Analýza trhu - Priemysel 4.0
Praktický sprievodca priemyselnou robotikou

Moderné systémy pri výrobe stolových vôd v spoločnosti Slovenské pramene a žriedla, a. s.

Zlatá Studňa, s.r.o., ako jedna zo súčastí spoločnosti Slovenské pramene a žriedla, a.s. začala podnikať v oblasti nápojového priemyslu v roku 1990. Pri rozbehu výrobného závodu v Širokom neďaleko Prešova padlo rozhodnutie nakúpiť časť výrobných zariadení „z druhej ruky“. Dôvodom bola úspora financií a viera v zručnosť pôvodných zamestnancov.
Moderné systémy pri výrobe stolových vôd v spoločnosti Slovenské pramene a žriedla, a. s.

Spolu s tímom šikovných technikov sa nakúpené stroje repasovali a zmodernizovali. Išlo o stroje na vyfukovanie plastových fliaš, plnenie, etiketovanie, balenie, ale aj dopravníkové cesty. „Začínali sme s linkami s hodinovým výkonom tisíc až dvetisíc fliaš, dnes sú už však v prevádzke novšie linky s podstatne vyšším výkonom – 15- až 30-tisíc fliaš za hodinu,“ hovorí Štefan Košár, hlavný konštruktér technologických celkov v spoločnosti.

Voda z prírodných prameňov sa antikorovými potrubiami privádza do závodu, kde sa upraví a spracuje. Následne prechádza cez mixér, v ktorom sa dosýti alebo dochutí podľa požiadavky. Samotná výrobná linka sa začína vyfukovačkou plastových fliaš, ktorá z nakupovaných a zohriatych predliskov „vyfúkne“ do formy finálny tvar PET fľaše. Za vyfukovačkou nasleduje plniaci stroj, ktorý naplní do fľaše požadovaný objem a zatvorí fľašu vrchnákom. Objem fliaš, ktoré sa plnia, sa pohybuje od 0,5 až do 2 litrov. Dopravníkmi sa fľaše dostávajú na etiketovačku, ktorá umiestni na každú fľašu etiketu a následne sa fľaše posúvajú na baličku. Tu sa podľa litráže fliaš vytvárajú balíky z dvanástich alebo zo šiestich fliaš.

Spoločnosť Slovenské pramene a žriedla, a. s., si okrem strojných zariadení, ktoré nakúpila ako nové alebo použité, skonštruovala zvyšné technologické zariadenia svojpomocne. Ide najmä o dopravníkové cesty a časti baliacej linky. Tím technikov sa z hľadiska prvkov automatizácie a riadenia rozhodol pre produkty spoločnosti B&R. Samotný návrh a projektovú dokumentáciu jednotlivých častí technológie si robia sami, pre strojnú časť používajú CAD systém Solid Edge a Autocad, na návrh elektročastí používajú softvérovú platformu EPLAN. V súčasnosti používajú najnovšiu verziu EPLAN, pričom majú dokúpené aj rozšírenie na prácu s PLC a jednopólovými schémami. S EPLAN-om sú projektanti veľmi spokojní najmä pre veľmi dobrú podporu od výrobcu. „K jednotlivým dielom, ktoré v rámci našich návrhov používame, si môžem z internetu stiahnuť potrebné makrá. Ak napr. potrebujeme zaradiť do návrhu nejakú V/V kartu od B&R, zadáme vo vyhľadávači EPLAN sériové číslo tejto karty, následne máme už k dispozícii potrebné makro s presne označenými vstupmi a výstupmi a môžeme ho rovno použiť v projekte. Zatiaľ používame EPLAN Electric, ale perspektívne zvažujeme aj využitie EPLAN Fluid na projektovanie toku médií,“ spresňujú projektanti. Oživenie a programovanie riadiacich systémov a pohonov B&R sa realizovalo prostredníctvom softvérovej platformy Automation Studio takisto od B&R.

Vzduchový dopravník pred plniacim strojom a riešenia transferu fliaš

Za vyfukovačkou sa fľaše prepravujú k plničke pomocou tzv. vzduchového dopravníka. Jeho výhodou je to, že fľaše nie sú nijako mechanicky upnuté, a preto pri vzájomnom náraze dvoch fliaš nedochádza k ich poškodeniu či deformácii. Fľaše sú na dopravníku prichytené vo vodiacich koľajničkách za hrdlo a prúd vzduchu ich posúva vpred. Prúd vzduchu je generovaný ventilátorom, ktorého otáčky riadi frekvenčný menič ACOPOS P74 od B&R. Veľkosť otáčok ventilátora sa riadi na základe objemu fliaš, ktoré sa momentálne spracúvajú, alebo na základe informácie zo snímačov o obsadenosti dopravníkov. Ďalšie snímače sú zase určené na udržiavanie minimálneho alebo maximálneho množstva fliaš na dopravníku. Na základe údajov z týchto snímačov sa riadi chod vyfukovačky, príp. plniaceho stroja. Ak napr. dôjde k odstaveniu plniaceho stroja, snímače posielajú informáciu do nadradeného PLC Power Panel 500 od B&R, ktorý odstaví vstup do vyfukovacieho zariadenia alebo tento uzol odstaví úplne. Môže nastať aj opačný prípad, keď je na vstupe plniaceho stroja nedostatok fliaš; potom PLC spomalí jeho chod a čaká sa na dodanie minimálneho množstva fliaš z vyfukovacieho stroja. Ak sa tak nestane v predpísanom časovom úseku, plniaci stroj sa odstaví a čaká na doplnenie fliaš na jeho vstupe. Na sledovanie obsadenosti dopravníkov sa najviac osvedčili optické snímače. Komunikáciu frekvenčných meničov s nadradeným systémom zabezpečuje zbernica Ethernet Powerlink, ktorá priamo umožňuje ich konfigurovanie a diagnostiku. Na každé tri až štyri metre dopravníka je nasadený jeden frekvenčný menič, ktorý riadi motor poháňajúci príslušnú časť dopravníka. Na vzduchovom dopravníku je týmto spôsobom nainštalovaných osem frekvenčných meničov.

V súčasnosti sa v závode už od vzduchových dopravníkov najmä z hygienických dôvodov pomaly ustupuje, pričom snahou je spojiť vyfukovací stroj s plniacim priamo, pomocou tzv. transferových hviezd. Ide o sústavu rotujúcich kolies poháňaných servomotormi. Tie pomocou uchopovačov špeciálne vyrobených pre PET fľaše preberajú fľaše z foriem vyfukovacieho stroja a po prechode sústavou vzájomne synchronizovaných kolies ich odovzdajú na vstupe plniča. Toto riešenie je celé postavené na servozosilňovačoch a servomotoroch B&R. Výhodou riešenia je možnosť úplného uzavretia priestoru medzi vyfukovacím a plniacim strojom, pričom tento priestor je vyplnený sterilným vzduchom. Toto riešenie zabezpečuje sterilitu PET fľaše od jej vyfúknutia až po naplnenie. Na tento systém tzv. vyfukovaco-plniacich blokov postupne prejdú vo všetkých závodoch holdingu.

Dopravník za plniacim strojom

V plniacom stroji sa prázdne fľaše plnia požadovaným obsahom a uzatvárajú vrchnákom. Výška naplnenia fľaše sa sleduje pomocou snímača výšky hladiny. Prítomnosť a správnosť nasadenia vrchnáka a prítomnosť poistky na vrchnáku kontroluje kamerový systém od spoločnosti Sick. Ak sa porovnanie s etalónom nezhoduje, takáto fľaša je následne z linky vytlačená vzduchovým piestom. V tejto časti treba aj pomocou informácií z enkodéra synchronizovať čas tak, aby došlo k vyradeniu chybnej fľaše za plnej prevádzky. Za plniacim strojom sa nachádza valčekový jednoradový dopravník, ktorý sa aj v prípade fliaš nahromadených na jednom mieste pod nimi posúva ďalej bez toho, aby dochádzalo k deformácii alebo prevracaniu fliaš. V rámci dopravníka za plniacim strojom je umiestnený aj tzv. akumulačný stôl. Ide akoby o rozšírenie z jedného na dvadsať vedľa seba zaradených dopravníkov. Akumulačný stôl slúži na to, aby napr. v prípade zastavenia etiketovačky pre chýbajúci alebo poškodený pás s etiketami nebolo potrebné odstaviť aj plniaci stroj. Počas výmeny pásu s etiketami sa fľaše hromadia na akumulačnom stole. Po spustení etiketovačky sa navýšené množstvo fliaš na jej vstupe „dobehne“ zvýšením výkonu lepenia etikiet. Na akumulačnom dopravníku sú umiestnené indukčné alebo optické snímače, ktoré snímajú polohu výkyvných manžiet. Ak je na manžety vytvorený tlak nahromadených fliaš, je to signál toho, že je zaplnený akumulačný stôl, príp. že treba zvýšiť výkon etiketovacieho stroja. Takisto môže táto informácia slúžiť na zrýchlenie, resp. spomalenie plniaceho stroja. Z akumulačného dopravníka sa fľaše rozradia najprv do štvorradu a po prejdení cez tzv. beztlakový stôl sa nasmerujú do jedného radu; zároveň stôl udržiava konštantný tlak fliaš na vstupe do etiketovačky. Na riadenie pohybu tejto časti dopravnej cesty je nasadených ďalších 25 frekvenčných meničov.

Etiketovací stroj

Na vstupe etiketovacieho stroja je závitovkový dopravník, ktorý naberá fľašky do presne stanovených rozstupov, aby ich bolo možné presne umiestniť do karuselového držiaka. Na vstupe do etiketovacieho zariadenia sa nachádza šesť dopravníkov, z ktorých každý je poháňaný vlastným motorom. Každý dopravník ide vzhľadom na svojho suseda vyššou rýchlosťou, t. j. ako keby sa obiehali. Pomocou troch optických snímačov umiestnených na vstupe do etiketovačky sa regulujú motory poháňané beztlakový stôl. Na výstupe z etiketovacieho stroja idú fľaše v jednom rade a následne prichádzajú na akumulačný stôl. Sledovanie jeho obsadenosti je podobné, ako bolo opísané vyššie pri plniacom stroji.

Baliaci stroj a paletizácia

Na vstupe do baliaceho stroja prichádzajú fľaše v troch radoch po dve fľaše. Opäť treba zabezpečiť, aby boli dopravníky úplne zaplnené a aby bolo možné vytvoriť plnohodnotný balík. Prítomnosť fľaše v každom rade kontrolujú opäť snímače. Pri 1,5 a 2-litrových fľašiach sa naraz spravia dva balíky po šesť fliaš, pri menšom objeme sa balia naraz dva balíky každý po 12 fliaš. Na výstupe baliaceho stroja sú balíky polohované bočnicami tak, ako sa budú následne ukladať na paletu. Natočenie balíkov závisí od formátu fliaš, ktoré z baliaceho stroja vychádzajú. Polohovanie bočníc zabezpečujú servomotory ovládané servopohonmi. Len čo je paleta s balíkmi fliaš naplnená, prechádza do ovinovacieho stroja, kde sa celá paleta ovinie fóliou, čím sa zabezpečí jej stabilita počas prepravy. Palety prechádzajú po dopravníku na akumulačný stôl. Ak obsluha odberu neprevezme okamžite zabalenú paletu na vysokozdvižný vozík, zostáva na akumulačnom stole. Kapacita akumulačného stola je cca päť kompletne naložených paliet. Vďaka tomuto riešeniu netreba odstaviť stroje pred baliacim strojom v prípade výmeny baliacej fólie alebo etikiet.

HMI

V rámci výrobnej linky sa nachádzajú dva operátorské panely Automation Panel 900 od B&R. Jeden je umiestnený pri vyfukovacom a plniacom stroji, ktoré sa nachádzajú blízko seba. Ide o multifunkčné zariadenie, na ktorom beží VNC klient a tiež vizualizácia linky. Operátor si prostredníctvom tohto rozhrania dokáže navoliť požadované formáty fliaš či zmeniť nastavenie frekvenčných meničov.

Na celej linke vo výrobnom závode v Širokom je 56 samostatných dopravníkov, každý poháňaný jedným motorom a ku každému motoru je pripojený frekvenčný menič. V časti paletizácie je nasadených ďalších 10 frekvenčných meničov a dva servomeniče. V rámci riešenia bolo použitých aj cca 20 modulov vzdialených V/V X20. Použili sa rýchle vstupné karty s taktovacou frekvenciou 50 kHz najmä na čítanie signálov z enkodérov.

Využitie výťahových dopravníkov vo výrobnom závode Budiš

Zaujímavou je aj aplikácia, ktorá sa zrealizovala vo výrobnom závode Budiš, tiež patriaceho do spoločnosti Slovenské pramene a žriedla, a. s., (patria sem závody na plnenie pramenitých vôd v Širokom a Dobrej Vode a závody na plnenie minerálnych vôd Fatra v Martine, Gemerka v Tornali a Budiš). Tím technikov zo spoločnosti General Plastic, a. s., (Patrí do koncernu WATER HOLDING, a. s., ktorý zastrešuje závody na plnenie vôd Slovenské pramene a žriedla, a. s., a spoločnosť General Plastic, a. s., venujúcu sa recyklácii plastov, produkcii PET predliskov a uzáverov a výrobe a inštalácii technologických celkov.) pod vedením technického riaditeľa Michala Harajdu tam zrealizoval zaujímavé riešenie – výťahovú prepravu hotových paliet. Tie sa z baliacej linky umiestňujú na dopravné cesty, ktoré ich dokážu nasmerovať na konkrétne miesta v sklade. Ich súčasťou sú aj výťahové dopravníky. Vzhľadom na to, že ide o vyhradené technické zariadenie, boli okrem najmodernejšej riadiacej techniky spoločnosti B&R použité aj prvky na riešenie celkovej bezpečnosti tohto technologického uzla, ako sú optické závory, bezpečnostné dverové spínače, hríbové tlačidlá, lankové spínače núdzového zastavenia a pod. Tieto bezpečnostné prvky sú cez bezpečnostné vzdialené V/V moduly X20SLX410 (12 V/V) pripojené do dvoch nadradených systémov Power Panel 500. Jeden z nich je vo funkcii riadiaceho systému a druhý sa používa ako komunikačný a vizualizačný terminál (zároveň slúži ako záloha riadenia v prípade výpadku prvého PLC). Výťah je určený na preklenutie výškových rozdielov medzi jednotlivými skladmi. Jeho pohyb zabezpečujú dva motory, každý s menovitým výkonom 5,5 kW, ovládané jedným 11 kW frekvenčným meničom. Spoločnosť B&R má pre tento typ aplikácie priamo v meniči zabudované riadiace algoritmy, ktoré využívajú signály z celkovo štyroch indukčných snímačov (dva v hornej a dva v dolnej pozícii výťahu). Prvý z dvojice snímačov spomaľuje chod motora a druhý zastaví motor úplne. Výťah sa tak bezpečne dostane do žiadanej pozície.

Technický tím okolo M. Harajdu zabezpečuje riešenia výrobných liniek, paletizácií a dopravníkových riešení nielen pre výrobné závody v Širokom, Budiši a ostatných podnikoch, ale ich ambíciou je ponúkať sofistikované riešenie od komplexného návrhu strojnej a elektrickej časti cez projektovú dokumentáciu až po samotnú inštaláciu a uvedenie do prevádzky aj pre externých zákazníkov.

Ďakujeme spoločnosti Slovenské pramene a žriedla, a. s., za možnosť realizácie reportáže a pracovníkom zo spoločnosti General Plastic, a. s., za odborný výklad.