W drugiej częsci artykułu...

PACKML - STANDARD DLA MASZYN PAKUJĄCYCH

Rys. 5. System zarządzania recepturami i system sterowania sprzętem najczęściej komunikują się na poziomie fazy

Gotowe produkty, już w ramach procesów dyskretnych, są pakowane. Na przykład lody porcjuje się i przekłada do pojemników. Maszyny pakujące to w większości złożone urządzenia mechatroniczne. Są one zbudowane z: serwonapędów sterujących wieloma osiami ruchu elementów wykonawczych, zintegrowanych systemów wizyjnych, paneli operatorskich, systemów zabezpieczeń i interfejsów komunikacyjnych, itd.

Funkcjonalność tych podzespołów scala program sterujący maszyną. Ponieważ brak normalizacji tego ostatniego utrudniał integrację wyposażenia linii pakującej, opracowano standard PackML (Packaging Machinery Language) (ISA-TR88.00.02). Na potrzeby przemysłu opakowaniowego zaadaptowano w nim rozwiązania wprowadzone w ISA-88.

Jakie korzyści zapewnia PackML?

Zgodność ze standardem PackML zapewnia w branży opakowaniowej podobne korzyści, jak przestrzeganie wytycznych ISA-88 w produkcji wsadowej. Najważniejsze z nich to: ułatwiona integracja maszyn w obrębie linii pakowania dzięki modułowości sprzętowej (plug and play) i standardowym danym wejściowym i wyjściowym (sprawna komunikacja), jednolite środowisko programowe dla operatorów, uproszczone specyfikacje maszyn, szybszy rozwój oprogramowania i łatwiejsze jego testowanie, komponenty sprzętowe oraz programowe wielokrotnego użytku, dzięki którym maszyny, ich eksploatacja i konserwacja są tańsze. Ponadto producenci mogą się skupić na rozwoju funkcjonalności, która wyróżni ich urządzenie na tle konkurencji, zamiast tracić czas na implementację jego podstawowych funkcji.

TRYBY PRACY PAKOWARKI WEDŁUG PACKML

Tryby (modes) pracy maszyny (m.in. automatyczny, półautomatyczny, ręczny, konfiguracji) zdefiniowano w nim jako uporządkowane zbiory: stanów (states), charakteryzujących daną czynność, przejść pomiędzy nimi odbywających się w ustalonej kolejności (patrz: ramka) i komend. Stany, których przewidziano 17 (nie trzeba korzystać ze wszystkich, można również określić własne), podzielono na trzy rodzaje: aktywne (acting), oczekiwania (wait) oraz dualne (dual).

Do ostatniej grupy, łączącej w sobie cechy dwóch pierwszych, zaliczane jest tylko działanie (execute). Inne standardowe stany to m.in.: zatrzymanie (stopped, idle), przerwanie zadania (aborting) albo jego wstrzymanie spowodowane blokadą procesu nadrzędnego, podrzędnego (suspended) lub decyzją operatora (held). Zależnie od maszyny w danym stanie realizowane są różne zadania.

CZYM SĄ PACKTAGS?

Robot pick & place na przykład w trybie automatycznym w stanie działania podnosi produkty z taśmociągu i przekłada je na paletę. W trybie konfiguracji jest on programowany. Tryby, stany i sekwencje określone są w normie ISA-TR88.00.02 i są uniwersalne, czyli można za ich pomocą opisać pracę różnych urządzeń, nie tylko maszyn pakujących.

W PackML zdefiniowano także format przepływu danych z i do maszyny w postaci tzw. PackTags. Podzielono je na trzy kategorie: PackTags z komendami sterującymi (na przykład przełączające tryb lub stan pracy), danymi o statusie urządzenia (m.in. prędkości, trybie, stanie) i administracyjnymi (przykładowo o alarmach). Te ostatnie są przeznaczone dla systemów nadrzędnych. Nie ma obowiązku korzystania ze wszystkich tagów (te nadmiarowe dodatkowo komplikują program).

Paweł Krzesak

Bosch Rexroth

Co jest kluczowe w przypadku dostarczania urządzeń do instalacji w branży spożywczej? Jakie są tu wymagania klientów?

Najwyższe standardy higieniczne cechujące branże spożywczą, w szczególności w miejscach bezpośredniego kontaktu z produktami, wymagają dostarczanie komponentów wykonanych z najlepszych materiałów zgodnych z certyfikatem FDA. Częste mycie i czyszczenie układów wymaga odpowiedniej szczelności i odporności na wysokie temperatury, dlatego Bosch Rexroth stawia na takie elementy jak stal nierdzewna bądź wysokiej jakości tworzywa sztuczne. Zarówno w dziedzinie napędów elektrycznych, w technice przemieszczeń liniowych czy systemów transportowych Rexroth ma rozwiązania dedykowane.

Kto jest ich odbiorcą i co decyduje o wyborze konkretnego urządzenia?

Głównymi odbiorcami rozwiązań są przede wszystkim producenci maszyn, ale ważnymi rynkami zbytu są również działy utrzymania ruchu i sektor części zamiennych. Oprócz spełnienia wymagań technicznych o wyborze dostawcy decyduje szybkość dostaw komponentów, czas reakcji serwisowej oraz wymagania zachowania standardów u użytkowników końcowych.

Jakie są kluczowe trendy technologiczne na rynku?

Efektywność energetyczna, elastyczność i technika bezpieczeństwa to kluczowe zagadnienia na najbliższe lata. Zmiany zachodzące w zachowaniach konsumentów będą miały bezpośredni wpływ na produkcję i pakowanie artykułów spożywczych. Wymagania odnośnie do automatyzacji będą zaostrzały konkurencję z coraz krótszym cyklem życia produktów. Co najmniej taka sama wydajność przy mniejszym zużyciu energii, inteligentna regulacja, szybki czas przezbrojeń czy odzysk energii w procesie hamowania - to one będą decydowały o wyborze optymalnych rozwiązań podczas projektowania.

DWA PODEJŚCIA

Zalecane są dwie metody implementacji wytycznych standardu PackML w nowo tworzonym albo już wdrożonym kodzie. Z pierwszego należy skorzystać, kiedy w gotowym programie trudno jest zastosować model stanów opracowany w ISA-TR88.00.02.

Nie warto wówczas na siłę go wdrażać, ponieważ pogorszy to jakość oraz czytelność jego kodu. To ostatnie skomplikuje jego dalszy rozwój, trudniej będzie także wykryć błędy. W zamian lepiej dane wejściowe oraz wyjściowe sterowników PLC przekonwertować do formatu PackTags. Zapewni to przynajmniej wspólny interfejs komunikacyjny z innymi komponentami linii pakowania.

Drugie podejście zakłada kompleksową implementację zaleceń normy ISA-TR88.00.02 włącznie z tymi dotyczącymi modułowości kodu. Realizuje się to na dwa sposoby: pisząc nowy program, na przykład dla dopiero projektowanej maszyny lub przepisując stary w formacie PackML. To drugie wymaga szczegółowej wiedzy na temat istniejącego kodu i trwa dłużej niż przekonwertowanie go tylko do formatu PackTags.

Przykłady produktów

Wonderware InBatch - system zarządzania procesami wsadowymi
Najważniejsze cechy oraz funkcje: zgodność ze standardem ISA-88 umożliwia prowadzenie produkcji wsadowej w oparciu o zamodelowane wcześniej procesy oraz receptury, śledzi wykorzystanie surowców, urządzeń produkcyjnych, tworzy genealogię produkcji, udostępnia wyniki w postaci raportów.
www.astor.com.pl

C Batch - System zarządzania procesami wsadowymi
Najważniejsze cechy i funkcje: zgodność ze standardem ISA-88, platforma sprzętowa: sterowniki PAC, umożliwia tworzenie i zarządzanie recepturami, tworzenie wsadów i kontrolę ich wykonania, automatyczne wykonywanie receptur, równoczesne wykonanie kilku receptur.
www.techsystem-automatyka.pl

Pionowa maszyna pakująca kontynuacyjna RM-25C do pakowania produktów w torby foliowe z folii PE lub PP
Główne cechy i funkcje maszyny w wersji szybkiej w ruchu ciągłym: regulowana temperatura zgrzewania, wydłużony czas zgrzewania podczas przesuwu folii, automatyczny system odwijania folii, automatyczne naprowadzanie folii, alarm końca folii, pomiar długości folii przez enkoder lub fotokomórkę, podciśnieniowe paski przesuwu folii, wspomaganie łączenia folii, wał pneumatyczny, sterownik i serwonapęd marki Siemens, dotykowy panel sterujący, pamięć 100 programów, program w standardzie PackML.
www.radpak.pl

PACKML W PRAKTYCE

Rys. 6. Uproszczony diagram stanów PackML zapisany w języku SFC

Tworząc nowy, jak i modyfikując istniejący program, warto rozpocząć od rozłożenia maszyny na części - moduły sprzętowe i sterowania (jak w ISA-88). Potem trzeba określić tryby i stany pracy, dla każdego z nich ustalić, które jednostki organizacyjne urządzenia mają odpowiadać za dane zadanie i wybrać PackTags. Przed rozpoczęciem kodowania należy także zdefiniować warunki aktywujące stan zatrzymania i przerwania pracy.

Następnie diagram stanów PackML trzeba odwzorować w środowisku programowym, na przykład za pomocą sekwencyjnych schematów funkcyjnych (Sequential Function Chart, SFC) (rys. 6). SFC służą do graficznego przedstawiania algorytmu sterowania za pomocą oddzielnych kroków i przejść między nimi. Z tymi ostatnimi związane są warunki. Jeżeli są spełnione, następuje przełączenie z kroku bieżącego na następny. Każdy etap składa się z zestawu instrukcji zwanych akcjami. Kroki, warunki i akcje można zaimplementować w wybranym języku programowania.

CZYSTE MASZYNY TO HIGIENICZNA PRODUKCJA

W przemyśle spożywczym duży nacisk kładzie się na jakość, bezpieczeństwo oraz higienę na wszystkich etapach produkcji. Najlepsze wyniki w tym zakresie można uzyskać, wdrażając w zakładzie system zarządzania jakością. Określa on działania, jakie trzeba podjąć i warunki, które należy stworzyć oraz kontrolować na wszystkich etapach produkcji i transportu żywności, by nie była ona szkodliwa dla zdrowia i życia ludzi.

Źródłem zagrożeń mogą być m.in.: otoczenie, personel, surowce oraz maszyny. By zminimalizować groźbę skażenia w wyniku kontaktu żywności z tymi ostatnimi, trzeba je myć, a potem sterylizować. Czynności te wykonuje się różnymi metodami, ręcznie i w sposób zautomatyzowany. Przykładem jest mycie ciśnieniowe, mechaniczne (szczotkami) i metodami CIP (Cleaning in Place) oraz SIP (Sterilization in Place).

Stany pracy maszyn pakujących według PackML

Diagram stanów PackML

W PackML tryby (modes) pracy maszyny zdefiniowano jako uporządkowane zbiory stanów (states) w pełni opisujących daną czynność. Przejścia pomiędzy nimi zachodzić mogą: na skutek działania operatora, w reakcji na zmianę statusu sterowanych obiektów lub po zakończeniu zadania. Są trzy rodzaje stanów: aktywne (zielony), oczekiwania (pomarańczowy) i dualne (niebieski).

Drugi oraz trzeci są stanami stabilnymi, tzn. mogą trwać przez dłuższy czas. Czas trwania stanów "zielonych" jest ograniczony, a przejście do kolejnego etapu odbywa się bez udziału operatora (SC - state complete). Działanie w pętli ze stanem wstrzymania Suspended oznacza oczekiwanie np. na dostawę produktu, a w pętli ze stanem Held - zatrzymanie w wyniku decyzji operatora.

Po wykonaniu zadania maszyna przechodzi ze stanu Execute do Complete. Może się wówczas rozpocząć kolejny cykl pracy. Przerywa go komenda Abort oznaczająca błąd albo Stop, którą wybiera operator.

KRÓTKO O CIP I SIP

Tematy numerów kolejnych wydań magazynu w 2015 roku

Mycie i sterylizacja na miejscu polegają na spłukiwaniu wnętrza wyposażenia linii produkcyjnych (głównie zbiorników, rurociągów, pomp, itp.) w przerwach między kolejnymi jej uruchomieniami, bez konieczności rozmontowywania jej elementów albo wprowadzania do ich wnętrza urządzeń czyszczących lub wchodzenia do nich (dotyczy to dużych zbiorników, na przykład mieszalników). W systemach CIP i SIP realizuje się to, wymuszając przepływ środków myjących i odkażających przez te urządzenia i obiekty i ich powrót do głównego zasobnika.

Do zalet mycia i sterylizacji na miejscu zalicza się: szybkość (nie trzeba demontować, a następnie składać wyposażenia linii produkcyjnej), dokładniejsze czyszczenie miejsc trudno dostępnych, lepszą kontrolę zużycia wody i chemikaliów (te ostatnie można poddać recyklingowi), a zatem mniejsze koszty i ograniczenie kontaktu personelu z substancjami dla niego niebezpiecznymi.

W DRUGIEJ CZĘŚCI ARTYKUŁU...

Ze względu na powyższe kwestie mycie i sterylizacja na miejscu są coraz popularniejsze nie tylko w branży spożywczej, ale i innych, w których konieczne jest zachowanie higienicznych warunków produkcji - na przykład farmaceutycznej oraz chemicznej. Aby metody CIP i SIP przyniosły wymierne korzyści, czyszczenie i sterylizacja muszą być staranne i skuteczne.

W drugiej części artykułu (publikacja we wrześniu) przedstawiamy czynniki, które na to wpływają - m.in. dobór odpowiednich środków chemicznych i parametrów procesu (natężenia przepływu, temperatury). Jak się okaże - w projektowaniu systemów sterowania instalacjami CIP i SIP znajduje też zastosowanie standard ISA-88.

Monika Jaworowska