Safety over IO-Link w zastosowaniach
W efekcie współpracy firmy Balluff i SIM powstał układ kontroli. Rozwiązanie to wpisuje się w standardy Przemysłu 4.0 dzięki inteligentnemu łączeniu standardowych komponentów, zastosowaniu nowoczesnych metod transferu danych i sieci wysokich prędkości oraz wykorzystaniu technologii zabezpieczeń i sterowania opartych na interfejsie IO-Link. Safety over IO-Link firmy Balluff pozwoliło na wzbogacenie istniejącego systemu o rozwiązanie, które – oprócz niezwykle łatwej instalacji – umożliwia bardzo sprawną modernizację dotychczasowych systemów bezpieczeństwa. To pierwszy na świecie system bezpieczeństwa oparty na interfejsie IO-Link bazujący na protokole PROFIsafe.
Wspólnie wypracowane rozwiązanie automatu indeksującego o wymiarach 3,15 m × 1,65 m × 2,25 m jest świetnym przykładem na to, jak stworzyć optymalne połączenie standardowych komponentów i technologii, procesów produkcyjnych oraz koncepcji napędowych. Wielostopniowy system obróbki puszek bardzo dobrze obrazuje 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, pokazanie, w jaki sposób tworzy się ekonomiczne rozwiązania produkcyjne wychodzące naprzeciw wymaganiom klienta oraz inteligentnie łączy różne technologie — mówi Stephan Dornieden, dyrektor ds. planowania elektronicznego w firmie SIM Automation.
Fot. 2. Urządzenia IO-Link Master, koncentratory czujników i moduły bezpieczeństwa BNI IOF (żółte) firmy Balluff zostały umieszczone ponad poziomem układu, dzięki czemu są łatwo dostępne i nie stwarzają zagrożenia
Transfer pod pełną kontrolą
Mająca swoją siedzibę w niemieckim mieście Heilbad, nieopodal Göttingen, firma SIM Automation GmbH od wielu lat specjalizuje się w opracowywaniu i wytwarzaniu indywidualnych i kompleksowych rozwiązań dostosowanych do potrzeb klienta. Składa się na to opracowywanie procesów, planowanie projektów i konstruowanie gotowych do wykorzystania układów sprzętowych, a także systemów do obsługi, testowania i kontroli bazujących 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 umieszczony jest podajnik krokowy, który przenosi puszki na przenośnik taśmowy. Opracowany przez firmę Balluff system detekcji wykorzystujący funkcję rozpoznawania obrazu przesyłanego z czujników wizyjnych określa położenie pojemników – jeśli puszka jest ustawiona wieczkiem do dołu, pneumatyczny chwytak obraca ją o 180°. W tym czasie na pierwszej stacji liniowego systemu transferu cztery mechaniczne chwytaki ustawiają się w odpowiednim położeniu.
Fot. 3. Koncentratory zabezpieczeń IO-Link i elementy układu bezpieczeństwa (żółte) firmy Balluff gwarantują bezpieczną pracę stacji napędzanych różnymi metodami
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 je z systemu i przenoszą 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 wymaganiami normy 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.
Fot. 4. System detekcji korzystający z funkcji rozpoznawania obrazu przesyłanego z kamer sprawdza właściwe ustawienie pojemników
Oszczędność czasu, kosztów i miejsca
Rozwiązanie Safety over IO-Link opracowane przez firmę Balluff jest logicznym rozszerzeniem interfejsu IO-Link z zachowaniem wszystkich jego zalet. Dodatkowo ma wszystkie 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. Rozwiązanie 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 bez trudu podłączać do nowo opracowanego modułu bezpieczeństwa BNI IOF za pomocą standardowego przewodu ze złączem M12.
Prezentowane rozwiązanie zostało wyposażone w kilka elementów 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 urządzeń, takich jak np. czujniki binarne. Dzięki temu możliwe jest zredukowanie liczby dodatkowych koncentratorów. Oba moduły zabezpieczające połączone są z modułem Profinet IO-Link Master, który zainstalowany jest na wspólnym profilu (fot. 3).
Dane dotyczące zabezpieczeń są przetwarzane w prosty i bezpieczny sposób – rozwiązania Safety over IO-Link bazują na profilu PROFIsafe. Moduł Profinet IO-Link Master nie wchodzi w skład układu bezpieczeństwa, ale jest nieodzownym elementem infrastruktury. Warstwa protokołu Black Channel zapewnia przeźroczystość modułu Profinet IO-Link Master oraz komunikację między modułem bezpieczeństwa BNI IOF a nadrzędnym sterownikiem z profilem PROFIsafe. Przesyłane dane przechodzą przez moduł IO-Link Master do nadrzędnego poziomu sterowania nie będąc narażone na manipulację i dopiero tam są bezpiecznie rozpakowywane. Programowanie układu odbywa się za pomocą funkcji „przeciągnij i upuść”, dostępnej z poziomu interfejsu programistycznego sterownika.
Fot. 5. Niekończący się mechaniczny transport liniowy – mechaniczne uchwyty można szybko ustawić w dowolnym położeniu
Automatyzacja z gwarancją bezpieczeństwa
Połączenie systemu automatyzacji z technologią zabezpieczeń pozwala wprowadzać bardziej ekonomiczne i wydajne rozwiązania systemowe. – Łączenie produkcji z procesem pakowania wymaga dużej dbałości owydajność systemu, szczególnie jeżeli taki system, z założenia wysokosprawny, ma umożliwiać 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 są możliwe dzięki wykorzystaniu interfejsu IO-Link i wdrożeniu założeń Safety over IO-Link. Zapewniają one również wzrost wydajności systemu, zwiększając jednocześnie jego niezawodność.
Fot. 6. Zarówno elementy układu bezpieczeństwa firmy Balluff, jak i urządzenia zabezpieczające proces produkcji innych producentów można podłączać bez trudu do nowo opracowanego modułu bezpieczeństwa BNI IOF — wystarczy standardowy przewód ze złączem M12
Rozwiązanie Safety over IO-Link zaproponowane przez firmę Balluff łączy funkcje bezpieczeństwa z automatyzacją, tworząc pełny i wydajny system, który gwarantuje najwyższą funkcjonalność, bezpieczeństwo iniezawodność. Safety over IO-Link pozwala sprostać wymogom zabezpieczeń na poziomie PL e/SIL 3. Wysoki poziom standaryzacji zapewnia oszczędności w całym 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.
BALLUFF Sp. z o.o.
ul. Graniczna 21A, 54-516 Wrocław
tel. 71 382 09 00, fax 71 338 49 30
e-mail: balluff@balluff.pl
www.balluff.pl
source: Automatyka 1-2/2019