jednotky vzdálených I/O, bezpečnostní řídicí systémy Simatic či vážicí systémy Siwarex. Příkladem komplexního využití schopností řídicího systému Simotion jsou balicí linky.

 
Balicí linka typicky obsahuje několik strojů, z nichž každý plní rozdílné úlohy, což je v článku ukázáno na příkladu balicí linky realizované předním českým výrobcem balicích strojů a linek, firmou Viking Mašek. Na začátku dané linky je vertikální balicí hadicový stroj, který vyrábí sáčky s baleným produktem. Dalším v řadě je kartonovací stroj, který vkládá sáčky do krabiček, a na konci je stroj skládající jednotlivé krabičky do velké přepravní krabice. Nedílnou součástí balicí
linky je její řídicí centrum (obr. 1). V následujících odstavcích je popsáno, jak každý z uvedených strojů funguje, a jsou vysvětleny některé zajímavé úkoly požadované od jejich řídicích systémů.
 

Vertikální hadicový balicí stroj

Vertikální hadicový (tubulární) balicí stroj se skládá ze šnekového dávkovače, který tlačí shora do tubusu balicího stroje balený produkt. Na tubus je zvenku natažena fólie ve tvaru hadice, která tvoří obal (obr. 2). Podle zadané receptury stroj automaticky odměří požadované množství produktu, příčné čelisti hadicovou fólii stlačí a svaří a vytvořený sáček odstřihnou. Ten následně dopadá na desku vážicího zařízení, která se po zvážení sáčku sklopí a sáček propadá do další části linky. Tento jednoduchý princip skrývá spoustu specifických úkolů, které musí řešit řídicí systém. V první řadě jde o přesné a dynamicky
náročné úlohy nastavování polohy při posouvání fólie a jejím svařovaní příčnými čelistmi. Například u posunu fólie je třeba korigovat dráhu posunutí podle tzv. tiskové značky, většinou relativně malé. Jen pro představu, korekce probíhá při rychlostech blížících se hodnotě 1 m·s–1, tudíž značka o délce 1 mm optický snímač aktivuje jen po dobu asi 1 ms. Řídicí systém Simotion však vyhodnocuje jen náběžnou hranu signálu ze snímače, a to mnohem rychleji. Díky tomu je výsledná nepřesnost posunu fólie menší než 0,5 mm. Vedle velmi přesného a rychlého nastavování polohy řídicí systém Simotion řeší i regulaci teploty svařovacích čelistí, která musí být udržována velmi přesně vzhledem ke krátké době svařování a těsné závislosti kvality svaru a sáčku vůbec na teplotě materiálu při svařovací.
 
Dalším úkolem, který firma Viking Mašek musela vyřešit, je vážení vyrobeného balíčku a následná korekce dávek podávaných šnekovým dávkovačem. Na zvážení každého balíčku je přitom vymezena velmi krátká doba – asi 50 ms, při samozřejmé naprosté přesnosti vážení. Proto je v tomto případě použit nejvýkonnější a nejrychlejší vážicí modul ze sortimentu společnosti Siemens – Siwarex FTA.
 
Správného fungování vážicího zařízení jako celku bylo dosaženo kombinací modulu Siwarex FTA s vážicím tenzometrickým siloměrem Siwarex WL260 SP-S AA, který lze použít samostatně ke kontrole hmotnosti při použití vážicí desky o rozměrech až 400 × 400 mm. Obtížnost úlohy spočívá především v nutnosti manipulovat s polohou (sklopit/vrátit zpět) vážicí desky v průběhu pracovního cyklu linky, a to při velmi rychlém taktu balicího stroje. Z důvodu rizika vlivu nežádoucích vibrací při vysouvání a zasouvání vážicí desky musí být signál z vážicího siloměru zpracováván velmi rychle, k čemuž je ideální právě použitý vážicí modul Siwarex FTA. Vážicí zařízení Siwarex je taktéž ovládáno řídicím systémem Simotion, a to při použití standardních systémových programových bloků.
 

Kartonovací stroj

Kartonovací stroj (obr. 3) se skládá ze zařízení odebírajícího ze zásobníku předem připravené složené kartony (obr. 4), z kartonu se ve stroji v několika krocích vytvoří krabička a do ní se následně vloží balíček dodaný dopravníkem z předchozího stroje. Na závěr je krabička uzavřena. Jako řídicí systém tohoto stroje firma Viking Mašek opět vybrala systém Simotion, který zde řeší několik úloh.
 
Systém Simotion jednak řídí krokování stavěcího zařízení krabičky a přesné nanášení tekutého lepidla. Zde je s úspěchem používána funkce výstupní vačky, tedy velmi přesného rychlého digitálního výstupu, který je navázán na odměřování polohy dopravníku a je schopen reagovat v řádu jednotek mikrosekund. Díky této přesnosti stroj i při velkých rychlostech dopravníku nanáší vrstvu lepidla s chybou po délce menší než 1 mm. Další zajímavou úlohou je vkládání sáčku do krabičky, kde je s výhodou využívána funkce běžně známá z manipulátorů jako tzv. path object, kdy se definuje kinematika mechanismu a při zadávání pohybů není třeba se jednotlivě zabývat konkrétními osami a jejich synchronizací, ale zadávají se přímo parametry prostorového pohybu mechanismu.
 
U daného stroje byla s výhodou využita integrace elektrických pohonů Sinamics S120 s vlastním řídicím systémem Simotion D. Bylo třeba vyřešit vzájemný vztah dvou korečkových dopravníkových mechanismů vzhledem k sobě, tj. dojezd jednoho dopravníku na mechanický doraz vzhledem ke druhému dopravníku. Je to sice více méně běžná funkce, ale zde měla tu zvláštnost, že hodnota přípustné síly jednoho dopravníku vzhledem ke druhému činila jen asi 30 % síly potřebné k vlastnímu pohybu dopravníku, tedy ke kompenzaci tření. Třecí síla se u těchto strojů velmi mění v čase v závislosti na zašpinění stroje, opotřebení atd. Proto je zde použit adaptivní systém, který si nejprve při počátečním synchronním pohybu obou dopravníků změří aktuální mechanické ztráty a před spuštěním vlastního pohybu na mechanický doraz nastaví hodnotu omezení momentu podle požadované narážecí síly a aktuálních mechanických ztrát.
 

Koordinace několika strojů v jedné lince

Zatím bylo popsáno fungování jednotlivých strojů, ale stroje v balicí lince musí mezi sebou také komunikovat. Například s účelem přizpůsobit rychlost kartonovacího stroje rychlosti vertikálního hadicového balicího stroje nebo pro včasné zastavení balicího stroje, jestliže kartonovací stroj nemůže sáčky přijímat. Pro tyto případy řídicí systém Simotion nabízí několik možností, jak jednotlivé stroje mezi sebou propojit.
 
Lze např. použít propojení po síti Profinet, kdy jeden ze strojů je určen jako tzv. Profinet i-Device, tedy řízené (slave) zařízení, jehož rozhraní je vzhledem k okolnímu světu vymezeno sadou vstupních a výstupních údajů, a vygeneruje se jeho rozhraní GSDXML. Toto rozhraní lze importovat do projektu jiného stroje zapojeného v téže lince, který se pak k řízenému (slave) stroji chová jako Profinet Controler (master) k libovolnému jinému zařízení typu Profinet i-Device (slave).
 
Další často využívanou možností je komunikace při použití standardních protokolů UDP nebo TCP/IP. K tomu má řídicí systém Simotion sadu systémových funkcí pro řízení toku dat. K realizaci spojení typu TCP/IP lze využít i připravenou knihovnu Lcom, kterou je možné stáhnout ze stránek technické podpory firmy Siemens jako součást paketů knihoven a funkcí pod názvem Simotion Easy Basic (www.siemens.cz/simotion).
 

Závěr

Jak dokládá několik příkladů řešení úloh v balicích strojích uvedených v článku, řídicí systém Simotion je velmi efektivní a poskytuje spolu se širokou nabídkou integrovaných funkcí také možnost realizovat netradiční řešení uzpůsobená na míru vždy konkrétnímu stroji. Předností systému Simotion je také předem připravené rozhraní umožňující komunikovat s nadřazenými systémy podle standardů OPL (Open Packaging Line).
 
Ing. Karel Dočkal, Siemens, s. r. o.
 

Viking Mašek

Firma Viking Mašek (dříve Ing. Rudolf Mašek – balicí stroje) je přední český výrobce balicích strojů a zařízení pro potravinářský, chemický i farmaceutický průmysl, s jehož výrobky se lze setkat po celém světě. Firma dodává široký sortiment balicí techniky od jednoduchých univerzálních vertikálních balicích strojů, přes nejrychlejší vertikální balicí stroj na světě – Twinner – a několikařadé balicí stroje typu Stickpack až po komplexní kartonovací a balicí linky. Úspěšná spolupráce firmy se společností Siemens trvá již dvacet let, kdy jsou do strojů značky Viking Mašek standardně montovány komponenty značky Siemens – ať už jde o řídicí systémy, pohony, měniče frekvence, ovládací panely či nově také tenzometrické siloměry řady Siwarex.
 
Obr. 1. Řídicí centrum balicí linky: řídicí systém Simotion D425-2 DP/PN v sestavě s řídicími jednotkami pohonů Sinamics S120, vektorovým měničem frekvence Sinamics G120C pro pohon dopravníku a distribuovanými jednotkami I/O řady Simatic ET200S – to vše
spojeno komunikační sběrnicí Profinet
Obr. 2. Mechanismus vertikálního hadicového balicího stroje
Obr. 3. Pohled na kartonovací stroj
Obr. 4. Detailní pohled na mechanismus odebírání kartonů pro výrobu krabiček