IO-Link für Verpackungsanlagen – überwachte Formatverstellung mithilfe von Positionsanzeigen

Pulverförmige Milchnahrung für Babys ist ein sensibles Produkt, das schonend und sicher in entsprechende Folienbeutel und ­Umverpackungen abzufüllen ist. Die Verpackungslogistik dahinter muss dabei bis ins Kleinste durchdacht sein. Rovema, einer der führenden Hersteller von Verpackungsanlagen unter anderem im Food-Bereich, bietet für derlei sensible Verpackungs­prozesse Turn-Key-Systeme (mit IO-Link) an, von der Primär­verpackung in Schlauchbeuteln über die präsentationsgerechte Sekundärverpackung für den Verkauf bis hin zur Tertiär­verpackung für den Transport.

IO-Link sorgt für mehr Effizienz

Bei solchen durchaus komplexen ­Anlagensystemen ist es wichtig, trotz spezifischer Produktcharakteristika über eine möglichst hohe Flexibilität zu verfügen, um verschiedenste 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. Rovema setzt hier sowohl bei den Kartoniermaschinen als auch bei den Schlauchbeutelmaschinen für eine überwachte und sichere Formatverstellung auf die elektronische Positionsanzeigen AP10 mit IO-Link-Schnittstelle von Siko, dem Spezialisten für industrielle Mess- und ­Antriebstechnik.

Innerhalb einer Turn-Key-Anlage, wie Rovema sie für die Verpackung von Infant Formula, das heißt Kindernährmitteln, konzipiert hat, können bis zu 40 Verstellpunkte nötig sein, um alle Funktionen auf eine Produktvariante anzupassen. Mit rein ­mechanischen Positionsanzeigen ist das Verstellen dieser Punkte anfällig für Fehler und Ungenauigkeiten.

Positionsanzeigen als IO-Link-Device

Bevor Rovema zur elektronischen Lösung von Siko griff, probierte das Unternehmen ähnliche Wettbewerbsprodukte. Allerdings benötigten diese einen zusätzlich eingebundenen Controller, was umständlicher zu verbinden war und sich zudem als die teurere Lösung herausstellte. Mit der AP10 von Siko mit IO-Link-Schnittstelle hingegen lassen sich die Kosten für den Controller sparen und die Positionsanzeigen als IO-Link-Devices einfacher in die Maschinensteuerung integrieren.

Quelle: Rovema GmbHQuelle: Rovema GmbH

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 und bei Siko anzufragen.“ Moritz Müller, Produktmanager Positionline bei Siko, nahm die Anregung gerne auf und ergänzt: „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.“

Vom Pulver zum Umkarton

Bei der eingangs erwähnten Gesamtanlage wird Infant Formula in Pulverform in Packungsgrößen von 200 bis 800 Gramm verpackt. Zunächst wird das Pulver parallel in zwei Schlauchbeutelmaschinen in entsprechende Beutel gefüllt und auf zwei Bahnen einer horizontalen Kartoniermaschine zugeführt. Diese platziert ein oder zwei Beutel in Faltschachteln und vor dem Verschließen noch einen Dosierlöffel. ­Anschließend kommt die Endverpackungsmaschine, die die ladenfertigen Schachteln in einen Transportkarton verpackt. Die letzte Station ist schließlich die kundenseitige ­Palettieranlage.

Für unterschiedliche Verpackungsgrößen muss der Maschinenbediener stets 40 Verstellpunkte entlang der Anlage auf die neuen Maße anpassen – die meisten davon beim Kartonierer und der Endverpackung, weniger bei der Schlauchbeutelmaschine. Für ein neues Format wählt er zunächst das zugehörige Rezept in der Steuerung an. Alle elektronischen Positionsanzeigen ­bekommen so über die IO-Link-Schnitt­stelle die neuen Sollwerte mitgeteilt, die auch auf dem hinterleuchteten Display zu sehen sind. Die LEDs der Anzeigen schalten umgehend auf Rot, da nun die aktuelle ­Position nicht mehr stimmt.

Jetzt stellt der Bediener mechanisch alle rot aufleuchtenden Punkte auf die neuen Werte ein. Die AP10 zeigt über die LEDs und das Liquid Crystal Display (LCD) ­anhand von Pfeilen die Richtung zum Sollwert, sodass klar ersichtlich ist, wohin er verstellen muss. Stimmen Position und Sollwerte 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: alle Werte liegen elektronisch vor und werden direkt an die Positionsanzeigen übermittelt – das heißt, keine Zettelwirtschaft mehr, keine langen Wertelisten, die es abzuhaken und zu dokumentieren gilt. Zudem erfolgt das Verstellen schneller und auch sicherer, da die Rückmeldung der LED-Leuchten eindeutig ist. Die Anlage lässt sich nur dann wieder starten, wenn alle Positionsanzeigen grün leuchten.

Spielraum für Feinjustierung

Den Positionsanzeigen für die Sollwerte wird um einen nominalen Wert herum ein gewisser Toleranzbereich vorgegeben, innerhalb dessen der Bediener Möglichkeiten zur Feinjustage hat und die Positionsanzeigen auch grün leuchten. Verlässt er den Bereich, schaltet die Anzeige auf Rot um. Dieser Spielraum kann bei Packmittelschwankungen wie etwa bei Kartonagen vorteilhaft sein. Wenn Temperaturen bei Heißleim schwanken oder eine Kartonage etwas stärker gerillt ist, kann es zum Beispiel sinnvoll sein, die Führungen oder einen Anpressdruck von einem Faltwerkzeug leicht anzupassen. Laut 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“, sagt er.

IO-Link ist auf dem Vormarsch

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 der Standard herstellerunabhängig. Entsprechend können dazu Devices und Master als Kommunikationsteilnehmer entwickelt werden. Die Integration ist über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen auf der untersten Netzwerkebene möglich und der Verdrahtungsaufwand im Vergleich zu Feldbusschnittstellen gering.

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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 zum Beispiel EtherNet/IP zu verwenden, erläutert Müller: „IO-Link ist die kostengünstigere Schnittstelle, die zudem geringere Anforderungen an die Verdrahtung stellt und ­somit einfach angeschlossen werden kann.“ 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 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 (baugleiche) Gerät geladen und ­somit übernommen werden.

Option, die ankommt

Bei allen Rovema-Maschinen und -Systemen sind die elektronischen Positionsanzeigen zur überwachten ­Formatverstellung eine Option – die von Kundenseite ­gerne 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 geringerer Dokumentationsaufwand, da alles elektronisch hinterlegt und abrufbar ist. Der wichtigste Vorteil ist die gestiegene Prozesssicherheit durch das Rot-/Grün-LED-System; Fehleinstellungen können nicht mehr vorkommen. Tatsächlich nutzen inzwischen zirka 50 Prozent der Rovema-Kunden bei der Kartonier- und Endverpackungstechnik diese Option zur überwachten Formatverstellung.

Michaela Wassenberg arbeitet als freie Journalistin im Auftrag von Rovema und Siko.

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