Arquitectura de control redefinida gracias a IO-Link
Una solución todo en uno para E/S y seguridad aumenta la eficacia general del equipo (OEE).
Industria:Industria alimentaria y de embalaje |Cliente:Embalaje CP
CP Packaging, con sede en Appleton, Wisconsin, fabrica máquinas horizontales de formado, llenado y sellado, principalmente para la industria alimentaria. La empresa ha integrado la arquitectura de control IO-Link de Balluff en sus máquinas de envasado al vacío VisionPak™ y ahora se beneficia de las ventajas adicionales de la solución de seguridad de Balluff, así como del manejo y la configuración eficientes de dispositivos analógicos y digitales dentro del sistema.
A medida que los fabricantes se esfuerzan por implementar conceptos de fábrica inteligente, como las tecnologías del Internet Industrial de las Cosas (IIoT), para aumentar la eficiencia y el crecimiento, es crucial que tengan en cuenta las soluciones de seguridad. Las soluciones de seguridad a través de IO-Link combinan automatización y seguridad para permitir una producción más eficiente, a la vez que protegen a los empleados y los equipos.
Cuando Ryan Hartter, director técnico de CP Packaging, un fabricante OEM de innovadores sistemas de envasado al vacío horizontal en Appleton, Wisconsin, buscaba soluciones para el sistema de seguridad de sus máquinas VisionPak, sabía que necesitaba herramientas para configurar, controlar y monitorear el sistema de seguridad.
Hartter comenzó a buscar una solución de seguridad tras enterarse de que su solución actual ya no recibiría soporte. Encontró una solución más robusta y valiosa en Balluff. Balluff se especializa en el suministro de productos fiables y robustos para detección, redes e identificación industrial, con el fin de prevenir tiempos de inactividad, eliminar errores e innovar en la automatización para sus clientes. CP Packaging encontró una solución de seguridad ventajosa y valiosa en el módulo de seguridad IO-Link de Balluff. Para las máquinas VisionPak, la arquitectura de control IO-Link de Balluff ofreció mayor funcionalidad y flexibilidad.
Balluff suministró E/S digitales y analógicas, así como soluciones de seguridad, para la arquitectura de red Profibus con seguridad existente que CP Packaging ya había desarrollado, lo que representa una ventaja significativa para CP Packaging. Esta solución reduce el cableado, es más fácil de configurar y proporciona información en tiempo real sobre todos los datos relevantes para la seguridad. Como resultado, CP Packaging puede informar mejor al usuario sobre la causa y el motivo preciso de un fallo de seguridad.
Una vez que CP Packaging reconoció el valor de las características y capacidades de seguridad, fue fácil ver los beneficios generales de integrar los productos Balluff en sus máquinas. El uso de la solución Balluff IO-Link y las herramientas de interfaz de dispositivos en la máquina VisionPak reduce costos, minimiza la mano de obra y proporciona diagnósticos mejorados, un componente necesario para la Industria 4.0. Además, sus capacidades pueden extenderse fácilmente a todo el almacén.
En la máquina VisionPak, la E/S remota se enruta mediante módulos IO-Link de Balluff, módulos configurables con 16 entradas/salidas digitales. Además, el módulo de entrada analógica configurable se utiliza para las entradas de RTD (dispositivo de temperatura de resistencia) y termopar. Estos módulos permiten a CP Packaging configurar cada uno de los 8 puertos.
Actualmente, se utilizan tres tipos: entrada de 0-10 VCC, entrada de 4-20 mA y entrada RTD PT100, todas en el mismo módulo de 8 puertos. El módulo de entrada analógica ofrece gran flexibilidad, valiosa información sobre datos de tiempo de ejecución e información fácilmente disponible que los ingenieros de CP Packaging pueden usar para otras partes de la aplicación, sin tener que agregar varios dispositivos para procesar tres tipos de datos diferentes.
Según Hartter, otra ventaja de conectar dispositivos analógicos mediante Balluff IO-Link es el aislamiento de circuitos y dispositivos, especialmente con los RTD utilizados para calentadores de 277 V. En entornos con alta humedad, la capacidad del sistema para minimizar o localizar posibles fuentes de fallos es una ventaja significativa. Al reubicar los RTD en el módulo analógico IO-Link, este ya no es necesario en el chasis del PLC. Con la arquitectura de red anterior de CP Packaging, un cortocircuito obligaba a reemplazar un costoso módulo de E/S analógicas reprogramado en la placa base del PLC. Tras el reemplazo, el módulo debía reconfigurarse con software de terceros. En casos más graves, un cortocircuito podía propagarse a la placa base del PLC, lo que provocaba tiempos de inactividad adicionales debido a la necesidad de reemplazar piezas, un mayor esfuerzo de programación o una serie de otros problemas.
Actualmente, los módulos IO-Link analógicos configurables de Balluff permiten conectar dispositivos RTD al bloque de E/S, que se monta en la máquina en lugar de en el armario de control. Esto proporciona a CP Packaging protección contra cortocircuitos tanto para el dispositivo como para cada puerto. Esta protección es valiosa porque un cortocircuito solo afecta al puerto afectado. Un cortocircuito no desactiva el bloque maestro ni otros dispositivos en la placa base. Esto protege toda la red y reduce las paradas imprevistas. El bloque y el dispositivo se configuran mediante el PLC.
Esta nueva configuración ha simplificado la conexión de dispositivos desde una perspectiva analógica. CP Packaging ahora utiliza exclusivamente cables estándar de 4 hilos que conectan directamente el módulo IO-Link analógico con los dispositivos, lo que minimiza el tiempo, los costes y los errores de cableado. Desde la perspectiva del PLC, el uso de un cable estándar de 4 hilos para los dispositivos analógicos significa que el escalado (es decir, la conversión de valores de corriente a temperatura) no siempre es necesario.
IO-Link monitoriza los valores y los muestra en la interfaz del navegador. Los datos de proceso se pueden leer cargando el archivo IODD (Descripción del Dispositivo IO) al maestro; de lo contrario, se mostrarían en formato hexadecimal. El equipo VisionPak recibe la tensión de referencia de 0-10 VCC como parámetro configurado en la página web, en lugar de un valor de conteo arbitrario. El sistema proporciona datos de temperatura en grados Celsius, mientras que la tensión se muestra en miliamperios para presentar los datos en unidades legibles.
Para el mantenimiento y diagnóstico de la máquina VisionPak, la retroalimentación analógica en unidades significativas facilita la comprensión de los datos por parte del personal de mantenimiento. Otra ventaja es que el personal de mantenimiento puede conectarse a la red para acceder a la información proporcionada por los propios módulos. A través de la interfaz del navegador maestro IO-Link, reciben toda la información y los datos externos al PLC sin tener que interrumpir el programa del PLC ni cargar el software HMI. Simplemente pueden visualizar esta información en la HMI. Esto les permite estar mejor preparados y reduce sus tiempos de servicio.
Gracias a esta nueva configuración de E/S integrada, tanto para dispositivos analógicos como digitales, los tiempos de arranque se han reducido de días a horas. Con los dispositivos analógicos de CP Packaging, el operador puede acceder directamente a la HMI y, al reemplazar un dispositivo, basta con pulsar un botón para que la configuración se cargue directamente en el dispositivo.
Con los dispositivos digitales de CP Packaging, esta configuración se transmite íntegramente a través de los maestros IO-Link. Hartter puede añadir y retirar fácilmente dispositivos digitales plug-and-play estándar sin necesidad de un cableado complejo y ofrece diagnósticos a nivel de puerto para estos dispositivos estándar. Un nuevo dispositivo plug-and-play se registra automáticamente al conectarse. Balluff ayudó a CP Packaging a ahorrar espacio y a que las áreas de máquinas estuvieran más organizadas y fueran más accesibles.
Las soluciones de Balluff tuvieron un efecto claramente positivo en CP Packaging. Inicialmente, la empresa simplemente buscaba controlar, configurar y supervisar su sistema de seguridad en sus máquinas VisionPak, pero gracias a la colaboración con Balluff, logró simplificar su arquitectura de control y gestionar y configurar dispositivos analógicos y digitales en las máquinas VisionPak de forma más eficiente.
Además, CP Packaging consiguió ventajas adicionales:
- mayores volúmenes de producción con los mismos recursos y sin ampliar el área de producción
- Mayor eficiencia general de la planta mediante la reducción del tiempo de inactividad planificado y no planificado.
- Reducir los costes de mantenimiento de las máquinas para los usuarios finales
Respecto a los productos:
Máquina VisionPak