Řízení na bázi PC posiluje výrobu sterilních odběrových sáčků

Strojní linky MM ve společnosti Labplas využívají mnoho automatizačních a řídicích řešení od společnosti Beckhoff. Obrázky poskytla společnost Beckhoff Strojní linky MM ve společnosti Labplas využívají mnoho automatizačních a řídicích řešení od společnosti Beckhoff. Obrázky poskytla společnost Beckhoff

Společnost Labplas doplnila do svých zakázkových výrobních strojů EtherCAT, robotiku a umělou inteligenci pro kontrolu kvality, zajistila si návratnost investice pro všechny tyto modernizace do jednoho roku a zaznamenala zvýšení produktivity stroje o 15 až 35 %. Umělá inteligence (AI) pomáhá.

U aseptického vzorkování je zásadní dbát na standardy kvality a flexibilitu výroby. Sáčky na odběr vzorků musejí přenášet houbičky pro odběr vzorků, potraviny, léčiva nebo organické látky nejrůznějších velikostí za účelem testování v laboratořích a chránit je před kontaminací, aby byla zajištěna bezpečnost uživatelů.

Společnost Labplas ve svém výrobním závodě v Montrealu navrhuje, vyrábí a zavádí špičkové technologie. Zakázková strojní linka vytváří zakázkové produkty zahrnující sáčky široké 3 až 33 palců z různých materiálů s malým počtem přebudování stroje. Nejde tedy jen o standardní velikosti sáčků a souprav pro odběr vzorků.

„Neustále zdokonalujeme naše systémy pomocí automatizace, abychom dosáhli ještě vyššího objemu výroby a zároveň si zachovali naši agilitu,“ uvedl Benoit Brouillette, generální ředitel společnosti Labplas.

Společnost sídlí v Sainte-Julie v Quebecu a prostřednictvím sítě nezávislých distributorů ve zhruba 55 zemích obsluhuje zákazníky mimo jiné v potravinářském, zemědělském, ekologickém, veterinárním a farmaceutickém průmyslu. Mezi produkty patří sterilní sáčky na odběr vzorků, sady testovacích tyčinek, sáčky pro potravinářský průmysl a ekologické, biologicky rozložitelné sáčky. Společnost se v posledních letech rozšířila o mikrobiologickou laboratoř, která slouží k výzkumu a vývoji a k zajištění kvality a shody výrobků při spolehlivém odběru vzorků, ačkoli její hlavní technologické inovace spočívají v automatizaci a kontrole.

Řada strojů MM prošla od uvedení prvního stroje do provozu před dvaceti lety až po dnešních 24 výrobních linek společnosti mnoha obměnami. Podle Christiana Fontaina, vedoucího oddělení výzkumu a vývoje společnosti Labplas, při nedávném přepracování několika linek MM zavedlo technické oddělení další robotiku a kamery GigE, aby zvýšilo objem výroby a opakovatelnost, a v současné době zavádí umělou inteligenci (AI) pro lepší kontrolu kvality. Pro společnost Labplas je při jakékoli modernizaci klíčové pečlivě zvážit řídicí platformu až na úroveň komponent.

„Aby linky MM zůstaly dostatečně univerzální pro výrobu zakázkových produktů, musejí si udržet vysokou úroveň složitosti. Pokud nemůžete důvěřovat každé části svého stroje, není možné důvěřovat konečným výsledkům,“ tvrdí Fontaine.

CTL2102 MAG2 F2 AI ML Beckhoff Labplas 04Použití softwaru TwinCAT Kinematic Transformation s vychystávacími roboty Codian spolu s dalšími vylepšeními umožnilo šestkrát rychlejší vkládání odběrových nástrojů

Spolehlivost odběru vzorků, použití otevřených technologií

Technický tým upřednostnil otevřenost systému, která je nezbytná pro zintenzivnění sběru dat a integraci komponent a softwaru třetích stran v reálném čase. Společnost Labplas chtěla například modernizovat svou montážní technologii, aby mohla pomocí robotického ramene formovat odběrové sáčky a vkládat příslušenství pro odběr vzorků, jako jsou houbičky, hadříky, lžičky nebo nůžky. Dříve obsluha ručně vkládala houbičky a dávala soupravy do hotových otevřených sáčků. Pro dosažení modernizace konstrukce linky MM zvažovala společnost Labplas různá partnerství v oblasti tváření, plnění a uzavírání a navrhla způsob integrace tohoto zařízení se šestiosým robotem.

Všechny komponenty musely spolupracovat v reálném čase bez problémů s komunikací mezi jednotlivými dodavateli a zároveň shromažďovat a ukládat data na firemních serverech nebo vyhrazeném výpočetním hardwaru pro účely tvorby přehledů a zdokonalování procesů.

Kromě toho se očekávalo, že přepracování linky MM poslouží jako model pro budoucí zlepšení v celém závodě, aby se zvýšil objem výroby a usnadnil se pohyb operátorů a pracovníků údržby mezi jednotlivými linkami. „Naším cílem je vyvinout standardizovaný systém, v němž budou automatizační zařízení a stroje co nejvíce fixní, i když máme velmi univerzální linky se stroji schopnými vyrábět více než 1 000 různých typů výrobků,“ představil svou vizi Brouillette

Protože tradiční programovatelné automaty (PLC) od předchozího dodavatele nedokázaly plnit požadavky robotiky, natož umělé inteligence, začala společnost Labplas v roce 2015 hledat nová partnerství. Tým techniků označil za nejlepší přístup ovládání na bázi PC.

Automatizační a řídicí technologie spolu se službami s přidanou hodnotou se staly součástí procesů a strojů.

Robotika a software posilují výrobu

Nové konstrukce strojů zahrnovaly několik řídicích řešení na bázi PC, hardware pro polohování a univerzální automatizační software s kinematikou. Společnost Labplas použila roboty na 15 linkách a roboty pro vychystávání; další pohybové osy jsou vybaveny servomotory řízenými servopohony EtherCAT. Vysoce výkonné synchronní servomotory mají velmi nízkou setrvačnost rotoru a velmi vysokou přetížitelnost pro dynamické aplikace. K pohonům se připojují jednokabelovým řešením, které kombinací napájení a zpětné vazby snižuje nároky na kabeláž. Servopohony jsou vybaveny rychlými řídicími algoritmy s minimální dobou řízení proudu, rychlosti a polohy 62,5 μs. „Servopohony musejí servomotorům dodávat neuvěřitelnou přesnost a zrychlení, zejména u delta robotů,“ připomíná Fontaine.

Použita byla také integrovaná karta funkčního bezpečnostního pohonu s vestavěnou funkcí bezpečného vypnutí točivého momentu (STO) a bezpečného zastavení 1 (SS1) s možností přidání bezpečnostního hardwaru I/O s programováním pomocí standardního automatizačního softwaru.

Kromě bezpečnosti slouží tento automatizační software jako univerzální softwarová platforma pro PLC, polohování a další požadavky výrobních linek MM. Softwarové doplňky pro kinematickou transformaci umožňují navrhovat a uvádět do provozu různé typy robotů, včetně vychystávacích robotů typu delta.

„Díky kinematické transformaci je možný vysoce přesný pohyb i při vysokých rychlostech a zrychleních pomocí integrovaného dynamického předběžného řízení. Sada automatizačního softwaru umožňuje řídit roboty a strojní linku v reálném čase,“ uvedl Ted Sarazin, regionální manažer prodeje společnosti Beckhoff Automation.

„Software podporuje programování v mnoha jazycích současně, například od IEC 61131-3 s objektově orientovanými rozšířeními až po jazyky C, takže pro každou aplikaci můžeme použít vhodný jazyk,“ dodal Fontaine. Možnost bezplatného vyzkoušení pomáhá definovat potřeby designu a snižuje riziko před nákupem.

CTL2102 MAG2 F2 AI ML Beckhoff Labplas 07Servopohony Beckhoff AM8000 poskytují robotům Codian vynikající odezvu

Netradiční pohled na průmyslový hardware

Pro zvýšení flexibility a opakovatelnosti se strojní linky MM opírají o řadu dalších řídicích řešení. Technici a operátoři komunikují se stroji MM prostřednictvím vestavěných širokoúhlých panelů, které poskytují vícedotykový zobrazovací hardware s krytím IP65 na straně směřující ven. Jednokabelové propojení v sobě kombinuje napájení, signál USB 3.0 a signál DVI pro ovládací panely vzdálené až 100 m od řídicí jednotky stroje na bázi PC.

Hlavní řídicí jednotkou stroje pro pokročilé linky MM je vestavný počítač na liště DIN. Tato řídicí jednotka na bázi PC je vybavena dvoujádrovým procesorem, který umožňuje automatizovat výrobu odběrových produktů pomocí univerzálního automatizačního softwaru.

„Tyto počítače průmyslové třídy řídí veškerá automatizovaná zařízení, včetně servopohonů, senzorů atd., na strojních linkách MM. Například u varianty MM9 musí malý vestavěný řídicí systém poskytovat výpočetní výkon potřebný k řízení našeho komplexního stroje se sedmi osami pohybu spolu s jedním pětiosým a dvěma tříosými roboty Delta a stále mít k dispozici šířku pásma procesoru pro monitorování kvality a případný samoopravný software,“ objasňuje proces fungování Fontaine.

Vestavné počítače rovněž poskytují instalační a výpočetní výkon pro software třetích stran, který běží v prostředí Microsoft Windows. To zahrnuje i vlastní implementaci umělé inteligence provedenou společností Labplas pro kontrolu kvality.

„Nástroje umělé inteligence nasazujeme na linkách na výrobu sáčků hlavně kvůli autonomnímu odhalování a zpracování vad na výrobcích a k předvídání kvality pomocí sledování stavu zařízení na základě dat z motorů, senzorů a kamer,“ pokračuje Brouillette, „a to by nebylo možné bez značného výpočetního výkonu.“

EtherCAT dále zvyšuje otevřenost systému a poskytuje síťová a I/O řešení v reálném čase pro strojní linku MM. Fontaine vysvětluje, že terminály I/O na liště DIN se připojují k vestavným počítačům a jsou rozmístěny s ohledem na připojení k senzorům, ventilům, terminálovým kartám, polovodičovým relé (SSR) a dalším zařízením na strojích MM:

„Jedním ethernetovým kabelem můžeme díky protokolu EtherCAT přenášet informace mezi komponentami vyšší rychlostí, než je doba cyklu řídicí jednotky, a to včetně bezpečnostních funkcí.“

Otevření cesty k budoucí produktivitě a flexibilitě

Zavedením otevřených řešení na bázi PC dosáhla každá modernizovaná linka Labplas návratnosti investice (ROI) za méně než jeden rok. Zvýšila se také flexibilita strojů MM, které nyní mohou vyrábět více velikostí s menším počtem přestaveb stroje, a využití umělé inteligence a robotiky přispívá k rychlému provádění procesů v nejvyšší kvalitě.

„Díky provádění kontroly kvality pomocí umělé inteligence přímo na stroji se může obsluha soustředit spíše na dodávku materiálu a balení výrobků než na kontrolu kvality. Umožňuje nám to také provádět prediktivní údržbu a řešit případné problémy se zařízením a procesem dříve, než zastaví výrobu,“ poznamenal Brouillette.

Kromě zvýšení kvality společnost Labplas také zvýšila objem výroby všech velikostí odběrových sáčků a na předělaných strojích MM dosáhla průměrného zvýšení produktivity o 25 %. „Se zvětšujícími se rozměry sáčků nárůst efektivity mírně klesá, proto jsme dosáhli v průměru 15% produktivity u sáčků širších než 10 palců a až 35% produktivity u menších formátů.“ Kromě toho je nyní vkládání odběrových souprav do zařízení MM8 šestkrát rychlejší díky přidání robotů a dalším provedeným modernizacím.

Fontaine a jeho tým navrhli, zkonstruovali a implementovali stroje s robotikou s využitím interních zdrojů, se zaškolením a s technickou pomocí od aplikačních techniků a odborníků podpory.

James Figy, hlavní obsahový specialista, Beckhoff Automation LLC. Upravil Chris Vavra, ředitel pro webový obsah časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com