Napędy i sterowanie

Napęd falownika obniża koszty automatyzacji

By  | 

Zastosowanie napędu falownika zamiast serwonapędu oznacza niższe koszty uniwersalnych napełniaczy butelek.

Napełniacze butelek i worków z elektroniczną regulacją poziomu napełnienia oferują istotne korzyści w porównaniu z maszynami regulowanymi ręcznie, mimo to, do tej pory częściej sterowane są manualnie ze względu właśnie na koszt serwonapędów. W najnowszych maszynach firmy IMSB napęd falownika firmy Eaton zastępuje kosztowny serwosterowany system napełniania, dzięki czemu te nowatorskie maszyny są znacznie tańsze.

IMSB jest obecnie częścią Grupy Aetna, światowego lidera w dziedzinie projektowania i produkcji urządzeń pakujących. Grupa, która specjalizuje się w rozwiązaniach typu „end-of-line” (koniec linii produkcyjnej), posiada siedem oddziałów na całym świecie oraz sześć zakładów produkcyjnych, w tym jeden w Brazylii, gdzie produkowane są urządzenia IMSB. Grupa Aetna jest obecna w ponad 120 krajach co daje możliwość bezpośredniego kontaktu niezależnie od lokalizacji, a także opracowywania rozwiązań dostosowanych do indywidualnych potrzeb, które rzetelnie spełnią wymagania w dobrej cenie.

Firma IMSB specjalizuje się w projektowaniu i produkcji urządzeń, które obejmują urządzenia do płukania, napełniania i zamykania. Oprócz produktów standardowych, oferuje również rozwiązania dostosowane do indywidualnych potrzeb Klientów z branży spożywczej, farmaceutycznej, opieki domowej i innych.

Automatyzacja w przystępnej cenie

Ze względu na częste zmiany rozmiarów i formatów opakowań, elastyczność staje się coraz bardziej kluczowym wymogiem dla urządzeń produkcyjnych. W przypadku napełniaczy do butelek w linii produkcyjnej typu IMSB oznacza to, że użytkownicy końcowi chcą mieć możliwość szybkiej i wygodnej zmiany poziomu napełnienia w celu jej dostosowania do różnych rozmiarów butelek.

Maszyny z ręczną regulacją pozwalają na takie zmiany, jednak ustawienie nowego poziomu napełnienia może zająć nawet godzinę, co w nowoczesnych, szybkozmiennych procesach technologicznych jest nie do zaakceptowania. Elektroniczna regulacja stanowi rozwiązanie tego problemu, ale do tej pory konieczne było stosowanie kosztownych systemów opartych na serwosilniku, aby uzyskać wymaganą dokładność bez negatywnego wpływu na wydajność maszyny.

Firma IMSB zauważyła, że istnieje duży rynek dla maszyn napełniających z elektroniczną regulacją poziomu, jeśli tylko ich koszty zostaną zbliżone do kosztów maszyn z ręcznym sterowaniem. Wyzwaniem było zatem opracowanie innowacyjnego projektu, który umożliwiłby takie rozwiązanie.

Przejście od serwonapędów do falowników

W strukturze liniowego napełniania wolumetrycznego butelek IMSB, poziom płynu dozowanego do każdej butelki i natężenie przepływu jest kontrolowane przez system zaworów krzywkowych, jak pokazano na zdjęciu. Krzywka musi obracać się do dokładnie określonego położenia w przypadku każdej napełnianej butelki, a następnie powrócić do pozycji spoczynkowej zanim następna butelka dotrze do stacji napełniania. W przeszłości uważano, że jedynym sposobem pozycjonowania krzywki z odpowiednią szybkością i dokładnością  przy tego typu wymagających aplikacjach jest użycie serwosilnika i związanego z nim układu napędowego.

Kiedy inżynierowie techniki napędowej firmy Eaton zapoznali się z tym układem, w porozumieniu z IMSB szukającego bardziej opłacalnego rozwiązania, dokładnie przeanalizowano istniejące wymagania. Na podstawie przeprowadzonej analizy zaproponowano zastosowanie wysokowydajnego przemiennika częstotliwości PowerXL DA1 do sterowania krzywką, w połączeniu z optycznym enkoderem do ciągłego i precyzyjnego monitorowania jej położenia. Falownik serii DA1 został specjalnie wybrany, ponieważ posiada zaawansowane algorytmy sterowania wektorowego, dzięki czemu jest w stanie zapewnić szybką reakcję i wymagany wysoki poziom dokładności.

Celem ułatwienia użytkownikowi końcowemu obsługę systemu, rozwiązanie uzupełniono o panel operatorski Eaton XV100, który łączy funkcje kolorowego panelu dotykowego HMI ze sterownikiem programowalnym (PLC) w jednym kompaktowym i konkurencyjnym cenowo urządzeniu. Maksymalne uproszczenie okablowania maszyny uzyskano poprzez doprowadzenie sygnałów z enkodera i innych czujników montowanych na maszynie do XV100 za pomocą stacji rozproszonych wejść/wyjść serii XI/ON. Moduł XI/ON używany w enkoderze jest modułem szybkiego licznika o maksymalnej szybkości liczenia 100 kHz, który spełnia wymagania tej aplikacji.

Firma IMSB opracowała programy dla XV100, które przyjmują intuicyjne podejście oparte na recepturze. Oznacza to, że operatorzy maszyn po prostu używają kolorowego ekranu dotykowego HMI, aby wybrać przepis odpowiadający rodzajowi i wielkości używanej butelki. Następnie panel operatorski XV100 automatycznie ustawia tryb pracy zaworu napełniającego oraz optymalną prędkość posuwu dla przenośników wprowadzających i wyprowadzających, z których każdy sterowany jest napędem falownika firmy Eaton PowerXL DC1. Obecny układ oferuje 15 receptur, natomiast system sterowania, jeśli w przyszłości konieczna będzie rozbudowa jest w stanie obsłużyć ich znacznie więcej.

Podczas operacji napełniania panel XV100 stale monitoruje informacje, które otrzymuje z enkodera i wykorzystuje je w połączeniu z informacjami zawartymi w wybranym przepisie do obliczenia sygnału prędkości referencyjnej falownika DA1. Celem zapewnienia wymaganej prędkość pracy, sygnał ten jest przesyłany do falownika poprzez magistralę CANopen, wraz z sygnałami startu i zatrzymania.

Obliczanie sygnału referencyjnego do pozycjonowania odbywa się w panelu XV100 za pomocą specjalnego bloku funkcyjnego napisanego za pomocą oprogramowania CoDeSys. Ten blok funkcyjny został napisany przez inżynierów z firmy IMSB, którzy po wykorzystaniu go w innych projektach byli już zaznajomieni z CoDeSys, przy wsparciu technicznym ekspertów ds. oprogramowania z firmy Eaton.

Niesamowita precyzja i powtarzalność

Komentarz firmy IMSB odnośnie wyników osiągniętych przez nowy system był zdecydowanie pozytywny. Dokładność nowego systemu napełniania oceniono na podstawie kontroli poprzez zważenie każdej butelki, co po dłuższym okresie eksploatacji wykazało dokładność powyżej 99,5%. Ponadto powtarzalność i niezawodność operacji napełniania z łatwością przekroczyła rygorystyczne wymagania firmy.

Wyniki te uzyskano przy znacznie niższych kosztach niż w przypadku serwonapędowego systemu napełniania, który jest w stanie zapewnić podobną wydajność. Dla końcowych użytkowników firmy IMSB oznacza to, że mają możliwość nabycia maszyny z elektroniczną regulacją poziomu napełniania w cenie zbliżonej do maszyny regulowanej ręcznie. Oznacza to, że maszyna niemal natychmiast przełącza się między wielkościami butelek, pozwalając na znacznie bardziej elastycznie działanie i świadczenie lepszych usług Klientom.

Osmar Vieira, kierownik produkcji odpowiedzialny w firmie IMSB za elektrotechnikę podsumował, „Kiedy korzystaliśmy z serwonapędów, koszt automatyzacji był po prostu zbyt wysoki dla wielu potencjalnych użytkowników naszych maszyn. Firma Eaton zaoferowała jednak kompletne rozwiązanie w zakresie automatyzacji i napędów, które naprawdę zaskoczyło nas wszystkich pod względem wydajności i stosunku jakości do ceny. Jesteśmy tak bardzo zadowoleni, że znormalizujemy rozwiązanie firmy Eaton dla wszystkich przyszłych procesów produkcji naszych napełniaczy wolumetrycznych”.

Więcej informacji dostępnych jest na stronie www.eaton.pl. Aktualności dostępne są na kanale (@ETN_EMEA) komunikatora Twitter oraz na stronie firmy (Eaton) w serwisie LinkedIn.

 EA005624 - Image 1[1]

Rys. 1. Firma IMSB specjalizuje się w projektowaniu i produkcji urządzeń, które obejmują urządzenia do płukania, napełniania i zamykania.

 EA005624 - Image 2[1]

Rys. 2. System zaworów krzywkowych IMSB kontrolujący poziom napełnienia butelki lub worka z automatyczną regulacją.

 EA005624 - Image 3[2]

Rys. 3. W nowej generacji maszyn napełniających, przemienniki częstotliwości PowerXL DA1 kontrolują poziom napełnienia, a DC1 dopasowują optymalną prędkość dla przenośników wprowadzających i wyprowadzających.

 EA005624 - Image 4[2]

Rys. 4. Blok funkcyjny pozycjonowania firmy Eaton działa na XV100 HMI/PLC oraz może być zdalnie monitorowany i sterowany.

 


Informacje o firmie Eaton

Sektor elektryczny Eaton jest globalnym liderem w dziedzinie dystrybucji zasilania i zabezpieczenia obwodów; zabezpieczenia zasilania zapasowego; regulacji i automatyki; oświetlenia i bezpieczeństwa; rozwiązań strukturalnych i sprzętu instalacyjnego; rozwiązań do pracy w surowych i niebezpiecznych warunkach; a także usług inżynieryjnych. Dzięki swojemu zestawowi globalnych rozwiązań Eaton jest w stanie sprostać najbardziej krytycznym wyzwaniom w zarządzaniu zasilaniem elektrycznym dnia dzisiejszego.

Eaton to spółka zajmująca się dystrybucją energii, która w 2017 roku osiągnęła sprzedaż rzędu 20,4 mld USD. Zapewniamy wydajne energetycznie rozwiązania, które pomagają naszym klientom zwiększyć efektywność i bezpieczeństwo oraz zrównoważyć zużycie energii elektrycznej, hydraulicznej i mechanicznej. Eaton pragnie poprawiać jakość życia i dbać o środowisko poprzez technologie i usługi związane z dystrybucją energii. Eaton zatrudnia około 96 000 pracowników i sprzedaje produkty klientom w ponad 175 krajach. Więcej informacji można uzyskać na stronie www.eaton.eu.


Kontakt dla czytelników:
Eaton Electric Sp. z o.o., Biuro Warszawa,
ul. Krakowiaków 34,
02-255 Warszawa, Poland.
Tel: +48 22 320 5050,
Email: pl-warszawa@eaton.com


Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *