Nowoczesne systemy bezpieczeństwa

Fot. 1. Układ SIM i system kontroli z jednostką operacyjną (po prawej) oraz centralna jednostka obliczeniowa (po lewej)

Efektem współpracy firmy Balluff i SIM jest układ kontroli zaprezentowany na targach SPS IPC Drives w 2016. Jest on doskonałym przykładem rozwiązania, które wpisuje się w standard Przemysłu 4.0 poprzez inteligentne łączenie standardowych komponentów, zastosowanie nowoczesnych metod transferu danych i sieci wysokich prędkości oraz wykorzystanie technologii zabezpieczeń i sterowania opartych na interfejsie IO-Link. Rozwiązanie Safety over IO-Link firmy Balluff pozwoliło na wzbogacenie istniejącego systemu o rozwiązanie, które oprócz niezwykle łatwej instalacji umożliwia bardzo sprawną modernizację dotychczasowych systemów bezpieczeństwa. Rozwiązanie to wykorzystuje interfejs IO-Link i protokół PROFIsafe.

Listopadowe targi SPS IPC Drives w Norymberdze były doskonałą okazją do zaprezentowania wspólnego rozwiązania automatu indeksującego o wymiarach 3,15×1,65×2,25 m, które bardzo skutecznie przyciągało odwiedzających do stoiska Balluff przez cały okres trwania targów.

Zaprezentowane rozwiązanie jest świetnym przykładem na to, jak stworzyć optymalne połączenie standardowych komponentów i technologii, procesów produkcyjnych oraz koncepcji napędowych.

Fot. 2. Urządzenia IO-Link Master, koncentratory czujników i moduły bezpieczeństwa BNI IOF(żółte) firmy Balluff zostały umieszczone ponad poziomem układu, dzięki czemu są łatwo dostępne i nie stwarzają zagrożenia

Zaprezentowany wielostopniowy system obróbki puszek bardzo dobrze pokazuje wspomniane zależności. Na efekt końcowy składają się połączenia tradycyjnych napędów i rozwiązań z zakresu rozpoznawania obrazu, współczesne rozwiązania transferu liniowego, napędy pneumatyczne i elektryczne, urządzenia chwytne, wytłaczarki, linie przesyłowe, kamery oraz układy rozdzielania i sortowania.

"Naszym celem było zademonstrowanie mocnych stron każdej z wykorzystanych w przykładzie technologii oraz pokazanie, w jaki sposób tworzy się ekonomiczne rozwiązania produkcyjne wychodzące naprzeciw wymaganiom klienta oraz inteligentnie łączy się różne technologie", mówi Stephan Dornieden, dyrektor ds. planowania elektronicznego w firmie SIM Automation.

Mająca swoją siedzibę w Heilbad, nieopodal Göttingen, firma SIM Automation GmbH od wielu lat specjalizuje się w opracowywaniu i wytwarzaniu indywidualnych i kompleksowych rozwiązań dostosowanych do potrzeb konkretnego klienta. Na rozwiązania te składa się opracowywanie procesów, planowanie projektów i konstruowanie gotowych do wykorzystania układów sprzętowych, systemy do obsługi, testowania i kontroli bazujące na najnowocześniejszych rozwiązaniach produkcyjnych i technologiach testowych, w tym własnych technologiach podawania i sortowania. Firma od lat odwołuje się do doświadczenia firmy Balluff w dziedzinie automatyzacji i chętnie korzysta z jej produktów.

Fot. 3. Koncentratory zabezpieczeń IO-Link i elementy układu bezpieczeństwa (żółte) firmy Balluff gwarantują bezpieczną pracę stacji napędzanych różnymi metodami

W prezentowanym przykładzie głównym środkiem transportu jest liniowy mechatroniczny system transferu. W punkcie początkowym znajduje się podajnik krokowy, który unosi puszki na przenośnik taśmowy. Opracowany przez firmę Balluff system detekcji korzystający z funkcji rozpoznawania obrazu przesyłanego z czujników wizyjnych określa położenie pojemników - jeśli puszka jest ustawiona wieczkiem do dołu, pneumatyczny chwytak obraca ją o 180°.

Międzyczasie na pierwszej stacji liniowego systemu transferu 4 mechaniczne chwytaki ustawiają się w odpowiednim położeniu. Napędzane silnikiem czujniki sprawdzają, czy chwytaki są dostępne. System za pomocą uchwytów z przyssawkami pobiera znajdujące się w obiegu puszki i umieszcza je w gotowych do transportu chwytakach mechanicznych. Na następnej stacji serwoelektryczna prasa TOX dociska pokrywki puszek, a kolejna jednostka zapewnia ich szybkie mechaniczno-elektryczne obracanie.

Kolejnym krokiem jest nakładanie druku. Nad prawidłowością procesu czuwa system kontroli wizyjnej Balluff. W ostatnim etapie procesu, mechaniczne chwytaki ustawiają puszki w rzędach po cztery sztuki. Równoległe uchwyty serwoelektryczne usuwają puszki z systemu i przenoszą je do zasobnika. W ten sposób pętla się zamyka, a proces może zacząć się od początku.

Fot. 4. System detekcji korzystający z funkcji rozpoznawania obrazu przesyłanego z kamer sprawdza właściwe ustawienie pojemników

Uwagę zwraca przejrzysty i funkcjonalny układ elementów urządzenia i szafy sterowniczej. Konstrukcja systemu opiera się przede wszystkim na rozwiązaniach wykorzystujących interfejs IO-Link. Zgodne z normą IEC 61131-9 połączenia "point to point" gwarantują wolną od zakłóceń wymianę danych i pełną sprawność urządzeń poniżej centralnego poziomu sterowania. Urządzenia wykonawcze i czujniki są podłączane do układu za pomocą standardowego trójżyłowego przewodu z wtykiem M12.

Rozwiązanie Safety over IO-Link opracowane przez firmę Balluff jest logicznym rozszerzeniem filozofii interfejsu IO-Link oraz przejmuje wszystkie jego zalety. Dodatkowo korzysta z funkcjonalności, jaką zapewnia protokół PROFIsafe do przekazywania sygnałów związanych z układem bezpieczeństwa.

Zgodnie z założeniami interfejsu IO-Link rozwiązanie Safety over IO-Link stawia na prostą konstrukcję systemu, okablowanie gwarantujące oszczędność czasu i pieniędzy oraz ograniczenie rozmiarów szafy sterującej. Pozwala zachować podstawową funkcjonalność systemu i sprawia, że zabezpieczenia stają się zaledwie dodatkiem do niego. Rozwiązania Safety over IO-Link można szybko i łatwo dostosować do zmieniających się warunków pracy.

Zarówno elementy układu bezpieczeństwa firmy Balluff, jak i urządzenia zabezpieczające proces produkcji innych firm można podłączać bez trudu do nowo opracowanego modułu bezpieczeństwa BNI IOF za pomocą standardowego przewodu ze złączem M12.

Fot. 5. Niekończący się mechaniczny transport liniowy - mechaniczne uchwyty można szybko ustawić w dowolnym położeniu

Prezentowane rozwiązanie wyposażone zostało w następujące elementy układu bezpieczeństwa firmy Balluff: przyciski awaryjnego zatrzymania E-Stop, magnetyczne blokady drzwi oraz kurtyny świetlne z zabezpieczeniem przed manipulacją. Nowy moduł bezpieczeństwa BNI IOF pozwala na podłączenie standardowych rozwiązań, takich jak np.czujniki binarne. Dzięki temu możliwe jest zredukowanie liczby dodatkowych koncentratorów. Oba moduły zabezpieczające połączone są z modułem ProfiNet IO-Link Master, który zainstalowany jest na wspólnym profilu (fot. 3).

Dane dotyczące zabezpieczeń są przetwarzane w prosty i bezpieczny sposób - rozwiązania Safety over IO-Link bazują na profilu PROFIsafe. Moduł ProfiNet IO-Link Master pozostaje urządzeniem, które nie wchodzi w skład układu bezpieczeństwa. Jest on jednak nieodzwonym elementem infrastruktury. Warstwa protokołu Black Channel zapewnia przeźroczystość modułu ProfiNet IO-Link Master oraz komunikację pomiędzy modułem bezpieczeństwa BNI IOF a nadrzędnym sterownikiem z profilem PROFIsafe.

Przesyłane dane przechodzą przez moduł IO-Link Master do nadrzędnego poziomu sterowania nienarażone na manipulację i dopiero tam są bezpiecznie rozpakowywane. Programowanie układu odbywa się za pomocą funkcji "przeciągnij i upuść" dostępnej z poziomu interfejsu programistycznego sterownika.

Połączenie systemu automatyzacji z technologią zabezpieczeń pozwala wprowadzać bardziej ekonomiczne i wydajne rozwiązania systemowe.

Fot. 6. Zarówno elementy układu bezpieczeństwa firmy Balluff, jak i urządzenia zabezpieczające proces produkcji innych producentów można podłączać bez trudu do nowo opracowanego modułu bezpieczeństwa BNI IOF - wystarczy standardowy przewód ze złączem M12

"Łączenie produkcji z procesem pakowania wymaga dużej dbałości o wydajność systemu, szczególnie jeżeli taki system, z założenia wysoko sprawny, ma oferować osiągnięcie optymalnego stosunku ceny do jego wykorzystania. Rozwiązanie Safety over IO-Link to liczne korzyści dla twórców systemu, ale przede wszystkim dla jego operatorów", wyjaśnia Stephan Dornieden.

Przedstawione rozwiązanie pozwala na wizualizację aktualnego stanu urządzenia, zdefiniowanie wartości ostrzegawczych i prowadzenie ciągłego monitoringu procesu. Dodatkowo można uzyskać wskazania dotyczące przewidywanego czasu życia oraz zapewnić pełną kontrolę procesu. Wszystkie te typy funkcjonalności możliwe są dzięki wykorzystaniu interfejsu IO-Link i wdrożeniu założeń Safety over IO-Link. Zapewniają one również wzrost wydajności systemu, zwiększając jednocześnie jego niezawodność.

Rozwiązanie Safety over IO-Link zaproponowane przez firmę Balluff łączy funkcje bezpieczeństwa z automatyzacją, tworząc pełny i wydajny system, który gwarantuje najwyższą funkcjonalność, bezpieczeństwo i niezawodność. Safety over IO-Link pozwala sprostać wymogom zabezpieczeń na poziomie PLe/SIL3. Wysoki poziom standaryzacji skutkuje oszczędnościami w ciągu całego cyklu życia maszyny.

"Nasi klienci doskonale rozpoznają wartości dodane - rozwiązanie Safety over IO-Link firmy Balluff będzie od tej pory integralną częścią naszych koncepcji systemowych", podsumowuje Stephan Dornieden.

Balluff
www.balluff.pl