Zastosowanie interfejsu IO-Link w systemach bezpieczeństwa: Pierwszy na świecie system bezpieczeństwa oparty na interfejsie IO-Link bazujący na protokole PROFIsafe

Listopadowe targi SPS IPC Drives w Norymberdze były doskonałą okazją do zaprezentowania wspólnego rozwiązania automatu indeksującego o wymiarach 3,15 × 1,65 ×2,25 m, które bardzo skutecznie przyciągało odwiedzających do stoiska Balluff przez cały okres trwania targów. 

Zaprezentowane rozwiązanie jest świetnym przykładem na to, jak stworzyć optymalne połączenie standardowych komponentów i technologii, procesów produkcyjnych oraz koncepcji napędowych.

Zaprezentowany wielostopniowy system obróbki puszek bardzo dobrze pokazuje wspomniane zależności. Na efekt końcowy składają się połączenia tradycyjnych napędów i rozwiązań z zakresu rozpoznawania obrazu, współczesne rozwiązania transferu liniowego, napędy pneumatyczne i elektryczne, urządzenia chwytne, wytłaczarki, linie przesyłowe, kamery oraz układy rozdzielania i sortowania.

Naszym celem było zademonstrowanie mocnych stron każdej z wykorzystanych w przykładzie technologii oraz pokazanie, w jaki sposób tworzy się ekonomiczne rozwiązania produkcyjne wychodzące naprzeciw wymaganiom klienta oraz inteligentnie łączy się różne technologie — mówi Stephan Dornieden, dyrektor ds. planowania elektronicznego w firmie SIM Automation.

Mająca swoją siedzibę w Heilbad, nieopodal Göttingen, firma SIM Automation GmbH od wielu lat specjalizuje się w opracowywaniu i wytwarzaniu indywidualnych i kompleksowych rozwiązań dostosowanych do potrzeb konkretnego klienta. Na rozwiązania te składa się opracowywanie procesów, planowanie projektów i konstruowanie gotowych do wykorzystania układów sprzętowych, systemy do obsługi, testowania i kontroli bazujące na najnowocześniejszych rozwiązaniach produkcyjnych i technologiach testowych, w tym własnych technologiach podawania i sortowania. Firma od lat odwołuje się do doświadczenia firmy Balluff w dziedzinie automatyzacji i chętnie korzysta z jej produktów.

W prezentowanym przykładzie głównym środkiem transportu jest liniowy mechatroniczny system transferu. W punkcie początkowym znajduje się podajnik krokowy, który unosi puszki na przenośnik taśmowy. Opracowany przez firmę Balluff system detekcji korzystający z funkcji rozpoznawania obrazu przesyłanego z czujników wizyjnych określa położenie pojemników — jeśli puszka jest ustawiona wieczkiem do dołu, pneumatyczny chwytak obraca ją o 180 stopni. W międzyczasie na pierwszej stacji liniowego systemu transferu 4 mechaniczne chwytaki ustawiają się w odpowiednim położeniu.

Napędzane silnikiem czujniki sprawdzają, czy chwytaki są dostępne. System za pomocą uchwytów z przyssawkami pobiera znajdujące się w obiegu puszki i umieszcza je w gotowych do transportu chwytakach mechanicznych. Na następnej stacji serwoelektryczna prasa TOX dociska pokrywki puszek, a kolejna jednostka zapewnia ich szybkie mechaniczno-elektryczne obracanie. Kolejnym krokiem jest nakładanie druku.

Nad prawidłowością procesu czuwa system kontroli wizyjnej Balluff. W ostatnim etapie procesu, mechaniczne chwytaki ustawiają puszki w rzędach po cztery sztuki. Równoległe uchwyty serwoelektryczne usuwają puszki z systemu i przenoszą je do zasobnika. W ten sposób pętla się zamyka, a proces może zacząć się od początku.

Uwagę zwraca przejrzysty i funkcjonalny układ elementów urządzenia i szafy sterowniczej. Konstrukcja systemu opiera się przede wszystkim na rozwiązaniach wykorzystujących interfejs IO-Link. Zgodne z normą IEC 61131-9 połączenia „point to point” gwarantują wolną od zakłóceń wymianę danych i pełną sprawność urządzeń poniżej centralnego poziomu sterowania. Urządzenia wykonawcze i czujniki są podłączane do układu za pomocą standardowego trójżyłowego przewodu z wtykiem M12.

Rozwiązanie "Safety over IO-Link" opracowane przez firmę Balluff jest logicznym rozszerzeniem filozofii interfejsu IO-Link oraz przejmuje wszystkie jego zalety. Dodatkowo korzysta z funkcjonalności jakie zapewnia protokół PROFIsafe do przekazywania sygnałów związanych z układem bezpieczeństwa. Zgodnie z założeniami interfejsu IO-Link, rozwiązanie "Safety over IO-Link" stawia na prostą konstrukcję systemu, okablowanie gwarantujące oszczędność czasu i pieniędzy oraz  ograniczenie rozmiarów szafy sterującej. Pozwala zachować podstawową funkcjonalność systemu i sprawia, że zabezpieczenia stają się zaledwie dodatkiem do niego. Rozwiązania "Safety over IO-Link" można szybko i łatwo dostosować do zmieniających się warunków pracy.

Zarówno elementy układu bezpieczeństwa firmy Balluff, jak i urządzenia zabezpieczające proces produkcji innych firm można podłączać bez trudu do nowo opracowanego modułu bezpieczeństwa BNI IOF za pomocą standardowego przewodu ze złączem M12.

Prezentowane rozwiązanie wyposażone zostało w następujące elementy układu bezpieczeństwa firmy Balluff: przyciski awaryjnego zatrzymania E-Stop, magnetyczne blokady drzwi oraz kurtyny świetlne z zabezpieczeniem przed manipulacją. Nowy moduł bezpieczeństwa BNI IOF pozwala na podłączenie standardowych rozwiązań, takich jak np.czujniki binarne. Dzięki temu możliwe jest zredukowanie ilości dodatkowych koncentratorów. Oba moduły zabezpieczające połączone są z modułem ProfiNet IO-Link Master, który zainstalowany jest na wspólnym profilu.

Dane dotyczące zabezpieczeń są przetwarzane w prosty i bezpieczny sposób – rozwiązania "Safety over IO-Link" bazują na profilu PROFIsafe. Moduł ProfiNet IO-Link Master pozostaje urządzeniem, które nie wchodzi w skład układu bezpieczeństwa. Jest on jednak nieodzwonym elementem infrastruktury. Warstwa protokołu "Black Channel" zapewnia przeźroczystość modułu ProfiNet IO-Link Master oraz komunikację pomiędzy modułem bezpieczeństwa BNI IOF a nadrzędnym sterownikiem z profilem PROFIsafe.

Przesyłane dane przechodzą przez moduł IO-Link Master do nadrzędnego poziomu sterowania nienarażone na manipulację i dopiero tam są bezpiecznie rozpakowywane. Programowanie układu odbywa się za pomocą funkcji „przeciągnij i upuść” dostępnej z poziomu interfejsu programistycznego sterownika.

Połączenie systemu automatyzacji z technologią zabezpieczeń pozwala wprowadzać bardziej ekonomiczne i wydajne rozwiązania systemowe.

– Łączenie produkcji z procesem pakowania wymaga dużej dbałości o wydajność systemu, szczególnie jeżeli taki system, z założenia wysokosprawny, ma oferować osiągnięcie optymalnego stosunku ceny do jego wykorzystania. Rozwiązanie "Safety over IO-Link" to liczne korzyści dla twórców systemu, ale przede wszystkim dla jego operatorów – wyjaśnia Stephan Dornieden.

Przedstawione rozwiązanie pozwala na wizualizację aktualnego stanu urządzenia, zdefiniowanie wartości ostrzegawczych i prowadzenie ciągłego monitoringu procesu. Dodatkowo można uzyskać wskazania dotyczące przewidywanego czasu życia oraz zapewnić pełną kontrolę procesu. Wszystkie te funkcjonalności możliwe są dzięki wykorzystaniu interfejsu IO-Link i wdrożeniu założeń "Safety over IO-Link". Zapewniają one również wzrost wydajności systemu, zwiększając jednocześnie jego niezawodność.

Rozwiązanie "Safety over IO-Link" zaproponowane przez firmę Balluff łączy funkcje bezpieczeństwa z automatyzacją, tworząc pełny i wydajny system, który gwarantuje najwyższą funkcjonalność, bezpieczeństwo i niezawodność. "Safety over IO-Link" pozwala sprostać wymogom zabezpieczeń na poziomie PLe/SIL3. Wysoki poziom standaryzacji skutkuje oszczędnościami w ciągu całego cyklu życia maszyny.

– Nasi klienci doskonale rozpoznają wartości dodane - rozwiązanie "Safety over IO-Link" firmy Balluff będzie od tej pory integralną częścią naszych koncepcji systemowych – podsumowuje Stephan Dornieden.

www.balluff.com

źródło: Balluff