IO-Linkによって再定義された制御アーキテクチャ
I/Oと安全性のオールインワンソリューションで、総合的な設備効率（OEE）を向上
産業食品および包装業界お客様CPパッケージング社
ウィスコンシン州アップルトンにある CP Packaging 社は、主に食品業界向けに横型の成形・充填・シール機を製造しています。同社は Balluff の IO-Link 制御アーキテクチャを同社の VisionPak™ 真空包装機に統合し、Balluff の安全ソリューションとシステム内のアナログおよびデジタルデバイスの効率的な取り扱いと設定という付加的なメリットを享受しています。
製造業が効率と成長を高めるために、モノのインターネット（IIoT）技術などのスマートファクトリーコンセプトの導入に努める中、安全ソリューションを念頭に置くことは極めて重要です。IO-Link を介した安全ソリューションは、自動化と安全性を組み合わせ、従業員と資産を保護しながら、より効率的な生産を可能にします。
ウィスコンシン州アップルトンにある革新的な横型真空包装機の OEM メーカー CP Packaging 社のエンジニアリング・マネージャ Ryan Hartter 氏は、VisionPak マシンの安全システムのソリューションを探していたとき、安全システムを構成、制御、監視するツールが必要であることを知っていました。
Hartter 氏は、以前使用していた安全ソリューションのサポートが終了することを知り、安全ソリューションを探し始めました。そして Balluff に、より堅牢で価値のある安全ソリューションを見出したのです。Balluff は信頼性が高く堅牢な産業用センシング、ネットワーキング、および産業用識別製品の提供を専門とし、ダウンタイムの防止、エラーの排除、オートメーションの革新に取り組んでいます。CP Packaging 社は Balluff の IO-Link セーフティハブモジュールが有利で価値あるセーフティソリューションであることを知りました。VisionPak 機械では、Balluff の IO-Link 制御アーキテクチャが機能性と柔軟性を向上させました。
Balluff は、CP Packaging がすでに開発していた既存の安全対応 Profibus ネットワークアーキテクチャに、デジタルおよびアナログ I/O と安全ソリューションを提供しました。このソリューションはケーブル配線を削減し、設定を容易にし、すべての安全関連データをリアルタイムでフィードバックします。これにより、CP Packaging社は、安全エラーの原因と正確な理由を、より適切にユーザーに知らせることができます。
CP Packaging 社が安全機能と性能の価値を認識した後、Balluff 製品を機械に統合する全体的なメリットを容易に理解することができました。Balluff IO-Link ソリューションとデバイスインターフェースツールを VisionPak 機械に使用することで、コスト削減、労力軽減、そしてインダストリー 4.0 に必要な要素である診断機能の向上が実現します。
VisionPak マシンでは、リモート I/O は Balluff IO-Link モジュール（16 デジタル入出力を備えた設定可能なモジュール）を介してルーティングされます。さらに、設定可能なアナログ入力モジュールは RTD（測温抵抗体）と熱電対の入力に使用されます。これらのモジュールにより、CP Packagingは8つのポートそれぞれを設定することができます。
現在、0-10 VDC入力、4-20 mA入力、PT100 RTD入力の3種類が使用されており、すべて同じ8ポートモジュールに搭載されています。アナログ入力モジュールは、優れた柔軟性、貴重なランタイムデータ情報、CP Packagingのエンジニアがアプリケーションの他の部分に使用できる簡単な情報を提供する。
Hartter 氏によれば、Balluff IO-Link 経由でアナログデバイスを接続するもう 1 つの利点は、回路とデバイス、特に 277V ヒータに使用される RTD を絶縁できることです。高湿度環境では、このシステムの大きな利点はエラーの原因を最小化または局所化できることです。RTD を IO-Link アナログモジュールに移動することで、PLC シャーシのアナログモジュールが不要になりました。CP Packaging の以前のネットワークアーキテクチャでは、PLC バックプレーン内の高価な再プログラムされたアナログ IO モジュールを、短絡が発生した場合に交換しなければなりませんでした。交換後、モジュールはサードパーティのソフトウェアで再設定する必要がありました。さらに深刻なケースでは、短絡が PLC バックプレーンにまで広がり、部品交換の必要性やプログラミングの増加、その他のさまざまな問題により、さらなるダウンタイムが発生する可能性がありました。
今日、Balluff の設定可能なアナログ IO-Link モジュールにより、RTD デバイスを制御盤内ではなく機械に搭載された IO ブロックに接続することができます。これにより、CP Packaging はデバイスと各ポートの短絡保護機能を備えています。この保護は、短絡がそのポートにのみ影響するという点で価値があります。短絡によってマスター・ブロックやバックプレーン上の他のデバイスが無効になることはありません。これにより、ネットワーク全体が保護され、計画外のダウンタイムが減少します。ブロックとデバイスのコンフィギュレーションは、PLCを介して行われます。
この新しい構成により、アナログの観点からデバイスの接続が簡素化されました。CP Packaging では、アナログ IO-Link モジュールからデバイスに直接接続する標準 4 線デバイスケーブルのみを使用するようになり、配線にかかる時間、コスト、エラーを最小限に抑えることができます。PLC の観点からは、アナログデバイスに標準 4 線ケーブルを使用することは、スケーリング（電流値を温度値に変換すること）が必ずしも必要でないことを意味します。
IO-Link は値をモニタし、ブラウザのインタフェースページに表示します。IODD (IO Device Description) ファイルをマスタにロードすることで、プロセスデータを読み込むことができます。VisionPakマシンは、カウンタ値とは対照的に、0-10 VDC基準電圧をウェブページで設定されたパラメータとして受け取ります。システムは摂氏で温度データを提供し、ミリアンペアでの電圧は人間が読める単位でデータを表示するために使用されます。
VisionPakマシンのメンテナンスと診断では、意味のある単位でのアナログフィードバックにより、メンテナンス担当者が理解しやすくなります。もう一つの利点は、メンテナンス担当者がネットワークに接続して、モジュール自身が提供する情報にアクセスできることです。IO-Link マスタブラウザインタフェースページを介して、PLC プログラムを中断したり、HMI ソフトウェアをロードすることなく、PLC の外部データだけでなくすべての情報を受信できます。これを HMI に表示するだけです。これは、より良い準備ができ、サービス時間を短縮できることを意味します。
この新しいシームレス IO コンフィギュレーション（アナログとデジタルの両方のデバイスに対応）のおかげで、スタートアップ時間が数日から数時間に短縮されました。CP Packagingのアナログ機器では、オペレータは直接HMIにアクセスすることができ、機器を交換する際には、オペレータはボタンを押すだけで、設定が機器に直接ロードされます。
CP Packaging のデジタルデバイスでは、この設定は IO-Link マスタを介して完全に転送されます。Hartter 社では、大規模な配線のやり直しをすることなく、標準的なプラグアンドプレイデジタルデバイスを簡単に追加したり取り外したりすることができ、これらの標準的なデバイスに対してポートレベルの診断機能を備えています。新しいプラグアンドプレイデバイスは、接続されると自動的に登録されます。Balluff は CP Packaging 社の省スペース化を支援し、機械エリアをよりクリアでアクセスしやすいものにすることができました。
Balluff のソリューションは明らかに CP Packaging に劇的な効果をもたらしました。もともと同社は、VisionPak マシンの安全システムの制御、設定、監視のみを望んでいましたが、Balluff と提携することで、制御アーキテクチャを簡素化し、VisionPak マシンのアナログおよびデジタルデバイスをより効率的に管理、設定できるようになりました。
さらに、CP Packaging はさらなるメリットを実現しました：
- 生産エリアを拡張することなく、同じリソースで生産量を増加
- 計画的・非計画的ダウンタイムの削減による設備全体の効率向上
- エンドユーザーの機械メンテナンスコストの削減
製品について
VisionPakマシン