Aktuální vydání

celé číslo

06

2020

Automatizace v potravinářství a farmacii

celé číslo

Flexibilní balení čokoládových výrobků

Na veletrhu ProSweets v Kolíně nad Rýnem představila společnost Wilhelm Rasch balicí stroj se servopohony a mechatronickými prvky. Sklidil zde zasloužený obdiv, neboť sloučením vhodné mechaniky, elektroniky a softwaru vznikl stroj s velmi flexibilní, modulární koncepcí. Na projektu se partnersky podílela společnost Schneider Electric, jako optimální řídicí systém byl zvolen její PacDrive3. 

Společnost Wilhelm Rasch GmbH & Co. KG se sídlem v Kolíně nad Rýnem je v oblasti strojů pro výrobu cukrovinek pojmem již více než šedesát let. Vedle temperačních strojů, čerpadel a dávkovačů je podnik znám především jako producent speciálních strojů na balení dutých figurek a univerzálních balicích strojů. Ať už jde o duté figurky, tabulky čokolády nebo jiné čokoládové výrobky, vše je stroji firmy Wilhelm Rasch zabaleno a opatřeno etiketou (popř. dozdobeno). Výrobní linky jsou doplněny vhodnými vstupními a výstupními transportními systémy rovněž vyvíjenými a vyráběnými firmou Wilhelm Rasch.

Rostoucí sortiment rodinného podniku tvoří převážně mechanické stroje. Tina Gerferová, jednatelka společnosti Wilhelm Rasch a vnučka zakladatele firmy, říká: „Zákazníci z mnoha zemí stále preferují klasické stroje. Jednoduchost, robustní konstrukce a mimořádně dlouhá životnost našich strojů jsou dnes stejně jako dříve našimi rozhodujícími trumfy.“

Větší výrobní provozy s vysokým stupněm automatizace v Německu a ostatních evropských zemích však stále častěji požadují flexibilní nebo vysoce specializované stroje, které je možné v krátké době přestavět pro balení různých výrobků. Tento trend je dán jak omezenými prostorovými možnostmi ve výrobních závodech, tak rostoucí různorodostí výrobků a jejich kratšími životními cykly v tvrdém prostředí trhu s cukrovinkami. 

Zabalení až 160 jednotek za jednu minutu

Na veletrhu ProSweets 2013 v Kolíně nad Rýnem představila společnost Wilhelm Rasch první plně funkční prototyp svého zcela nového stroje, označeného zkratkou RU 2 (obr. 1). Je koncipován jako univerzální stroj a vyniká pozoruhodnou flexibilitou: rychlostí až 160 kusů za jednu minutu balí čokoládová vajíčka, kuličky, soudky, symetrické nebo nesymetrické duté figurky či ploché tabulky čokolády nebo čokoládové tyčinky – vše, co je možné zavinout nebo zabalit do přířezu balicího materiálu s rozměry od 40 do 200 mm v obou osách.

Stroj vystavený na veletrhu ProSweets balil v předváděcím režimu duté figurky do hliníkové fólie se skladem ve tvaru písmene Z (tzv. Z-sklad) na hřbetu: čokoládové výrobky byly ukládány na unášecí talíř pohybující se v taktu, odkud je manipulátor zdvihal do osmidílného manipulačního kola. Fólie potřebná pro zabalení byla odvíjena pomocí čelistí z bobin. V několika krocích byl pak proveden speciální Z-sklad fólie. Poté procházely výrobky vyhlazovací stanicí (obr. 2). Tuto základní variantu stroje lze dále rozšiřovat o doplňkové moduly pro čelní sklady fólie, balení dna, dvojité balení, etiketování, nebo dokonce pečetění figurek a pralinek za horka. Připravován je rovněž provlékací přístroj.  

Flexibilní koncepce stroje s krátkými dobami přestavení

Díky zařízením pro rychlou výměnu modulů a díky konstrukci volitelných modulů jako monobloku je možné stroj přestavět ve velmi krátké době z podoby pro jeden druh výrobku na výrobek jiný. Přestavení stroje při přechodu mezi podobnými výrobky se stejným způsobem balení zabere přibližně jednu hodinu, při kompletní přestavbě na zcela jiný druh baleného výrobku je třeba počítat se zhruba čtyřmi hodinami. To je ve srovnání s předchozími typy balicích strojů výrazné zlepšení.

Nový stroj dokazuje, jak podnik důsledně přechází od mechanických strojů k mecha­tronickým: stroj je kompletně poháněn servopohony a vychází z vysoce modulární koncepce, zahrnující mechatronickou část, řídicí jednotku a příslušný software.

Implementaci mechatronických prvků, které společnost dříve nepoužívala, a programování pohonů zajišťovalo partnerské středisko European FlexCenter společnosti Schneider Electric. Prostřednictvím FlexCenter nabízí Schneider Electric partnerům individuálně dohodnutý rozsah inženýrských služeb. Pro malé firmy, mezi něž patří i firma Wilhelm Rasch se zhruba šedesáti pracovníky, je zajištění odborníků potřebných pro projektování a programování mechatronických strojů vlastními silami v rozumně krátké době velký problém, a pomoc vývojového střediska FlexCenter společnosti Schneider Electric proto velmi vítají.  

Řídicí systém stroje

Stroj dokazuje, že mechanická modulární koncepce na vysoké úrovni představuje optimální východisko pro realizaci řídicího systému stroje: centrální jednotka – Lexium Motion Controller série PacDrive – řídí stroj a synchronizuje všech osm servopohonů základního provedení. Pro dva pohony je použita jednotka Double-Drive LXM62D, jeden z nejkompaktnějších servosystémů v rozváděčovém provedení na trhu. Zbývajících šest servopohonů jsou integrované servomoduly řady ILM62, které jsou napájeny (spolu s LXM62D) jednou centrální síťovou jednotkou (obr. 3, obr. 4).

Servomoduly ILM62 představují cestu k automatizaci bez nutnosti použít rozváděče – tedy ke konstrukci důsledně modulárních strojů. Elektronika servopohonů byla přemístěna přímo na motor, a tím do volitelných modulů stroje. K propojení s řídicím systémem i pro napájení jsou použity hybridní kabely a rozbočovací moduly. Díky tomu není změna konfigurace stroje přidáním nebo odebráním přídavných nebo výměnných modulů spojena se změnami v rozváděčích.

Komunikace je v rámci celého řídicího systému založena na protokolu Sercos III – to platí pro pohony, vstupy/výstupy i bezpečnostní prvky. Integrace bezpečnostní komunikace do standardní patří k tomu nejmodernějšímu, co současný trh nabízí. Bezpečnostní PLC typu SLC, také připojené sběrnicí Sercos III, řídí v systému všechny funkce týkající se bezpečnosti. Zabezpečené signály jsou připojeny prostřednictvím bezpečnostních (červených) jednotek vstupů/výstupů řady TM5. Ty lze kombinovat se standardními (bílými) jednotkami do smíšených I/O modulů. Zde jsou použity moduly určené do rozváděče, ale pro jiné projekty má Schneider Electric v sortimentu také I/O moduly řady TM7 s krytím IP67. 

Modulární software využívá šablony

Řídicí systém stroje, včetně bezpečnostní funkce a vizualizace (zajištěné operátorským panelem Magelis HMI), se programuje v prostředí SoMachine Engineering Suite. Využívány jsou předem připravené modulární a standardizované technologické šablony (templates) PacDrive, obsažené v rozsáhlých softwarových knihovnách. Šablony umožňují přechod od psaní programů ke konfigurování předem naprogramovaných bloků.

Při navrhování programu stroje společnost Wilhelm Rasch sledovala cestu naznačenou odborníky z FlexCenter: vytvoření jediné verze programu, která se potom nahrává do řídicích jednotek všech expedovaných strojů. Každý stroj je tak připraven pro provoz veškerých dostupných i připravovaných volitelných modulů. Tím je zjednodušena správa verzí při aktualizacích a zároveň je možné každý stroj libovolně rozšiřovat i mnoho let po dodání.  

Automatická konfigurace při výměně modulu

Aktivaci instalovaného volitelného modulu zajišťuje automatická konfigurace: všechny motory a servoměniče v systému PacDrive jsou opatřeny elektronickými typovými štítky. Po přestavbě řídicí jednotka PacDrive zjistí všechny dostupné jednotky na sběrnici Sercos III a zařadí je do aktuální konfigurace. Na jejím základě potom aktivuje odpovídající programové moduly. 

Závěr

Společnost Wilhelm Rasch je tak nyní schopna nabídnout svým zákazníkům modulární stroj s příkladnou flexibilitou. Díky moderní koncepci řídicího systému je však zachována maximální jednoduchost, jak potvrzuje i Tina Gerferová: „Také ve vztahu k použité automatizační technice zůstáváme u našeho nového mechatronického stroje věrni svým základním principům. Přesvědčujeme zákazníky robustními, jednoduše ovladatelnými a snadno udržovatelnými stroji s dlouhou životností.“ 

Ing. Martin Linhart, Schneider Electric

Obr. 1. Balicí stroj RU 2 ve stánku firmy Wilhelm Rasch na veletrhu ProSweets 2013 v Kolíně nad Rýnem

Obr. 2. Proces balení: vlevo talíř pro vstup produktů, uprostřed odvíjení fólie, vpravo na pravé straně manipulační kolo balení v jednotlivých krocích a vlevo vyhlazovací stanice s výstupem výrobků na pás

Obr. 3. Schéma řídicího systému stroje RU 2

Obr. 4. Komponenty řídicího systému: vlevo řídicí jednotka Motion Controller PacDrive-Logic s centrální síťovou částí pro všechny servopohony a servoměniče Lexium LXM62, na prostředním obrázku bezpečnostní PLC typu SLC se sběrnicovým vazebním členem Sercos III a bezpečnostními svorkami vstupů/výstupů, vpravo motor SH (dole) a servopohon Lexium ILM s integrovanou regulační elektronikou