Лучшая упаковка означает лучший доступ к лекарствам и продуктам питания. Сегодня треть продуктов питания в мире по-прежнему расходуется впустую, часто в результате ненадлежащей упаковки и хранения. Фармацевтический сегмент также является одним из движущих факторов, с динамичным ежегодным глобальным ростом примерно на 9%.
В то же время более сложные вещества и все более строгие требования производителей и законодателей предъявляют растущие требования к упаковочной промышленности.
Типичные области применения включают
Ключевые проблемы
Традиционно мы рассматриваем автоматизацию как средство повышения эффективности крупносерийных производственных процессов. Мы визуализируем производственные линии, работающие быстро и эффективно с минимальным вмешательством человека.
Но автоматизация также позволяет настраивать систему обработки с помощью быстрого изменения параметров меню на панели управления, что делает возможным все меньшее и меньшее количество партий. Такая гибкость необходима в условиях меняющихся потребительских предпочтений – новые вкусы возникают из-за заботы о здоровье и стоимости. Теперь у нас есть органические, без глютена, сахара, с низким содержанием жира, высоким содержанием клетчатки, низким содержанием натрия и кофеина варианты многих продуктов. Пищевые компании и розничные торговцы требуют расширения ассортимента размеров порций и форматов упаковки.
Первичная упаковка — самая сложная задача в упаковочной промышленности. В этих машинах упаковочный материал соприкасается с продуктом с максимально возможной скоростью; в результате уровень точности напрямую влияет как на качество продукта, так и на использование сырья. Разработанные для обеспечения максимальной гибкости, линии также отличаются высокой скоростью смены продукта — от небольших упаковок на ходу до больших семейных упаковок. Линии оснащены оборудованием для горизонтальной поточной упаковки и вторичной упаковки.
Функции высокоскоростной упаковочной машины, такие как тиснение кода и отбраковка некачественного продукта, также должны быть синхронизированы с управлением движением для достижения абсолютной точности. Значительная часть следующей волны повышения производительности будет обеспечена информацией, доступ к которой можно получить из HMI и по всей линии упаковки.
Упаковочные машины относятся к одному из наиболее энергоемких секторов машиностроения. В Германии, по данным Quest TechoMarketing, они занимают второе место по этому показателю в 10 секторах машиностроения, а на упаковочные машины приходится 16% от общего объема внедренных технологий электронного привода, и этот показатель растет примерно на 9% в год. Подавляющее большинство электронных приводов, используемых в упаковочных машинах, являются инверторными приводами переменного тока, с небольшими долями для приводов постоянного тока и линейных приводов. В исследовании также отмечается, что производители упаковочных машин редко используют сервоприводы со встроенным ПЛК.
Одной из характеристик обычных упаковочных машин является большой шкаф управления вне основной конструкции машины. Контроллеры внутри этого шкафа соединены с приводами, датчиками и клапанами множеством кабелей и трубок длиной в несколько метров. Интересной тенденцией является уменьшение занимаемой площади машины за счет интеграции шкафов управления с электрическими и пневматическими компонентами в саму машину, такими как углы опоры. Такая компактная конструкция машины помогает свести к минимуму прокладку кабелей и облегчает доступ к вспомогательным устройствам.
Проектирование и сборка современной панели управления — дело сложное и отнимающее много времени. Производители панелей не только должны соблюдать более строгие международные и местные правила, но и постоянно требуют увеличения сроков выхода на рынок и поддержания конкурентоспособности. В то же время они сталкиваются с серьезной нехваткой рабочей силы, особенно квалифицированных работников. По мере того как все больше функциональных возможностей втискивается в и без того узкие конструкции, количество устройств, используемых в панелях управления, увеличивается. И тенденция состоит в том, чтобы уменьшить размеры или втиснуть больше функциональности в существующие панели.
Переход на стандартную высоту компонентов, уменьшение размеров компонентов, простые системы ввода проводов и электронные библиотеки данных — вот некоторые из доступных средств. Многие из этих факторов указывают на то, что, насколько это возможно, следует работать с одним поставщиком компонентов, но противоречивым вопросом является желательность интеграции компонентов автоматизации от целого ряда поставщиков.
Было время, возможно, 20 лет назад, когда международные стандарты не позволяли достичь желаемого сейчас уровня интеграции и подключения, потому что технологий не существовало. Спецификации этой эпохи просто больше не актуальны.
В области программирования управления стандарт IEC 61131-3 с годами незаметно превратился в общепринятый глобальный стандарт. IEC 61131-3 — это стандарт, определяющий языки программирования для ПЛК, встроенных элементов управления и промышленных ПК, гармонизирующий приложения независимо от конкретных диалектов, но все же основанный на известных методах, таких как список инструкций по текстовым языкам программирования и структурированный текст, функциональная блок-схема графических языков программирования и лестница, а также инструмент структурирования Последовательная функциональная диаграмма.
PLCopen — независимая организация, члены которой специализируются на промышленной автоматизации. Она была основана в 1992 году, сразу после публикации всемирного стандарта программирования IEC 61131-3. Рынок средств управления в то время был очень неоднородным рынком с различными типами методов программирования для множества различных ПЛК.
Работа сосредоточена вокруг технических спецификаций, относящихся к IEC 61131-3, создания спецификаций и реализаций с целью снижения затрат. Результаты включают стандартизированные библиотеки для различных областей применения, согласованные уровни языкового соответствия и инженерные интерфейсы для обмена. Эксперты членов PLCopen организованы в технические комитеты и определяют открытые стандарты совместно с конечными пользователями.
Сегодня IEC 61131-3 является общепринятым стандартом программирования, и многие промышленные компании, производящие программное и аппаратное обеспечение, предлагают продукты, основанные на этом стандарте, которые в конечном итоге используются во многих различных машинах и других областях применения.
Этот подход к программированию полностью совместим с концепцией шаблонов HMI и доступом к обслуживаемым пользователем элементам системы управления из HMI. Это также совместимо с системами управления на основе рецептур, в которых предварительно запрограммированные рецепты выбираются из HMI и где параметры могут быть скорректированы для получения различных размеров, вкусов и форм продуктов — и все это без изменения программы.
Программное обеспечение также помогает производителям оборудования настраивать и программировать упаковочные приложения, которые требуют точной синхронизации, настройки камеры, регистрации, электронного зацепления, сортировки, роботизированного планирования траектории и динамической синхронизации ленты. Среда программирования с открытой архитектурой также поддерживает использование рекомендаций OMAC по упаковке, таких как PackML (Язык упаковочных машин), отраслевой технический стандарт для управления упаковочными машинами. Основная цель PackML — обеспечить общий “внешний вид” и согласованность в работе всех машин, входящих в состав упаковочной линии
Использование OMAC PackML и связь между несколькими платформами управления по одной сети и протоколу позволяет избежать необходимости в линейном ПЛК для координации оборудования. Это удовлетворяет потребность владельцев упаковочных линий в конечном счете требовать большей совместимости промышленных сетей, если не для управления отдельными машинами, то для связи между машинами и системами управления. Для коммуникаций, которые не требуют детерминизма, достаточно TCP/IP и OPC. Для того чтобы сети управления линией могли синхронизировать производственный поток и лучше балансировать линию, а также для новых приложений, таких как сетевая безопасность, должен быть лучший способ.
К сожалению, универсальной шины устройств или промышленного Ethernet не существует. Это проявилось в 1990-х годах, когда доминирующие в регионе поставщики создали стандарты де-факто на своих соответствующих рынках. Ситуация была такой, как если бы Apple и Microsoft контролировали доступ в Интернет вместо истинных стандартов, таких как HTML.
В результате большое количество поставщиков средств управления теперь поддерживают все основные разновидности промышленного Ethernet, в то время как другие признают только свои собственные протоколы. Ирония этой ситуации заключается в том, что последние искусственно затрудняют связь через стороннюю сеть, в то время как первые могут легко взаимодействовать в среде нескольких поставщиков независимо от сети.
Робототехника — один из самых быстрорастущих рынков в упаковочной промышленности. По сравнению с десятилетней давностью роботы стали быстрее, надежнее и доступнее.
Упрощение и ускорение внедрения роботизированных упаковочных систем с помощью программного обеспечения — это тема, которая дорога сердцам всех крупных поставщиков средств автоматизации. Это позволяет машиностроителям быстрее и эффективнее разрабатывать свои элементы управления для их конкретного применения с помощью параметризации, а не программирования. Он включает в себя встроенные готовые функциональные блоки роботов, соответствующие стандарту IEC 61131, и другие технологические функции, специфичные для конкретного приложения, которые могут помочь сократить рутинную работу.
Многие производители упаковочных машин вкладывают значительные средства в интеграцию робототехники в свои машины. Вместо того, чтобы создавать машины на основе автономного робота с собственным контроллером «черного ящика», инновационные производители интегрируют конструкции роботов в свои машины и управляют всей машиной с помощью одного программируемого контроллера. Повышение производительности в сочетании с упрощением взаимодействия элементов управления привело к повышению рентабельности инвестиций до уровня, который может быть оправдан большим количеством конечных пользователей.
Предполагаемый результат — более высокая производительность и система, которую проще программировать, вводить в эксплуатацию и обслуживать.
Традиционные программируемые контроллеры (ПЛК) также заменяются управлением на базе ПК из-за их способности легко реализовывать алгоритмы комплектации на субмиллисекундных скоростях, которые в настоящее время требуются для современной роботизированной упаковки.
Системы управления на базе ПК могут экономически эффективно заменить дорогостоящие специализированные контроллеры роботов готовым контроллером и стандартным программным обеспечением, которое фактически может управлять всей машиной, включая роботизированную часть приложения.
