Linia do obcinania filtrów papierosowych

Przez ponad 30 lat obecności na rynku firma KarT sp. z o.o. wyspecjalizowała się w projektowaniu i wykonywaniu kompletnych linii produkcyjnych, automatów montażowo–testujących, stanowisk kontrolnych oraz maszyn i urządzeń specjalnego przeznaczenia, m.in. dla przemysłu spożywczego, motoryzacyjnego, tytoniowego oraz producentów sprzętu AGD.

Przykładem projektu zrealizowanego przez KarT sp. z o.o. jest linia do obcinania filtrów papierosowych wykonana na zamówienie zakładu działającego w przemyśle tytoniowym. Celem zaprojektowania i wykonania linii była automatyzacja procesu odzyskiwania tytoniu z wadliwych partii produkcyjnych, które nie przeszły wewnątrzzakładowej kontroli jakości. Proces ten do tej pory odbywał się ręcznie, co wymagało nieakceptowalnego nakładu siły roboczej oraz czasu. Wykorzystanie linii do obcinania filtrów papierosowych w ciągu produkcyjnym pozwoliło naszemu klientowi na znaczne zwiększenie efektywności w procesie odzyskiwania tytoniu oraz redukcję kosztów całej produkcji.

Urządzenie zostało w całości wyprodukowane i uruchomione przez firmę KarT sp. z o.o., włączając w to projekt konstrukcji mechanicznej i instalacji elektrycznej, opracowanie koncepcji sterowania oraz wykonanie maszyny, a także jej montaż i uruchomienie u klienta. 

Działanie linii

Linia do obcinania filtrów papierosowych składa się z szeregu urządzeń łączących się w jeden ciąg. Realizowanym procesem jest odzyskanie tytoniu z paczek papierosów poprzez przecięcie paczki z papierosami w miejscu styku tytoniu z filtrem, a następnie na oddzieleniu części z filtrami od części z tytoniem, wytrząśnięciu zawartości z opakowań na transporter i posegregowaniu w trzech oddzielnych pojemnikach tytoniu, filtrów i opakowań. Odzyskany tytoń w bibułkach przekazywany jest do dalszej obróbki w zakładzie.

Budowa

W skład linii do obcinania filtrów wchodzą:

• popychacz paczek z systemem wizyjnym,
• transporter taśmowy,
• pionowa piła taśmowa,
• przewrotka,
• przenośnik wibracyjny,
• przenośnik taśmowy,
• przesiewacz końcowy.

Maszyna wykonana jest jako konstrukcja modułowa. Poszczególne moduły są zbudowane na stalowych ramach nośnych z osłonami uchylnymi części roboczych. Maszyna wyposażona jest w instalację elektryczną zasilaną z sieci trójfazowej 400 V AC oraz w instalację pneumatyczną zasilaną sprężonym powietrzem o ciśnieniu 6 bar. Linia ma jeden zintegrowany układ sterowania oparty na komponentach firmy Omron.

Obsługa i funkcje maszyny

Obsługa linii sprowadza się do załadowania kasety wypełnionej paczkami ułożonymi w rzędach. Cały rząd paczek przepychany jest cyklicznie do strefy roboczej za pomocą popychacza. Kluczowym elementem jest sprawdzenie, czy wszystkie paczki ułożone są w taki sam sposób, tzn. zorientowane filtrami w tą samą stronę, aby zapobiec dostaniu się filtrów do końcowego pojemnika z tytoniem. Układ sprawdzający orientację paczki został zrealizowany z użyciem dwóch czujników wizyjnych FQ2 firmy Omron. Wykrycie niepoprawnie ułożonej paczki w ciągu powoduje zatrzymanie pracy popychacza i wypchnięcie jej za pomocą ruchomego trzpienia napędzanego liniowym siłownikiem pneumatycznym. Po usunięciu wadliwie zorientowanej paczki popychacz kontynuuje pracę, przepychając dalej cały rząd do strefy buforowej, skąd trafiają one do przenośnika taśmowego. Ten natomiast jednostajnym ruchem podaje produkt do komory cięcia. Tam paczki przecinane są na pionowej pile taśmowej. Część przeciętej paczki z filtrami przepychana jest dalej do odpowiedniego pojemnika na odpady. Część z tytoniem przewracana jest otworem do dołu, a jej zawartość zostaje wytrząśnięta z opakowań w przenośniku wibracyjnym na przenośnik taśmowy. Tytoń w bibułkach transportowany jest do zbiornika i przeznaczany do dalszej obróbki w zakładzie, a puste opakowania trafiają do kolejnego zbiornika jako odpad. 

Sterowanie

Układ sterowania został zrealizowany na sterowniku PLC CP1L-EM30DT1-D przy współpracy z siedmiocalowym panelem HMI NB7W-TW01B firmy Omron. Komunikacja pomiędzy sterownikiem, panelem HMI oraz czujnikami wizyjnymi FQ2 odbywa się po sieci Ethernet z wykorzystaniem protokołu TCP/IP, co zapewnia odpowiednią prędkość i niezawodność przesyłu danych oraz odporność na zakłócenia EMI i RFI.

Duże możliwości

Urządzenie jest uniwersalne, przystosowane do pracy z różnymi typami i rozmiarami paczek. Dostosowanie maszyny do pracy z inną paczką odbywa się przez wyregulowanie ruchomych band i wybranie odpowiedniego wzorca dla systemu wizyjnego. Wybór odpowiedniego wzorca dokonywany jest przez panel HMI, w którym zapisano bazę danych wzorców zaprogramowanych w czujnikach FQ2 wraz ze zdjęciami każdej paczki. Zastosowanie dwóch czujników wizyjnych FQ2 zapewnia możliwość zapisania w sumie 24 wzorców paczek oraz robienie zdjęć z dwóch różnych kątów, pod różnym oświetleniem i z różnym ustawieniem filtrów – w zależności od potrzeb dla danej paczki.

Oprogramowanie panelu HMI pozwala na zmianę wzorca paczki w systemie wizyjnym oraz wgląd w komunikaty alarmowe informujące operatora o nieprawidłowościach w pracy maszyny, uszkodzeniach czujników, przekroczeniu zaprogramowanych limitów itp. Panel umożliwia również sterowanie siłownikami pneumatycznymi i napędami w trybie ręcznym, co znacznie ułatwia kalibrację maszyny i obsługę serwisową. Dostępny jest także podgląd wejść i wyjść cyfrowych w sterowniku PLC.

Rejestrowane dane zapisywane są na zewnętrznej pamięci USB i mogą być wykorzystane do sporządzania raportów zmianowych oraz wykonywania analiz produkcyjnych i serwisowych. Dostęp do poszczególnych funkcji panelu HMI regulowany jest strefami dostępu zabezpieczonymi hasłem, co pozwala na wyeliminowanie nieautoryzowanych zmian w ustawieniach linii.

Bezpieczeństwo

W celu ochrony zdrowia i życia operatorów wykorzystano zespół przekaźników bezpieczeństwa G9SA, zintegrowanych w jeden system bezpieczeństwa dla całej maszyny. Realizowane są funkcje bezpieczeństwa zaprojektowane zgodnie z wymaganiami normatywnymi na podstawie wykonanej oceny ryzyka. Należą do nich m.in. wyłączenie awaryjne, ryglowanie osłon uchylnych w czasie pracy i kontrola załączania napędów. Całość wykonana jest w trzeciej kategorii bezpieczeństwa, zgodnie z wymaganiami normy 
PN-EN ISO 13849-1:2008.

Wyłączenie awaryjne realizowane jest za pomocą wyłączników awaryjnych grzybkowych, rozmieszczonych na maszynie w sposób zapewniający łatwy dostęp dla operatora i podłączonych szeregowo do przekaźnika bezpieczeństwa G9SA. Ryglowanie osłon zrealizowano za pomocą elementów firmy Omron: wyłączników drzwiowych z zamkiem D4GL-4CFA-A oraz bezstykowych wyłączników drzwiowych F3S-TGR-NLPC we współpracy z przekaźnikami bezpieczeństwa G9SA. Otwarcie osłony jest możliwe jedynie przy wszystkich napędach pozostających w stanie spoczynku, co minimalizuje prawdopodobieństwo wystąpienia wypadku w czasie obsługiwania maszyny, redukując poziom występującego ryzyka do poziomu akceptowalnego w myśl wymagań wcześniej wymienionej normy.

Układ napędowy piły wyposażony jest w certyfikowany moduł kontroli bezruchu do monitorowania obrotów poprzez pomiar siły elektromagnetycznej na uzwojeniach silnika, co zapewnia niezawodność wykonania funkcji bezpieczeństwa. Po odryglowaniu i otwarciu osłon wszystkie napędy mają odcinane zasilanie elektryczne zgodnie z wymaganiami trzeciej kategorii bezpieczeństwa według wymagań normy PN-EN ISO 13849-1:2008.

Przenośnik wibracyjny oraz przesiewacz końcowy napędzane są silnikami indukcyjnymi wibracyjnymi zasilanymi z falowników V1000 firmy Yaskawa. Zastosowanie przemienników częstotliwości do sterowania pracą silników zapewnia elastyczność w dostosowaniu parametrów pracy silników, pozwala na proste sterowanie prędkością obrotową, kontrolę nad momentem oraz ustawienie czasów rozpędzania i zwalniania. Okazało się to kluczowym parametrem dla zapewnienia prawidłowej pracy przenośników. Wszystkie napędy wyposażone są przez producenta w wejścia bezpieczeństwa. To znacznie ułatwia zaprojektowanie i wykonanie obwodów bezpieczeństwa dla maszyny – eliminuje konieczność odcinania zasilania od falowników, co przy częstym zadziałaniu może prowadzić do skrócenia ich żywotności lub uszkodzenia. 

Zarówno popychacz paczek, jak i transporter taśmowy napędzane są serwosilnikiem R88M zasilanym z napędu Accurax G5 firmy Omron, ze sterowaniem impulsowym i sprzężeniem zwrotnym opartym na enkoderze inkrementalnym. Serwonapędy te charakteryzują się niewielkimi rozmiarami, co minimalizuje ilość miejsca potrzebnego w skrzynce sterowniczej oraz miejsca w maszynie, wymaganego na instalację silnika.

Korzyści z komponentów firmy Omron

Rozwiązania firmy Omron zapewniają spełnienie wymagań Dyrektywy Maszynowej w zakresie bezpieczeństwa obsługi i serwisu urządzenia. Wszystkie elementy związane z bezpieczeństwem mają w dołączonych dokumentacjach niezbędne dane niezawodnościowe (wymagane do przeprowadzenia powykonawczej weryfikacji zabezpieczeń), certyfikaty zgodności i informacje o nadaniu europejskiego oznaczenia CE. Łatwość komunikacji, niewielkie rozmiary, przejrzysta i czytelna dokumentacja urządzeń automatyki oraz rozbudowana pomoc techniczna firmy Omron pozwala na proste i sprawne zaprojektowanie oraz uruchomienie układu sterowania maszyn – zarówno prostych urządzeń technologicznych projektowanych i wykonywanych przez KarT sp. z o.o., jak aparaty montażowo-testujące dla przemysłu przetwórstwa tworzyw sztucznych, jak i bardziej skomplikowanych aplikacji znajdujących zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu.

KarT spółka z o.o.

ul. gen. Wł. Andersa 40d
15-113 Białystok
tel. 85 743 30 64, fax 85 743 75 87
e-mail: bok@kart.com.pl
www.kart.com.pl

źródło: Automatyka 3/2015