Flexibel in Position

Positionsanzeigen mit IO-Link für Verpackungsanlagen

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18.06.2020 Damit Schlauchbeutel- und Kartoniermaschinen flexibel einsetzbar sind, kommt es auch auf eine optimierte Anpassung der Anlage an wechselnde Verpackungsformate an. Der Verpackungsanlagen-Hersteller Rovema setzt dabei auf eine überwachte Formatverstellung mithilfe elektronischer Positionsanzeigen mit IO-Link.

Entscheider-Facts

  • Um ausreichend flexibel zu sein, müssen Verpackungsmaschinen sich auf unterschiedliche Produkte einstellen lassen. Das Umrüsten kann jedoch aufwendig und fehleranfällig sein.
  • Die vorgestellte Lösung basiert auf Positionsanzeigen mit IO-Link, die die Einstellung der Verstellpunkte an der Maschine automatisch überwachen und korrekt erfolgte Umstellung anzeigen.
  • Im Anwendungsbeispiel reduzierte diese Art der Positionsanzeige sowohl die Umrüstenzeiten als auch den Dokumentationsaufwand bei gleichzeitig höherer Sicherheit.
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Die ETIL-Endverpackungsmaschine für Trays mit Deckel ermöglicht einen besonders präzisen und produktschonenden Verpackungsprozess. Optional können elektronische Siko-Positionsanzeigen zur überwachten Formatverstellung integriert werden.
(Bilder: Rovema GmbH)

Pulverförmige Milchnahrung für Babys ist ein sensibles Produkt, das schonend und sicher in entsprechende Folienbeutel und Umverpackungen abgefüllt werden muss. Die Verpackungslogistik dahinter muss bis ins Kleinste durchdacht sein. Rovema bietet für derlei Verpackungsprozesse umfassende Turn-Key-Systeme an, von der Primärverpackung in Schlauchbeuteln über die präsentationsgerechte Sekundärverpackung für den Verkauf bis hin zur Tertiärverpackung für den Transport.

Flexibel bei der Formatverstellung

Wichtig bei komplexen Anlagensystemen ist, trotz spezifischer Produktcharakteristika möglichst flexibel zu sein, um verschiedene Varianten von Produkten, Schlauchbeutel- und Kartongrößen produzieren zu können. Es kommt also auf eine reibungslose Formatverstellung bei verschiedenen Verpackungsgrößen an, um möglichst effizient und prozesssicher zu produzieren. Der Verpackungsmaschinen-Anbieter setzt hier sowohl bei den Kartoniermaschinen als auch bei den Schlauchbeutelmaschinen auf die elektronische Positionsanzeigen AP10 mit IO-Link-Schnittstelle von Siko zur überwachten und sicheren Formatverstellung.

Innerhalb einer solchen Turn-Key-Anlage, wie Rovema sie für die Verpackung von Babynahrung konzipiert hat, können bis zu 40 Verstellpunkte nötig sein, um alle Funktionen auf eine Produktvariante anzupassen. Die Verstellung mit rein mechanischen Positionsanzeigen ist sehr anfällig für Fehler und Ungenauigkeiten. Bevor der Betreiber zur jetzigen elektronischen Lösung griff, waren bereits ähnliche Wettbewerbsprodukte im Einsatz, die jedoch einen zusätzlich eingebundenen Controller benötigten. Dies war umständlicher zu verbinden und zudem die teurere Lösung.

Mit der Schnittstelle lassen sich die Kosten für den Controller sparen und die Positionsanzeigen als IO-Link-Devices viel einfacher in die Maschinensteuerung integrieren. Ingo Hamel, Head of Innovation R&D bei Rovema, erläutert: „IO-Link ist ein Kommunikationsstandard, der sich im Automatisierungsbereich immer stärker durchsetzt und bei uns bereits als Schnittstelle für Sensorik, aber auch Aktorik verstärkt eingesetzt wird. Daher war es naheliegend, dies auch für die Formatverstellung anzudenken.“ Moritz Müller, Produktmanager PositionLine bei Siko, nahm die Anregung gerne auf: „Wir arbeiteten ebenfalls bereits mit IO-Link und entwickelten so die AP10 mit IO-Link-Schnittstelle, die einfach und sicher in Maschinensteuerungen zu integrieren ist.“

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In Kartoniermaschinen gibt es zahlreiche Verstellpunkte, die bei Formatwechseln mithilfe elektronischer Positionsanzeigen bequem und prozesssicher angepasst werden können.

Vom Pulver zum Umkarton

Bei der eingangs erwähnten Gesamtanlage wird Babynahrung in Pulverform in Packungsgrößen von 200 bis 800 g verpackt. Zunächst wird das Pulver parallel in zwei Schlauchbeutelmaschinen in entsprechende Beutel gefüllt und auf zwei Bahnen dann einer horizontalen Kartoniermaschine zugeführt. Hier werden ein oder zwei Beutel in einer Faltschachtel platziert und mit
einem Dosierlöffel versehen, bevor die Schachtel verschlossen wird. Im Anschluss gelangen die ladenfertigen Schachteln in die Endverpackungsmaschine und werden in einen Transportkarton verpackt. Die letzte Station ist schließlich die kundenseitige Palettieranlage.

Entsprechend der jeweiligen Verpackungsgrößen müssen stets alle 40 Verstellpunkte entlang der Anlage auf die neuen Maße angepasst werden. Die meisten Verstellpunkte liegen hierbei im Bereich Kartonierer und Endverpackung, weniger bei der Schlauchbeutelmaschine. Für ein neues Format wird das zugehörige Rezept in der Steuerung angewählt, wodurch alle elektronischen Positionsanzeigen die neuen Sollwerte direkt über die IO-Link-Schnittstelle mitgeteilt bekommen und diese auf dem hinterleuchteten Display gut lesbar anzeigen. Die LEDs der Anzeigen schalten umgehend auf Rot, da nun die aktuelle Position nicht mehr stimmt. Der Bediener stellt jetzt mechanisch alle entsprechenden Punkte auf die neuen Werte ein – ein weiterer ergonomischer Vorteil: Die Positionsanzeige signalisiert über die LEDs und das LCD mit entsprechenden Pfeilen die Richtung zum Sollwert, sodass klar ersichtlich ist, wohin der Bediener verstellen muss.

Stimmen Position und Sollwerte dann genau überein, wechselt die LED-Anzeige auf Grün: Position erreicht. So wird mit allen rot leuchtenden Positionsanzeigen verfahren, um schließlich das neue Produkt starten zu können. Die Vorteile für die Bediener liegen auf der Hand: keine Zettelwirtschaft mehr, keine langen Wertelisten, die es abzuhaken und zu dokumentieren gilt, sondern alle Werte liegen elektronisch schon vor und werden direkt an die Positionsanzeigen übermittelt. Zudem erfolgt die Verstellung viel schneller und auch sicherer, da die Rückmeldung der LED-Leuchten eindeutig ist. Die Anlage lässt sich nur dann wieder starten, wenn alle entsprechenden Positionsanzeigen grün leuchten.

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Elektronische Positionsanzeigen AP10 von Siko für Formatverstellungen: Die Status-LEDs leuchten grün, da Ist- und Soll-Wert exakt übereinstimmen.

IO-Link auf dem Vormarsch

Tatsächlich wird den Positionsanzeigen für die Sollwerte in diesem Fall um einen nominalen Wert herum ein gewisser Toleranzbereich vorgegeben, innerhalb dessen der Bediener Feinjustagemöglichkeiten hat und die Positionsanzeigen grün leuchten. Verlässt er den Bereich, schaltet die Anzeige auf Rot um. Dieser Spielraum kann bei Packmittelschwankungen im Kartonagebereich vorteilhaft sein. Wenn Temperaturen bei Heißleim schwanken oder eine Kartonage etwas stärker gerillt ist, dann kann es sinnvoll sein, z. B. die Führungen oder einen Anpressdruck von einem Faltwerkzeug leicht anzupassen. Laut Ingo Hamel wird diese Feinjustage von den Bedienern, die Anlage und Produkt am besten kennen, begrüßt: „Der Toleranzbereich erlaubt den Bedienern eine selbstständige Beurteilung der Situation und Handlungsspielraum. So werden die Prozesse effizienter und der Mitarbeiter fühlt sich einbezogen.“

IO-Link ist ein Kommunikationsstandard, der international auf dem Vormarsch ist. Wer IO-Link für seine Automation nutzt, profitiert von vielen Vorteilen. Als standardisiertes Kommunikationsprotokoll, das einer internationalen Norm unterliegt, ist IO-Link herstellerunabhängig. Entsprechend können dazu Devices und Master als Kommunikationsteilnehmer entwickelt werden. Die Integration ist über einfache Punkt-zu-Punkt-Verbindungen auf der untersten Netzwerkebene möglich und der Verdrahtungsaufwand im Vergleich zu Feldbusschnittstellen äußerst gering. Die AP10-Anzeigen gelten als IO-Link-Devices, die jeweils an einem Port an einen IO-Link-Master angesteckt werden, der in der Regel acht Ports umfasst.

Vom Master aus verläuft die Kommunikation mit der Steuerung über ein anderes Hochleistungsprotokoll, in diesem Fall SERCOS III (auch EtherNet/IP ist bei Rovema häufig im Einsatz). Die Gründe dafür, nicht durchgängig für die Kommunikation z. B. EtherNet/IP zu verwenden, nennt Moritz Müller: „IO-Link ist die wesentlich kostengünstigere Schnittstelle, die zudem deutlich geringere Anforderungen an die Verdrahtung stellt und somit einfach angeschlossen werden kann.“ Ingo Hamel bestätigt die einfache Integration: „Wir waren sehr angetan, dass gleich die ersten Inbetriebnahmen auf Anhieb funktionierten – ohne großen Verkabelungsaufwand und mit einer einfachen Parametrierung und Integration in die Steuerung.“ Hinzu kommt laut Moritz Müller auch eine einfache Diagnosefunktion. Es wird über IO-Link schnell ersichtlich, welches Gerät womöglich einen Fehler hat oder optimiert werden müsste. Dazu können die Positionsanzeigen im laufenden Betrieb ausgetauscht werden, ohne umständlich einen ganzen Netzwerkring aufzutrennen. Dank der sternförmigen Steckverbindung zum IO-Link-Master lässt sich das betroffene Gerät einfach abstecken und durch ein neues ersetzen. Die Parametrierung kann dann vom IO-Link-Master aus direkt in das neue (bau-gleiche) Gerät geladen und somit übernommen werden.

Bei allen Rovema-Maschinen und -Systemen sind die elektronischen Positionsanzeigen zur überwachten Formatverstellung eine Option – die von Kundenseite sehr gut angenommen wird. Der Kunde der Verpackungsanlage für Infant Formula ließ alle 40 Verstellpunkte mit AP10-Anzeigen ausrüsten, weil die Rovema-Argumente überzeugten: schnellere Umrüstzeiten und viel geringerer Dokumentationsaufwand, da alles elektronisch hinterlegt und abrufbar ist. Der wichtigste Vorteil ist die deutlich gestiegene Prozesssicherheit durch das Rot-/Grün-LED-System; Fehleinstellungen können nicht mehr vorkommen. Tatsächlich nutzen inzwischen ca. 50 Prozent der Rovema-Kunden bei der Kartonier- und Endverpackungstechnik diese Option zur überwachten Formatverstellung.

 

Heftausgabe: Juni 2020

Über den Autor

Michaela Wassenberg, freie Journalistin
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