Wydajne, kompaktowe maszyny napełniające dla przemysłu spożywczego i innych sektorów - PC-based Control: czterokrotnie szybsze ważenie z dokładnością do 0,5%

Oferta firmy ProMach z siedzibą w Waukesha w stanie Wisconsin obejmuje ponad 30 różnych modeli maszyn napełniających dla branży spożywczej, farmaceutycznej, kosmetycznej i AGD. W 2017 roku przedsiębiorstwo zaprezentowało nową linię urządzeń XACT-FIL sprzedawanych pod marką Federal, które powstały z myślą o klientach przykładających dużą wagę zarówno do precyzji i wysokiej higieniczności procesu napełniania, jak i niewielkich gabarytów maszyn.

System XACT-FIL powstał w wyjątkowo krótkim czasie: premiera nowej grawimetrycznej maszyny napełniającej miała odbyć się podczas targów Pack Expo we wrześniu 2017 roku. Tymczasem jeszcze na początku owego roku nie było wiadomo, z jakich komponentów będzie się składała! Aby dotrzymać założonych terminów, ProMach nawiązał współpracę z amerykańskim oddziałem firmy Beckhoff, a sterowanie maszyną zrealizował przy wykorzystaniu systemu PC-based Control.

W efekcie powstało nowatorskie, modułowe urządzenie, którego wyposażenie można precyzyjnie dostosować do potrzeb danej aplikacji. Zakres jego zastosowań jest bardzo szeroki i obejmuje zarówno różnorodne typy pojemników z polietylenu, metali lub szkła o pojemności od 30 ml do 3,8 l, jak i różne rodzaje produktów spożywczych, jak np. sosy, mleko czy oliwa z oliwek, a także wyroby płynne o charakterze niespożywczym, w tym lakiery, chemię przemysłową i smary dla motoryzacji. Co więcej, XACT-FIL pozwala na dozowanie nie tylko substancji o temperaturze pokojowej, ale także płynów zimnych i gorących. Linię produkcyjną uzupełniają zamykarki stanowiące ostatnie ogniwo procesu napełniania.

DOKŁADNOŚĆ I EFEKTYWNOŚĆ NA PLUS

Jedną z głównych zalet nowych maszyn jest możliwość bezkontaktowego dozowania płynów. Eliminuje ona bowiem niebezpieczeństwo przypadkowego zabrudzenia pojemników oraz komponentów urządzenia, a tym samym zapewnia pełną sterylność procesu napełniania – zgodnie z wymogami jakościowymi i higienicznymi obowiązującymi w sektorze spożywczym i innych branżach wytwarzających wyroby płynne.

- Podczas bezkontaktowego napełniania opakowań dysza maszyny znajduje się bezpośrednio nad opakowaniem, w odległości około pół centymetra od otworu - wyjaśnia Cesary Mroz, wiceprezes ds. projektowania w firmie ProMach Filling Systems.

Warunkiem sukcesu jest w tym przypadku precyzyjne pozycjonowanie pojemnika pod dyszą napełniającą, a także permanentna kontrola wagi opakowania podczas jego napełniania. Jak to działa? Puste pojemniki są transportowane do przenośnika karuzelowego, gdzie obrotowa głowica dozująca napełnia je po kolei odpowiednią ilością płynu. Każda stacja napełniania wyposażona jest w czujnik tensometryczny, który w czasie rzeczywistym kontroluje wagę pojemnika z częstotliwością do 5000 razy na sekundę. Gdy waga zgadza się z wartością zadaną, pojemnik jest transportowany do zamykarki.

Aby precyzyjnie koordynować szybkie sekwencje transportu, napełniania i zamykania, maszyna wyposażona została w wydajne komponenty automatyki, układy sterowania ruchem i moduły I/O. Zaś sam system sterowania PC-based Control został zsynchronizowany z ultraszybką siecią EtherCAT, dzięki czemu maszyna nie tylko spełniła wszystkie wymagania projektowe, ale także przewyższyła je pod względem dokładności napełniania, która ostatecznie wyniosła ± 0,5%.

- Połączenie zalet EtherCAT i TwinCAT umożliwia synchroniczne próbkowanie sygnałów wyjść zaworów oraz czujników tensometrycznych z taktowaniem 200 μs - mówi Kurt Schneider, inżynier aplikacji w firmie Beckhoff - Znacznie skraca to czas reakcji zaworów i zwiększa precyzję ich działania. Zaś w odniesieniu do czujników umożliwia zwiększenie liczby pomiarów masy z 1200 do 5000 na sekundę -

MNIEJSZE WYMIARY I ŁATWIEJSZE CZYSZCZENIE

Sercem każdego systemu XACT-FIL jest komputer CX5140 typu Embedded wyposażony w oprogramowanie TwinCAT3, które umożliwia obsługę PLC, sterowanie ruchem oraz realizację funkcji HMI. Jak wyjaśnia Cesary Mroz, komponenty systemu mocowane są na szynie montażowej, co znacznie ogranicza wielkość szafy sterowniczej przy zachowaniu wysokiej mocy obliczeniowej. Moc ta wystarcza zarówno do zapewnienia oczekiwanej niezawodności systemu, jak i zwiększenia przepływu materiału. W charakterze dodatkowego zabezpieczenia wykorzystano kartę CFast, na której tworzona jest kopia zapasowa wszystkich funkcji PLC i sterowania ruchem. Dzięki temu w przypadku awarii można szybko przywrócić dostępność maszyny.

Jako interfejs użytkownika zastosowano nowoczesny, przyjazny w obsłudze monitor przemysłowy CP3918 z ekranem dotykowym o przekątenej 18,5 cala i funkcją obsługi wielodotykowej.

Firma Beckhoff oferuje całą gamę paneli wielodotykowych o najróżniejszych wymiarach. Dzięki różnym opcjom oprogramowania można na ich bazie tworzyć indywidualne rozwiązania spełniające wszystkie wymagania klientów.

 

Fot. 1 Maszyna XACT-FIL firmy ProMach w sposób bezdotykowy dozuje płyny do pojemników o pojemności od 30 ml do 3,8 l, bazując na wskazaniach czujników tensometrycznych, które mierzą wagę każdego pojemnika z częstotliwością 5000 pomiarów na sekundę

Maszyna dozująca i zamykarka napędzane są przy użyciu serwonapędów z serii AM8841 ze stali szlachetnej. Dzięki stopniowi ochrony IP 69K jednostki te mogą być bez problemu regularnie czyszczone parą pod wysokim ciśnieniem. Ich uzupełnieniem są serwowzmacniacze AX5000 z wbudowanym filtrem sieciowym zlokalizowane w szafie sterowniczej, które zapewniają niezawodną pracę 3-osiowego układu sterowania ruchem. Dzięki wykorzystaniu technologii jednokablowej (OCT) sygnał zasilania i sygnały zwrotne przesyłane są za pomocą jednego, standardowego przewodu silnikowego. Ogranicza to zapotrzebowanie na miejsce oraz ułatwia czyszczenie maszyny, a tym samym i zachowanie odpowiedniego poziomu higieny.

Wykorzystanie sieci EtherCAT do przesyłu sygnałów z napędów i modułów I/O zapewnia możliwość ciągłej komunikacji w czasie rzeczywistym przy zachowaniu ograniczonych rozmiarów infrastruktury.  - W przypadku obrotowych maszyn napełniających wyzwaniem jest ograniczona przestrzeń montażowa. Dlatego w tego typu aplikacjach idealnie sprawdzą się kompaktowe moduły o dużej gęstości kanałów (High Density) - wyjaśnia Tom Retzlaff, kierownik sprzedaży na stan Wisconsin w firmie Beckhoff.

W SKRÓCIE

Otwarte, elastyczne systemy sterowania typu PC-based firmy Beckhoff umożliwiły stworzenie nowej generacji grawimetrycznych maszyn napełniających, które dzięki modułowej budowie sprawdzą się w najróżniejszych aplikacjach. Ich wykorzystanie pozwoliło znacznie – bo aż o 25% – ograniczyć liczbę komponentów urządzenia przy równie imponującej redukcji jego gabarytów (o 30%). Zaś połączenie wszystkich systemów ultraszybką siecią EtherCAT umożliwiło zwiększenie przepływu materiału – głównie za sprawą wzrostu prędkości pomiarów masy i dokładności samej maszyny.

James Figy
Beckhoff Automation Sp. z o.o.
tel. 22 750 47 00, info@beckhoff.pl, www.beckhoff.pl
www.beckhoff.pl/packaging