Rozproszone moduły IO-Link dla efektywnego wykorzystania przestrzeni produkcyjnej

Decentralizacja systemów automatyki przemysłowej to rozwijający się trend, szczególnie obecny w branży produkcyjnej. Zobacz, jak firma teamtechnik Polska wykorzystała tę ideę by zrealizować projekt linii montażowej dla modułu hydrauliki hybrydowej automatycznej skrzyni biegów.

Podstawą innowacji w przypadku klienta firmy teamtechnik było zastosowanie komponentów IO-Link Ballulff do zbierania sygnałów m.in. z czujników na maszynach oraz pulpitu operatorskiego. To rozwiązanie było odpowiedzią na potrzeby konstruktorów maszyn z dynamicznie rozwijającej się branży mobility, która wciąż poszukuje nowych sposobów na optymalizację procesów produkcyjnych.

Sytuacja zastana

Dotychczas w firmie współpracującej z teamtechnik Polska obsługa sygnałów na maszynie odbywała się za pośrednictwem pasywnych koncentratorów i wielożyłowych połączeń z modułami zainstalowanymi w szafkach sterowniczych na maszynie.

Na tej samej zasadzie zorganizowane były również pulpity operatorskie. Pracownicy obsługiwali przyciski panelu, które były podłączone do szafki sterowniczej maszyny przewodami wielożyłowymi. Tam też znajdował się zdecentralizowany układ z modułami pasywnymi wejść i wyjść. Do nich prowadzone były standardowe połączenia sygnałów z maszyny i panelu operatorskiego.

Stanowisko ze standardową szafą sterowniczą 600x600x300mm

Pulpit operatorski

Problem

Nowa linia wymagała zwiększenia ilości miejsca na maszynach ze względu na dodatkowe komponenty produkcyjne. Duża liczba elementów dostarczanych w pojemnikach KLT w połączeniu z grawitacyjnymi podajnikami rolkowymi to mniej miejsca m.in. na szafy sterownicze. Wyzwaniem było więc zminimalizowanie ich rozmiarów do zamontowania na stanowiskach produkcyjnych.

Zwiększona ilość komponentów, a co za tym idzie większa liczba kontroli przy zachowaniu gabarytów i ergonomii obsługi stanowiska nie pozwalała na klasyczne podejście z zachowaniem obecnych lub powiększonych szaf. Tak więc główną potrzebą było udostępnienie większej przestrzeni na stanowisku, którą można było uzyskać poprzez zaprojektowanie układu ze zminimalizowaną szafką terminalową i nowym układem sterowania na stanowisku.

Rozwiązanie

Pomysł, z którym wyszła firma teamtechnik Polska musiał dopasować się do specyfiki działania stacji manualnych, gdzie obecnie duża liczba komponentów pobieranych przez operatora i wiele pojemników KLT, w których transportowane są wszystkie komponenty do operatora. Taki system zajmuje sporo miejsca z tyłu stacji, gdzie zarządza się transportem pojemników i operacjami logistycznymi. Wykluczone jest więc zastosowanie większej szafy.

Rozwiązaniem okazało się wykorzystanie zdecentralizowanych rozwiązań Balluff z interfejsem IO-Link zarówno do zastosowania na maszynie, jak i w szafce panelu operatorskiego.

Zadaniem wprowadzanej innowacji było ograniczenie ilości okablowania prowadzonego do szaf, a co za tym idzie zmniejszenie szaf, czyli zamiana ich w szafki terminalowe. Zaoszczędzona przestrzeń pozwoliła na rozbudowę linii o nowe funkcjonalności niezbędne w procesie wytwarzania nowego, bardziej skomplikowanego produktu. Jak do tego doszło?

Celem działania była minimalizacja szaf, czyli wyjście na maszynę ze zdecentralizowanym układem poprzez zastosowanie modułów IO-Link Balluff. Zmianie uległo także sterowanie panelem operatorskim – wspomniane przyciski, które wcześniej były łączone przewodami wielożyłowymi z szafą sterowniczą, obecnie zostały również wpięte w sieć IO-Link.

Z zagadnieniem sterowania teamtechnik Polska poradziła sobie, wprowadzając do szafki sterowniczej moduły rozproszone IO-Linka Balluff o IP20. Dzięki temu udało się dziesięciokrotnie pomniejszyć szafkę, która finalnie osiągnęła wymiary 300x400x120mm. Po wprowadzeniu innowacji, zawiera ona tylko terminale służące do zasilania na maszynie i zbierające pojedyncze sygnały z maszyny.

Tego rodzaju projekt świetnie pokazuje, jakie korzyści zapewnia podejście do budowy maszyn w sposób rozproszony. Wówczas sygnały zbierane są tam, gdzie powstają – bez potrzeby wysyłania ich do centralnej szafy. Wciąż możemy mówić w tym wypadku o rozwiązaniu nowoczesnym, podlegającym stopniowej popularyzacji. Ponadto pojawiające się nowe moduły i przetworniki sygnałów współpracujące z siecią IO-Link powodują, że kolejne firmy odnajdują sens w decentralizacji i w tę stronę zdaje się zmierzać Przemysł 4.0.

Jak to działa?

Zastosowane rozwiązanie obsługuje sygnały cyfrowe z przycisków i lampek panelu operatorskiego. Poprzez zastosowane moduły wejść/wyjść Balluff BNI004L oraz BNI004K przekazuje informacje za pośrednictwem protokołu IO-Link do mastera BNI00HL Balluff. Podobnie odbywa się gromadzenie sygnałów z czujników na maszynie, które poprzez moduły wejść/wyjść BNI003U również trafiają do modułu magistrali IO-Link BNI00HL.

Z powodzeniem zastosowano także konwertery sygnałów analogowych BNI0041, gdzie informacje z czujników analogowych zostały wprowadzone do masterów IO-Link. Kolejne elementy zastosowane w zdecentralizowanym układzie to BNI00C1, czyli konwertery sygnału RS232 na IO-Link wykorzystane do podłączenia skanerów kodów kreskowych, które są wykorzystywane na linii produkcyjnej do identyfikacji komponentów. Dla dopełnienia układu zastosowano kolumny sygnalizacyjne SmartLight BNI0072 z komunikacją IO-Link pozwalające na indywidualną konfigurację 5-ciu niezależnych segmentów świetlnych. W ten sposób zbieranie sygnałów na maszynie trafia do masterów magistrali IO-Link, a następnie sygnały te docierają do sterownika PLC za pośrednictwem komunikacji Profinet.

Sterownik PLC wykorzystuje komplet informacji z czujników, przycisków i skanerów podczas sekwencyjnej pracy maszyny sterując jej ruchami oraz sygnalizując status pracy kolumną świetlną. Tak więc wielorakość rozwiązań Balluff w systemie IO-Link pozwoliła na kompleksowe obsłużenie sygnałów bezpośrednio na maszynie.

Moduły Balluff BNI004L oraz BNI004K zmontowane w pulpicie operatorskim

Moduły Balluff BNI00HL zamontowane na maszynie

Z powodzeniem zastosowano także konwertery sygnałów analogowych BNI0041, gdzie informacje z czujników analogowych zostały wprowadzone do masterów IO-Link. Kolejne elementy zastosowane w zdecentralizowanym układzie to BNI00C1, czyli konwertery sygnału RS232 na IO-Link wykorzystane do podłączenia skanerów kodów kreskowych, które są wykorzystywane na linii produkcyjnej do identyfikacji komponentów. Dla dopełnienia układu zastosowano kolumny sygnalizacyjne SmartLight BNI0072 z komunikacją IO-Link pozwalające na indywidualną konfigurację 5-ciu niezależnych segmentów świetlnych. W ten sposób zbieranie sygnałów na maszynie trafia do masterów magistrali IO-Link, a następnie sygnały te docierają do sterownika PLC za pośrednictwem komunikacji Profinet.

Sterownik PLC wykorzystuje komplet informacji z czujników, przycisków i skanerów podczas sekwencyjnej pracy maszyny sterując jej ruchami oraz sygnalizując status pracy kolumną świetlną. Tak więc wielorakość rozwiązań Balluff w systemie IO-Link pozwoliła na kompleksowe obsłużenie sygnałów bezpośrednio na maszynie.

Korzyści dla Klienta

Zastosowanie rozwiązania zdecentralizowanych masterów, hubów, konwerterów i kolumn świetlnych Balluff IO-Link pozwoliło:

Nowe stanowisko montażowe z zastosowanymi modułami IO-Link Balluff oraz małą szafką terminalową

Największym sukcesem klienta jest w tym przypadku oszczędność miejsca na hali. Zastosowanie większych szaf wiązałoby się z koniecznością budowy maszyny w innym miejscu. Przestrzeń wyznaczona na budowę maszyny była ograniczona. Ze względu na ergonomię nie byłoby możliwe ułożenie dużej liczby komponentów na jednym stanowisku.

Pozbycie się dużej ilości okablowania to również korzyść ułatwionego serwisowania i wygodniejszej diagnostyki. Standardowe połączenia IO-Linkowe oznaczają gotowe przewody zamiast okablowania wielożyłowego. Zamiast poszukiwania przyczyny problemów z pomocą miernika w szafie sterowniczej, pracownicy mogą dotrzeć do źródła problemu za pomocą portów Ethernetowych i diagnozować problem wprost na danej maszynie. Przekłada się to wprost na krótsze przestoje w trakcie awarii.

Działanie firmy teamtechnik Polska zakładało dopasowanie rozwiązania do szczególnej sytuacji klienta polegającej na określonej powierzchni hali i specyficznej budowie linii produkcyjnej. Sukcesem okazało się zrozumienie problemu i dobranie komponentów w taki sposób, by móc zrealizować projekt i spełnić postawione wymagania.

O firmie

Teamtechnik Production Technology Sp. z o.o. jest jednym ze światowych liderów innowacyjnych technologii produkcyjnych i w pełni elastycznych linii montażowych oraz testowych. Celem firmy jest projektowanie i upowszechnianie innowacyjnych rozwiązań automatyzacyjnych odpowiadających wymaganiom i potrzebom naszych klientów z branży mobility, industrial goods oraz life science. Szczególna uwaga zwrócona jest na wysoki poziom wiedzy specjalistycznej w zakresie oprogramowania i technologii sterowania.