Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Využití robotů ve výrobě pro speciální účely

Moderní inteligentní roboty se svými přednostmi prosazují i v dosud pro ně netradičních úlohách. Jednou z nich je použití robotu jako součásti linky na výrobu sýrů.

 
Roboty pracují již mnoho let v průmyslové výrobě sériového typu, především v automobilovém průmyslu, ve strojírenství, elektrotechnice a dalších oborech. Roboty provádějí přesné a rychlé operace, kterými nahrazují opakovatelnou práci člověka, typicky v procesech svařování, zakládání a vytahování výrobků ze strojů, vedení řezných nástrojů (řezání laserem) atd., včetně závěrečných operací sbírání, skládání a balení finálních výrobků. Mezi speciální případy použití robotů ve výrobě patří v mnoha ohledech potravinářské procesy s jejich specifickými podmínkami a požadavky, jako jsou např. vlhké prostředí, čistota prostředí, čistitelnost robotu atd. Aby bylo možné tyto požadavky splnit, je vedle obvyklých funkčních schopností požadována také speciální konstrukce robotů.
 

Roboty Stäubli pro potravinářství

Robotickými zařízeními vhodnými k použití v potravinářském průmyslu jsou roboty od švýcarského výrobce Stäubli. Vyznačují se velkým výkonem, daným velkou rychlostí pohybů, dlouhou životností a velkou odolností ve vlhku a precizním provedením s možností sanitovat celou konstrukci. Jejich příjemnou vlastností je i snadná obsluha, a to díky vestavěné podpoře mnoha užitečných funkcí a úloh. Roboty značky Stäubli jsou vhodné téměř do všech úseků zpracování a výroby potravin, kde spolehlivě provádějí mnohdy velmi složité pracovní operace. Lze se s nimi setkat v masokombinátech, mlékárnách a konzervárnách, při výrobě cukrovinek nebo zmrzliny atd.
 

Příklad použití robotu Stäubli při výrobě sýrů

Jedním z nedávno realizovaných projektů je zavedení robotu Stäubli do provozu v rámci linky na výrobu sýrů v mlékárně TPK Přibyslav (bývalá Pribina). Investor zvolil za dodavatele a realizátora tohoto projektu inženýrskou firmu Compas automatizace, spol. s r. o.
 

Popis výrobního procesu

Robot Stäubli je v mlékárně umístěn na podstavci nad linkou na výrobu sýrů (obr. 1). Jeho úkolem je promíchávat sýřeninu s použitím nástroje – síta. Sýřenina je zařízením na lince načerpána do plastových van, které na dopravníku projíždějí pod robotem. Obsluha na ovládacím terminálu s technologickým zobrazením linky předvolí hodnoty parametrů odpovídající danému typu výrobku a spustí robot. Předvolba zahrnuje mj. čtyři možné kombinace nástrojů umístěných v samostatném zásobníku v dosahu robotu. Jakmile se vana se sýřeninou na lince dostane do cílové pozice pod ramenem robotu, řídicí systém linky zastaví dopravník, vanu mechanicky zaaretuje a pošle robotu povel k provedení operace zamíchání sýřeniny. Robot uchopí patřičný nástroj podle předvolby a nařeže jím příčně a podélně sýřeninu ve vaně. Poté řídicí systém robotu pošle řídicímu systému linky signál informující o ukončení cyklu míchání a operace míchání se opakuje postupně s dalšími vanami, jednou po druhé. Obsluha má na technologickém zobrazení linky k dispozici tlačítko „bypass“ pro provizorní přemostění operace míchání v případě, že robot není ve funkci. Řídicí systém linky a robot spolu komunikují na binární úrovni v rozsahu 32 DI a 32 DO.
 

Použité technické a programové prostředky

S ohledem na charakteristiku potravinářského provozu s vlhkým prostředím a na funkční požadavky dané úlohy byl jako vhodný model vybrán šestiosý robot řady Stäubli TX200 v provedení tzv. he (humid environment) – viz obr. 2. Provedení robotu zajišťuje vodotěsnost jeho ramen (stupeň krytí IP65) i zápěstí (IP67). Stejně tak je robot odolný proti potravinářským čisticím procedurám, a tudíž není při čištění linky třeba používat ochranné návleky. Součástí robotu je terminál (obr. 3) určený k jeho programování, řízení a údržbě a zároveň obsahující bezpečnostní funkce. K ovládání robotu je použita řídicí jednotka Stäubli CS8C HP, umístěná v samostatném rozváděči nacházejícím se mimo výrobní prostory. Součástí řídicí jednotky jsou karty I/O pro komunikaci s řídicím systémem linky. Rozváděč s řídicí jednotkou je propojen s robotem prostřednictvím dvou mnohažilových kabelů přes konektory. Ruka robotu s funkcí automatické výměny a uchopení nástroje je ovládána pneumaticky.
 
Aplikační program použitého robotu TX200 he je vytvořen ve vývojovém prostředí VAL3, v němž jsou programovány všechny roboty značky Stäubli.
 
Součástí dodávky realizované firmou Compas bylo i zajištění kompletní mechanické montáže robotu nad linkou. Vzhledem k požadavkům investora na minimální omezení provozu linky byl robot zprvu za účelem zkoušek zprovozněn na provizorní konstrukci mimo výrobní prostory. Po ověření funkcí připraveného softwaru byl robot následně, v době krátké odstávky výroby, přestěhován na své místo na výrobní lince.
 

Přínosy realizace projektu

Hlavními přínosy instalace robotu Stäubli TX200 he v mlékárně TPK Přibyslav firmou Compas automatizace jsou:
  • zavedení do provozu moderního robotu s následným zvýšením produktivity a provozní spolehlivost linky na výrobu sýrů,
  • dosažení potřebné flexibility výrobního procesu s ohledem na variabilitu výrobního programu a souvisejících parametrů,
  • bezvýhradné splnění všech požadavků kladených na zařízení v potravinářském provozu (schopnost sanitace, hygiena atd.),
  • rychlá podpora a servis zařízení firmou Compas automatizace spolu s možností snadno upravit robot podle aktuálních požadavků.
 

Inteligentní roboty a koncept Industry 4.0

Roboty a manipulátory zvyšují produktivitu výrobních procesů a kvalitu výrobků a odstraňují těžkou práci obsluhy jak při speciálních operacích, tak i při rutinních činnostech, např. při manipulaci s výrobky a skládání skupinových balení na palety. Vedle fyzicky namáhavých operací jsou využívány také pro složité činnosti náročné na pozornost a zručnost, např. ve spojení s technikami strojového vidění ke sbírání rozházených výrobků z výrobního pásu a jejich vkládání na určené pozice v obalech. Inteligentní roboty budoucnosti budou schopny vykonávat stále složitější činnosti a budou mít vyšší úroveň bezpečnosti, což jim umožní přímo spolupracovat s člověkem, např. podávat předměty operátorům. Se zaváděním nového konceptu průmyslové výroby Industry 4.0 je očekáváno podstatně větší rozšíření inteligentních robotů jak v potravinářství, tak i v dalších, pro roboty zatím netradičních odvětvích průmyslu.
 
Jindřich Kubíček,
Vlastimil Braun,
Obr. 1. Linka na výrobu sýrů v počítačovém zobrazení
Obr. 2. Robot Stäubli, model TX200 he (humid enviroment), vhodný do vlhkého prostředí v potravinářském průmyslu
Obr. 3. Ovládací terminál robotu Stäubli