PC- és EtherCAT-alapú irányítástechnika a csomagoló­iparban

A csomagolóiparban minden gramm, centiméter és másodperc számít. A PC Control magazin Frank Würthnerrel, a Beckhoff csomagolástechnológiai részlegének egyik üzleti vezetőjével arról beszélgetett, hogyan szolgálják a PC- és EtherCAT-alapú nyílt és univerzális irányítástechnikai megoldások ezen alapkövetelmények teljesülését. A Beckhoff Automation hozzájárulásával közölt, gondolatébresztő interjú képet ad az olvasónak arról, hogyan épülnek be ezek a technológiák a nagy­teljesítményű és gazdaságos csomagológépekbe.

Interjú a Beckhoff Automation Üzleti Irányítás és Csomagolástechnika részlegének üzleti vezetőjével

Milyen csomagolástechnikai alkalmazásokra kínál a Beckhoff megoldásokat? Mennyire fontosak a nyílt és univerzális technológiák?
PC- és EtherCAT-alapú irányítástechnológiánk ideális a teljes folyamat automatizálására egyedi csomagológépek és teljes csomagoló gépsorok esetében is a csomagok megtöltésétől és lezárásától a címkézésen és az újracsomagoláson át a raklapos egységrakományok elkészítéséig. Ipari PC-ből, I/O-terminálokból és hajtástechnikai megoldásokból álló univerzális és moduláris termékportfóliónkkal, valamint TwinCAT automatizálási szoftverünkkel a számítási teljesítmény, a komp­lexitás és a költségek tekintetében pontosan skálázható megoldást tudunk ajánlani minden csomagolástechnikai probléma megoldására. Nyílt és univerzális irányítástechnológiánk segíti a gépeket gyártó cégeket, hogy új funkciókat integráljanak gépeikbe, és azokat a sokféle és folyamatosan változó igényekhez alakítsák magas implementációs költségek nélkül. Példa erre a feltételek felügyelete és a robottechnológia integrálása, vagy a PLCopen és OMAC-PackSoft alkatrészek és a Visual Studio®, a Matlab®/Simulink® vagy a C/C++ használata. A nyílt technológiák másik fontos előnye, hogy a csomagológépek egy nyílt interfészen keresztül a végfelhasználó gyártási rendszerébe – akár vertikálisan, vállalati irányítási rendszer (ERP) szinten, akár horizontálisan, más irányítási rendszerekkel összekötve – egyszerűen integrálhatók.

Milyen trendeket lát jelenleg a csomagolóiparban?
Globálisan nézve: a világ népessége 10 éven belül meghaladja a 8 milliárd főt. A csomagolóipar nemcsak a csomagolt élelmiszereket és gyógyszereket igénylő emberek puszta száma miatt profitál ebből, hanem a jobb életkörülmények igénye miatt most már a feltörekvő és fejlődő országokban is. A modern csomagolás marketingértékén kívül védi a terméket szállítás közben. Az élelmiszer- és gyógyszeriparban kritikus fontosságú, hogy a szennyeződés vagy megromlás, valamint az illetéktelen beavatkozás ellen is védi a termékeket. Emiatt a csomagolóipar a belátható jövőben várhatóan tovább növekszik, ezért hatékony és nagyteljesítményű csomagológépeket igényel. Ezenkívül a különböző piacok és ügyfélszegmensek is változatos csomagolási megoldásokat, még rugalmasabb csomagológépeket igényelnek. A csomagológépek gyártásának trendje kisebb és rugalmasabb, gyakori váltásokra alkalmas gépek irányába mutat.

Hogyan felelnek meg a Beckhoff irányítástechnikai megoldásai ennek a változó igénynek?
Irányítástechnológiai megoldásaink kiváló skálázhatóságuk miatt ideálisak bármilyen méretű gép és gyár számára, különösen a „zöld” gyártás iránti egyre növekvő igény kielégítésére. XFC (eXtreme Fast Control Technology) megoldásunk nagyon pontos folyamatirányítást tesz lehetővé minimális alapanyag-felhasználással. A nagy rugalmasságot igénylő gyártás kedvez a PC-alapú irányításnak, a főként szoftveralapú irányítástechnika pedig nagymértékben egyszerűsíti a szükséges termék- vagy csomagolóanyag-váltásokat a döntően hardverre alapozott megoldásokhoz képest. Ezenkívül XTS (eXtended Transport System) rendszerünknek további különleges előnye, hogy a nagyobb rugalmasságra vonatkozó igényeket nem bonyolult és drága gépi megoldásokkal, hanem könnyen testreszabható szoftverrel elégíti ki. Egy modern palackozóüzem számos befogószerkezetet igényel, amelyek az idő nagy részében nem csinálnak semmit, csak várnak a palackokra. Ezen a ponton kínál az XTS hatalmas megtakarítást; a nagyobb rugalmasságot kevesebb fizikai berendezéssel valósítja meg.

Mik azok a konkrét előnyök, amelyek az XTS alkalmazásával elérhetők?
Maradjunk a palackozóüzem példájánál. Amikor egy hagyományos üzem töltőgépe meghibásodik, azt teljesen le kell állítani. Ha ez például éjszaka, a karbantartó szakember távollétében történik, vagy hiányzik egy pótalkatrész, egy teljes termelőműszak elveszhet. Az XTS egy szoftvermódosítással oldhatja meg ezt a problémát: nem küld több palackot a meghibásodott töltőgépre. Bár ez csökkenti az általános termelési teljesítményt, az éjszakai műszak ezzel együtt is még mindig például 80 %-os teljesítményt érhet el. További előny, hogy jelentősen csökken a gépek elhelyezéséhez szükséges alapterület.
A lehetőségek könnyen beláthatók például a szeletes csokoládé csomagolásához szükséges, változó sebességű szállítószalagoknál. Ezeket a bonyolult mechanikájú, nagy helyigényű, ezért drága szállítószalagokat azért kell használni, hogy egyenletes távolságot lehessen tartani a csokoládészeletek között, mielőtt azok a csomagolóanyag lezárását végző szinkronizált gépekre kerülnének. A szinkronizált mozgatóegységekkel felszerelt XTS esetén nincs szükség szállítószalagra; csökken a költség és a helyigény. Az akár 50 %-kal kisebb gépekkel a vevő elkerülheti új termelési területek kialakítását, vagy a felszabaduló helyen több gépet helyezhet el.

A kibővített szállítórendszer (eXtended Transport System – XTS) a bonyolult gépi mechanizmusokat szoftverfunkciókkal helyettesíti, komoly innovációs potenciált kínálva a csomagológép-gyártásban  

Van-e még egyéb olyan csomagolási funkció, amelyet az XTS forradalmasíthat?
Az ötleteknek gyakorlatilag nincs határa, a gépgyártó cégek folyamatosan találnak új alkalmazási ötleteket az XTS-re. Jó példa erre a „multi-train” technológia, a termékek szekvenciális feladás közbeni csoportba foglalása. Kettőnél több multi-train esetén problémát jelent a szállítószalagok szervomotorjainak elhelyezése. Egy-egy motort viszonylag még egyszerű a betaplalo szalag ket oldalara felszerelni, de a harmadikat már nehezebb: a működő szállítószalagok közelében már további kábelek sem vezethetők.
    Az XTS minőségi ugrást jelent ezen a területen, mivel megoldást kínál a multi-train technológiára. Könnyű megépíteni a megfelelő számú mozgatóegységet a gépi alkalmazás körül, és azokat a rendszer hosszától függően egy vagy két kábellel összekötni. A gépészmérnöki munka csökkentésén kívül hatalmas előny a gépek sokkal nagyobb rugalmassága is, amire egyre nagyobb szükség van. Az XTS mechanikai funkciókat helyettesít szoftverfunkciókkal, például változtathatja a csomagolásra váró munkadarabok távolságát. Ez például egyszerűsítheti az olyan promóciós termékek előállítását, amelyek mellé „egy darabot ingyen” csomagolnak. A hagyományos csomagológépekkel hatalmas munka például négy fűszernövényt tartalmazó csomag mellé egy ötödik „ajándék” zacskót csomagolni. Az XTS alkalmazásakor ezt egy egérkattintással megvalósíthatjuk, mivel csupán a négy mozgatóegység mellé egy ötödiket kell kiválasztani, hogy az öt zacskót a csomagoló munkahelyre küldjék.

Az XTS elképzelhetetlen a nagyteljesítményű EtherCAT-kommunikáció nélkül. Általában mennyire fontos az EtherCAT a csomagolóiparban?
Nyilvánvaló, hogy az EtherCAT kulcsfontosságú komponens egyrészt sebessége és univerzális alkalmazhatósága, mozgásvezérlő képessége és biztonsága miatt. Másrészt az ügyfelek nagyra értékelik rendkívül széles választékú EtherCAT-termékeket, amelyek például frekvenciaváltóként, szelepterminálként, más irányítási hálózatokba nyíló kapuként is alkalmazhatók. A vevők értékelik a több mint 300 eszközt és modern szervohajtás-technológiát is tartalmazó EtherCAT-portfóliónkat is. Legyen bármilyen konkrét modulra szükség, a gépkonstruktőr biztos lehet abban, hogy az alárendelt EtherCAT-eszközök és bizonyos mértékig a vezérlőrendszerek még a kis forgalmazóknak is elérhetők. Ez magyarázza, hogy miért vált a 2400 tagú EtherCAT Technológia Csoport a világ legnagyobb terepi­busz-felhasználójává.

Melyek az EtherCAT-technológia konkrét előnyei a gépgyártók és a végfelhasználók számára?
Az EtherCAT és különösen az XFC hatalmas előnyöket kínál a csomagolástechnikai iparág sebességi és pontossági igényeinek kielégítésében. Az XFC optimalizált irányítási és kommunikációs architektúrán alapul, amely modern ipari PC-ből, az EtherCAT protokollból, gyors EtherCAT-terminálokból és a TwinCAT automatizálási szoftverből áll. Ez a teljesen integrált, holisztikus rendszer 100 μs alatti I/O válaszidőivel teljesen új folyamatoptimalizálási lehetőségeket nyit meg. Az EtherCAT valamint a precíz és gyors irányítástechnika lehetővé teszi, hogy a gyártott csomagolás pontosabb legyen, és kevesebb alapanyagot használjon fel a hagyományos technológiáknál. A csomagolt termék minimális töltési szi­ntje is pontosabban és nagyobb ismételhetőséggel tartható. Ezzel – különösen nagy termékvolumeneknél – hatalmas költségeket lehet megtakarítani. Ez nagy előny a végfelhasználóknak, és kiváló értékesítési érv a gépgyártók számára.  

Vannak az EtherCAT-nek más előnyei is a puszta adatátviteli sebességen kívül?
Jelentős előnyöket kínálnak a megosztott órák és az időbélyegzési funkciók. A csomagolástechnikai iparban a nagy fontosságú papír- és fóliafeldolgozás területén ezek a technológiák gyorsabban és pontosabban ismerik fel a „nyomtatási jeleket”, tehát kisebb, gyorsabb és pontosabb gépeket lehet építeni. A csomagolás egyik nagyon költséges összetevője a címke. Ha pontosan és kiváló minőségben alkalmazzák, a teljes termék értékét növeli. Mindkét modern EtherCAT-funkció különösen fontos a hosszú csomagoló gépsoroknál. A meg­osztott óra és az időbélyegzés még hosszabb gépsoroknál is nagyon pontos reagálást tesz lehetővé egy korábbi eseményre. Ez különösképpen igaz az 5…20 szervotengelyű, tipikus csomagológépeknél, mivel minden tengelynek szinkronizáltan kell futnia.

Milyen mértékben profitálhatnak a csomagológép-gyártó cégek a TwinCAT 3-ból?
A TwinCAT 3 jelentős előnyei közt említem az integrációt a Visual Studio®-szoftvercsomaggal, valamint a multi-core technológia és az objektumorientált programozás támogatását. A csomagológép-gyártók szempontjából különösen fontos a C/C++ és a Matlab®/Simulink® integrációja. A Matlab®/Simulink®-kel végzett korábbi szimulációkból kiderül, hogy az XTS által felhasználható vezérlő kód nagyon könnyen generálható. A magas szintű C-nyelv használatának lehetősége egy másik nagy előny a gépgyártók számára: a közvetlenül és könnyen alkalmazható speciális mozgatómodulokat gyakran C-ben írják meg.

A csomagológépek – különösen az egyre növekvő változatosságuk miatt – egyszerű kezelést igényelnek. Mi a szerepe ebben a modern multi-touch paneleknek?
A multi-touch technológia egyre inkább elfogadott a csomagolástech­nikai iparban. A Beckhoff – az egyik legszélesebb termékskálájával – optimális pozíciót foglal el ebben a piaci szegmensben. Az új CP2xxx- és CP3xxx-termékcsaládokba tartozó, 7…24” képátlójú kijelzővel robusztus alumíniumházba szerelt Irányítópanel és Panel PC-sorozatok igen alkalmasak az iparban. Kapacitív technológiájú (PCT) érintőképernyőjük nagy sűrűségű érintőpontjaik révén a pontos, biztonságos és problémamentes gépkezelést még vékony munkakesztyűben is lehetővé teszik. Az okostelefonok és érintőpadek népszerű funkciói, mint pl. a nagyítás, a görgetés vagy az objektumok forgatása, most már az ipari alkalmazásokban is rendelke­zésre állnak. Komoly innovációs potenciál rejlik az ötujjas érintés képességében az olyan automatizált megoldásoknál, amelyekhez kétkezes kezelés szükséges. Az új panelek, amelyek a Windows operációs rendszeren keresztül könnyen átalakíthatók egyérintéses panelekké, kiváló minőségükkel és optimalizált ár/teljesítmény arányukkal egyértelmű előnyöket kínálnak a hagyományos koncepciókhoz képest. Ki szeretném még emelni a Beckhoff új CP-Link 4 technológiával ellátott CP29xx-0010 és a CP39xx-0010 modelljeit: ez egykábeles technológia, amely a videojelet, az USB 2.0 adatokat és az energiát egyetlen szabványos CAT-7 kábelen keresztül továbbítja, jelentősen csökkentve az installációs költségeket.

Kimerítették már a multi-touch technológia innovációs potenciálját?
A csomagolási szektor csak most kezdi felismerni a multitouch-ban rejlő lehetőségeket, bár már van néhány innovatív úttörő ezen a területen. Például a németországi Reutlingenben működő Inotec, a hús- és kolbászfeldolgozó gépek specialistája megnyerte a „Húsipari Technológia Díjat” Frankfurt am Main-ban a 2013-as Iffa szakkiállításon. Ennek meghatározó tényezője a Beckhoff multi-touch paneljén alapuló kezelési koncepció volt, amely a termék biztonságosságát, az adatok naplózását és a „nyelvi semlegességet” oldotta meg magas színvonalon. Ez a gépi megjelenítés teljesen új típusa, amely könnyen érthető ikonokon alapul, és teljesen elveti a szöveges információkat. Az intuitív interfész minimalizálja a kezelőszemélyzet képzésére fordított erőforrásokat. A kezelőfelület az egyes kezelők felismeréséhez és hozzáférési jogaik érvényesítéséhez arc- és vonalkód felismerésére szolgáló integrált webkamerát is magában foglal. Mindezek egy új technológiai trend irányába mutatnak, amelyet a multitouch panel és az ipari PC-technológiánk már támogat. A kiegészítő képfeldolgozást nagyteljesítményű, többmagos ipari PC-vel lehet megvalósítani, amelyben a képfeldolgozás és a megjelenítés az egyik magon, az irányítás és a mozgásvezérlés pedig egy másikon fut.

Az XTS-sel a Beckhoff még inkább igazi úttörőként jelenik meg a mozgásvezérlés területén. Milyen különleges jellemzőket kínál az önök hajtástechnikai portfóliója a csomagolóiparnak?
A csomagolóipart nagymértékben érinti a hajtástechnika, amelyben kiválóak a pozícióink, a megoldások széles skáláját kínáljuk nagyteljesítményű szervomotorokkal. Kettőt emelnék ki közülük a Beckhoff mozgásvezérlési tapasztalatainak illusztrálására: az EL7201 jelű szervomotor terminált és az egykábeles technológiát (One Cable Technology – OCT). Az EL7201 teljes szervohajtást foglal magában legfeljebb 200 wattos szervomotor számára egy szabványos 12 mm széles terminálházban: kis helyigényű megoldás dinamikus pozicionálási feladatokhoz. A megoldás nemcsak a helyigényt és a költséget csökkenti, hanem jelentősen egyszerűsíti a kábelezést és a telepítést is. A kábelezésről szólva: az EL7201–0010 szervomotor terminálváltozata támogatja az innovatív OCT-t is, amely az energiaellátó és a visszacsatolási rendszereket egy szabványos motorkábelben egyesíti. Mivel a motoron és a vezérlőoldalon levő kábelek és csatlakozók elhagyhatók, az anyag- és telepítési költségek jelentősen csökkennek. Az AM8000 sorozat nagyon dinamikus szervomotorjai OCT-lehe­tőséget is kínálnak, és elektronikus adattáblájukkal is hozzájárulnak a könnyebb telepítéshez. Megemlítem még a kiegészítő AM8100-as sorozatot a szervomotor-terminálon keresztül történő üzemhez,
a nagyobb nyomatékú AM8500-sorozatot, és a saválló acélból készült AM8800 „higiénikus konstrukciót”.

Mely termékek tartoznak a „higiénikus konstrukció” portfólióba?
„Higiénikus konstrukció” portfóliónkban hézagmentes, saválló acél burkolatú, általános irányítási megoldásokat kínálunk, amelyek megfelelnek a szigorú higiénés és „tisztaszoba” követelményeknek. A CP62xx, CP66xx és CP69xx, valamint a CP77xx és CP79xx Irányítópanel- és Panel PC-sorozatok különösen alkalmasak kijelzőkben és irányítástechnikai eszközökben való alkalmazásra, IP65-védettséggel. A hajtástechnika területén megtalálható a már említett AM8800 szervomotor-sorozat, amely IP69K védelmi besorolású, és EHEDG I. osztályú tanúsítványa is van. Ezt egészíti ki az AG2800-sorozatú, saválló acélból készült bolygókerekes hajtómű, ami a higiénikus konstrukció kategóriában teljes hajtási megoldást jelent. Végül a dobozba szerelt EQxxxx-sorozatú EtherCAT-modulokat is elláttuk saválló acél házakkal, amelyek ideálisak az I/O-infrastruktúra felépítésére nagy igénybevételt jelentő környezetekben. Ezek is az IP69K védelmi besorolásnak felelnek meg, és kiválóan egészítik ki a Beckhoff higiénikus konstrukció portfólióját.

További információk: www.beckhoff.hu/packaging

BECKHOFF Automation Kft.
1097 Budapest, Gubacsi út 6.
Tel: +36-1-501-9940, fax: +36-1-501-9941
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.beckhoff.hu