Steuerungsarchitektur neu definiert – dank IO-Link
All-in-One-Lösung für E/A und Sicherheit steigert die Gesamtanlageneffektivität (OEE)
Industrie: Lebensmittel- und Verpackungsindustrie | Kunde: CP Packaging
CP Packaging in Appleton, Wisconsin, produziert horizontale Form-, Füll- und Verschließmaschinen vor allem für die Lebensmittelindustrie. Das Unternehmen hat die IO-Link-Steuerungsarchitektur von Balluff in seine VisionPak™-Vakuumverpackungsmaschinen integriert und profitiert nun von den zusätzlichen Vorteilen der Sicherheitslösung von Balluff sowie der effizienten Handhabung und Konfiguration analoger und digitaler Geräte im System.
Da Hersteller bestrebt sind, Smart-Factory-Konzepte wie Technologien des Industrial Internets of Things (IIoT) zu implementieren, um Effizienz und Wachstum zu steigern, ist es von entscheidender Bedeutung, dass sie Sicherheitslösungen im Blick behalten. Sicherheitslösungen über IO-Link kombinieren Automatisierung und Sicherheit, um eine effizientere Produktion zu ermöglichen und gleichzeitig Mitarbeiter und Anlagen zu schützen.
Als Ryan Hartter, technischer Leiter bei CP Packaging, einem OEM-Hersteller innovativer horizontaler Vakuumverpackungsanlagen in Appleton, Wisconsin, nach Lösungen für das Sicherheitssystem seiner VisionPak-Maschinen suchte, war ihm klar, dass er Werkzeuge benötigte, mit denen er das Sicherheitssystem konfigurieren, steuern und überwachen konnte.
Hartter begann mit der Suche nach einer Sicherheitslösung, nachdem er erfahren hatte, dass seine bisherige Sicherheitslösung nicht mehr unterstützt werden würde. Bei Balluff fand er eine robustere und wertvollere Sicherheitslösung. Balluff ist auf die Lieferung zuverlässiger, robuster Produkte für die industrielle Sensorik, Vernetzung und industrielle Identifikation spezialisiert, um Ausfallzeiten zu vermeiden, Fehler zu beseitigen und die Automatisierung seiner Kunden zu innovieren. In dem IO-Link-Sicherheits-Hub-Modul von Balluff fand CP Packaging eine vorteilhafte und wertvolle Sicherheitslösung. Für die VisionPak-Maschinen bot die IO-Link-Steuerungsarchitektur von Balluff verbesserte Funktionalität und Flexibilität.
Balluff lieferte digitale und analoge E/A sowie Sicherheitslösungen für die bestehende sicherheitsfähige Profibus-Netzwerkarchitektur, die CP Packaging bereits entwickelt hatte – ein großer Vorteil für CP Packaging. Diese Lösung reduziert den Verkabelungsaufwand, ist einfacher zu konfigurieren und liefert Echtzeit-Feedback zu allen sicherheitsrelevanten Daten. Dadurch kann CP Packaging den Anwender besser über die Ursache und den genauen Grund eines Sicherheitsfehlers informieren.
Als CP Packaging den Wert der Sicherheitsfunktionen und -fähigkeiten erkannte, war es leicht, den Gesamtnutzen der Integration von Balluff-Produkten in die Maschinen zu erkennen. Der Einsatz der Balluff IO-Link-Lösung und der Geräteschnittstellentools auf der VisionPak-Maschine senkt die Kosten, reduziert den Arbeitsaufwand und bietet verbesserte Diagnosemöglichkeiten – eine notwendige Komponente für Industrie 4.0. Und ihre Fähigkeiten lassen sich leicht auf das gesamte Lager ausweiten.
Auf der VisionPak-Maschine wird die Remote-E/A über Balluff IO-Link-Module geleitet – konfigurierbare Module mit 16 digitalen Ein-/Ausgängen. Zusätzlich wird das konfigurierbare Analogeingangsmodul für die RTD- (Resistance Temperature Device) und Thermoelement-Eingänge verwendet. Diese Module ermöglichen es CP Packaging, jeden der 8 Ports zu konfigurieren.
Derzeit werden drei Typen verwendet: 0-10 VDC-Eingang, 4-20 mA-Eingang und PT100 RTD-Eingang, alle auf demselben 8-Port-Modul. Das analoge Eingangsmodul bietet große Flexibilität, wertvolle Informationen zu Laufzeitdaten und einfache Informationen, die die Ingenieure von CP Packaging für andere Teile der Anwendung nutzen können – und sie müssen nicht mehrere Geräte hinzufügen, um drei verschiedene Datentypen zu verarbeiten.
Laut Hartter besteht ein weiterer Vorteil der Verbindung analoger Geräte über Balluff IO-Link in der Isolierung von Schaltkreisen und Geräten, insbesondere bei den für 277-V-Heizungen verwendeten RTDs. In einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit ist es ein großer Vorteil des Systems, dass Fehlerquellen minimiert oder lokalisiert werden können. Durch die Verlagerung der RTDs auf das IO-Link-Analogmodul ist das Analogmodul im SPS-Chassis nicht mehr erforderlich. In der früheren Netzwerkarchitektur von CP Packaging musste bei einem Kurzschluss ein teures, neu programmiertes Analog-IO-Modul in der SPS-Backplane ausgetauscht werden. Nach dem Austausch musste das Modul dann mit Software von Drittanbietern neu konfiguriert werden. In schwerwiegenderen Fällen konnte ein Kurzschluss auf die SPS-Backplane übergreifen und zusätzliche Ausfallzeiten verursachen, da Teile ausgetauscht werden mussten, mehr Programmieraufwand erforderlich war oder eine Vielzahl anderer Probleme auftreten konnten.
Heute können mit den konfigurierbaren analogen IO-Link-Modulen von Balluff RTD-Geräte an den IO-Block angeschlossen werden, der an der Maschine statt im Schaltschrank montiert ist. Dies bietet CP Packaging einen Kurzschlussschutz am Gerät und auch an jedem Port. Dieser Schutz ist insofern wertvoll, als dass ein Kurzschluss nur diesen Port betrifft. Ein Kurzschluss deaktiviert weder den Master-Block noch andere Geräte auf der Backplane. Dies schützt das gesamte Netzwerk und reduziert ungeplante Ausfallzeiten. Die Konfiguration des Blocks und des Geräts wird über die SPS vorgenommen.
Diese neue Konfiguration hat die Verbindung von Geräten aus analoger Sicht vereinfacht. CP Packaging verwendet nun ausschließlich standardmäßige 4-adrige Gerätekabel, die direkt vom analogen IO-Link-Modul zu den Geräten führen, wodurch Verdrahtungszeit, Kosten und Fehler minimiert werden. Aus Sicht der SPS bedeutet die Verwendung eines standardmäßigen 4-adrigen Kabels für die analogen Geräte, dass eine Skalierung – also die Umrechnung von Stromstärke in Temperaturwerte – nicht unbedingt erforderlich ist.
IO-Link überwacht die Werte und zeigt sie auf der Browser-Schnittstellenseite an. Durch das Laden der IODD-Datei (IO Device Description) auf den Master können die Prozessdaten gelesen werden; andernfalls würden sie im Hexadezimalformat angezeigt. Die VisionPak-Maschine empfängt die Referenzspannung von 0–10 VDC als Parameter, der auf der Webseite konfiguriert ist, im Gegensatz zu einem beliebigen Zählwert. Das System liefert Temperaturdaten in Celsius, während die Spannung in Milliampere verwendet wird, um die Daten in für Menschen lesbaren Einheiten anzuzeigen.
Für die Wartung und Diagnose der VisionPak-Maschine erleichtert die analoge Rückmeldung in aussagekräftigen Einheiten das Verständnis für das Wartungspersonal. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Wartungspersonal eine Verbindung zum Netzwerk herstellen kann, um auf die von den Modulen selbst bereitgestellten Informationen zuzugreifen. Über die IO-Link-Master-Browser-Schnittstellenseite erhalten sie alle Informationen sowie Daten, die außerhalb der SPS liegen, ohne das SPS-Programm unterbrechen oder die HMI-Software laden zu müssen. Sie können diese einfach auf der HMI anzeigen. Dadurch sind sie besser vorbereitet und können ihre Servicezeiten verkürzen.
Dank dieser neuen nahtlosen IO-Konfiguration – sowohl für analoge als auch für digitale Geräte – konnten die Startzeiten von Tagen auf Stunden reduziert werden. Bei den analogen Geräten von CP Packaging kann der Bediener direkt zur HMI gehen, und wenn ein Gerät ausgetauscht wird, kann der Bediener einen Knopf drücken, und die Konfiguration wird direkt auf das Gerät geladen.
Bei den digitalen Geräten von CP Packaging wird diese Konfiguration vollständig über die IO-Link-Master übertragen. Hartter kann Standard-Plug-and-Play-Digitalgeräte einfach hinzufügen und entfernen, ohne dass größere Neuverkabelungen erforderlich sind, und verfügt über eine Diagnose auf Port-Ebene für diese Standardgeräte. Ein neues Plug-and-Play-Gerät registriert sich automatisch, wenn es angeschlossen wird. Balluff konnte CP Packaging dabei helfen, Platz zu sparen und die Maschinenbereiche übersichtlicher und leichter zugänglich zu gestalten.
Die Lösungen von Balluff hatten eindeutig einen dramatisch positiven Effekt für CP Packaging. Ursprünglich wollte das Unternehmen lediglich sein Sicherheitssystem in seinen VisionPak-Maschinen steuern, konfigurieren und überwachen, aber durch die Partnerschaft mit Balluff konnte es seine Steuerungsarchitektur vereinfachen und analoge und digitale Geräte in den VisionPak-Maschinen effizienter handhaben und konfigurieren.
Darüber hinaus erzielte CP Packaging weitere Vorteile:
- höhere Produktionsmengen mit denselben Ressourcen und ohne Erweiterung der Produktionsfläche
- Steigerung der Gesamtanlageneffizienz durch Reduzierung geplanter und ungeplanter Ausfallzeiten
- Senkung der Wartungskosten für die Maschinen für die Endnutzer
Zu den Produkten:
VisionPak Machine