STEROWANIE PROCESEM PAKOWANIA PRODUKTÓW POCHODZENIA ROLNICZEGO

Transkrypt

1 Acta Sci. Pol., Technica Agraria 4(1) 2005, STEROWANIE PROCESEM PAKOWANIA PRODUKTÓW POCHODZENIA ROLNICZEGO Henryk Juszka, Marcin Tomasik Akademia Rolnicza w Krakowie Streszczenie. Przedstawiono kierunki rozwoju nowoczesnych struktur sterowania maszynami pakujcymi. Opracowano system automatyzacji systemu pakowania produktów, na który składa si schemat automatyzacji, algorytm sterowania. Zaprogramowano aplikacj realizujc opisywany proces dla sterownika logicznego. Obiekt bada stanowiła linia pakowania mniejszych opakowa z produktami pochodzenia rolniczego do opakowa zbiorczych. Modyfikacja polegała na wprowadzeniu czujników optycznych wysyłajcych sygnały wejciowe do sterownika PLC, który zaprogramowano w jzyku drabinkowym (LD). Na podstawie informacji z wagi ISHIDA system dobiera odpowiedni algorytm sterujcy. Prezentowane rozwizanie odpowiada wymaganiom stawianym liniom pakujcym, polegajcym na moliwoci własnych integracji i póniejszych modyfikacji. Słowa kluczowe: pakowanie, programowanie, sterownik PLC WSTP Brana maszyn pakujcych oczekuje na przyjcie jednoznacznych standardów budowy maszyn. Tymczasem uytkownicy wprowadzaj własne standardy, ułatwiajce integracj poszczególnych maszyn w kompleksowe linie oraz dopuszczaj własn integracj w póniejsze modyfikacje. Coraz czciej klienci ycz sobie przygotowania maszyny pakujcej czy innych elementów linii do moliwoci przekazu informacji, przeznaczonych do innych urzdze przed lub za maszyn. Aktualnie rozwój maszyn i urzdze rozumiany jest szerzej, bowiem obok elementów technicznych i ekonomicznych rozwaa si równie, czynniki ekologiczne [Kurczewski i Kłos 2003]. Konieczne jest zatem odpowiednie wyposaenie automatów pakujcych, które zapewni nie tylko odpowiedni poziom higieny, ale równie powtarzalno porcji i minimalne straty produktu. W celu zachowania cigłoci procesu produkcyjnego niezbdny jest minimalny zakres i czas przezbrajania maszyny. Coraz czciej stosowane s wielofunkcyjne systemy pakowania produktów w kompletnych zautomatyzowanych liniach technologicznych [Juszka i in. 2003]. Corresponding Author Adres do korespondencji: Henryk Juszka, Marcin Tomasik, Zakład Energetyki Rolniczej, Akademia Rolnicza w Krakowie, ul. Balicka 104, Kraków

2 70 H. Juszka, M. Tomasik Dodatkowym wymaganiem dotyczcym poszczególnych urzdze stanowicych elementy systemu pakowania jest zdolno do zsynchronizowanej współpracy oraz moliwo bezstopniowej regulacji wydajnoci [Warczyski 1999]. Coraz czciej stosowanym rozwizaniem jest synchronizacja elektroniczna z zastosowaniem sterowników. Elektroniczne systemy sterowanie pozwala zapamitywa parametry pracy, co z kolei oszczdza czas poszukiwania błdów i napraw [Jankowski 2003]. Celem pracy było opracowanie automatycznego systemu sterowania procesem sortowania oraz pakowania produktów w opakowania zbiorcze. Pakowanie produktów do mniejszych opakowa realizuje maszyna pakujca RM-30 Als. Nastpnie rcznie transportowane s one do opakowa zbiorczych kartonowych. Automatyzacja polega na zastpieniu pracy rcznej kompleksowym systemem realizujcym wszystkie zadania dotd wykonywane przez człowieka, m.in.: liczenia, umieszczania w zbiorczych opakowaniach, dostarczania pustych opakowa kartonowych, odsyłanie zapakowanych. Przedmiotem bada był odcinek technologiczny pakowania produktów rolnospoywczych Ishida z wielozakresow nawaark. Nawaarka posiada od 8 24 kierowanych głowic wacych utrzymujcych dokładno waenia w granicach +/- 0,5 g. KONCEPCJA SYSTEMU AUTOMATYCZNEGO STEROWANIA PROCESEM PAKOWANIA Opracowany systemu automatycznego pakowania do opakowa kartonowych przedstawiono na rysunku 1. Składa si z nawaarki Ishida do której dołczono dwa przeno- niki tamowe oraz czujniki: A odliczajcy opakowania do kartonów, B wykrywaj- A czujnik odliczajcy opakowania do kartonów C detekcja opakowania Tamocig linii pakujcych Wielogłowicowa waga Ishida CCW-M-214W-S B detekcja opakowania Pudełka kartonowe Rys. 1. Schemat systemu pakowania Fig. 1. Packaging system scheme Acta Sci. Pol.

3 Sterowanie procesem pakowania produktów pochodzenia rolniczego 71 cy obecno opakowa kartonowych na krótszym przenoniku tamowym, C wykrywajcy gotowo opakowa kartonowych na długim przenoniku tamowym. Czujniki te współpracuj ze sterownikiem PLC, wysyłaj sygnały wejciowe decydujce o uruchamianiu poszczególnych przenoników tamowych. Komunikacja w systemie sterowania jest realizowana poprzez: interfejs komunikacyjny (tworz go optoizolowane złcza RS 232, które umoliwi programowanie i współprac z urzdzeniami zewntrznymi), sterownik programowalny PLC z panelem operatorskim oraz wywietlaczem, waga CCW-214-S-W moe by połczona z komputerem poprzez Internet, serwer Windows DDE umoliwiajcy bezporedni transmisj danych do typowej aplikacji oprogramowania archiwizujcego danych z produkcji. W opisywanej aplikacji zastosowano odbiciowe z eliminacj wpływu tła i elementem laserowym. Zalet takiego rozwizania jest bezbłdne wykrywanie obiektów bez wzgldu na materiał, z jakiego s wykonane, precyzja i szybko działania oraz niezwykle prosta moliwo wyregulowania parametrów pracy ju po zainstalowaniu lub przy zmianie asortymentu produkcji. ALGORYTM SYSTEMU PAKOWANIA PRODUKTÓW Po uruchomieniu procesu pakowania zadajemy wielko opakowa. Automat pakujcy posiada 10 głowic wacych (KP kubełków podajcych), wybiera sporód kilku głowic sum wag zblion do zadanej w tym przypadku bdzie wynosił, 450 g (Z1-Z10) lub 750 g (X1 X10) (rys. 2). Po umieszczeniu produktów w opakowaniach odbywa si kontrola wagi. Sprawdzone opakowania kierowane s przenonikiem do kartonów. W przypadku opakowa o wadze 450 g w kartonach umieszczonych zostanie 20 sztuk, a przy 750 g bdzie ich 10 szt. W algorytmie znajduje si blok sortowania, operacja ta bdzie rozwijana w dalszych modyfikacjach linii, obecnie jest pomijany. Docelowo ma by rozwijana moliwo pakowania na dwóch liniach z jednym systemem transportowym. Wtedy niezbdne bdzie sortowanie opakowa do kartonów. Jest to przykład uciekania uytkowników od standardów, a preferowanie rozwiza umoliwiajcych dostosowanie linii do własnych potrzeb. OPIS PROGRAMU STERUJCEGO PRAC SYSTEMU PAKUJCEGO Sterownik M90 programuje si w jzyku drabinkowym za pomoc komputera PC i pakietu narzdziowego U90 Ladder [Unitronics Industrial Automation 2005]. Oprogramowanie U90 Ladder pracuje w rodowisku Windows i składa si z edytorów: programu drabinkowego, konsoli operatorskiej oraz zmiennych sterownika. Edytor programu drabinkowego wykorzystywany jest do tworzenia aplikacji sterujcej, przesyłania-pobierania programów ze sterownika oraz testowania i monitorowania jego zasobów. Projektowaniem komunikatów, dołczaniem do nich zmiennych oraz przypisywanie funkcji do przycisków odbywa si za pomoc edytora konsoli operatorskiej i edytora zmiennych. Zastosowano sterownik z panele operatorskim umoliwiajcy ograniczajcy Technica Agraria 4(1) 2005

4 72 H. Juszka, M. Tomasik dostp tylko dla upowanionych (wpisanie hasła), na panelu otrzymujemy informacje z liczników pudełek. Poniewa program jest obszerny przedstawiono tylko fragment w jzyku drabinkowym. START N, KW, KP=? TRYB PRACY KP450 KP450 lub KP750 KP750 K1-K2-K3-K4-K5-K6-K7-K8-K9-K10 K1-K2-K3-K4-K5-K6-K7-K8-K9-K10 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 X1-X2-X3-X4-X5-X6-X7-X8-X9-X10 AUTOMAT WA CY =450 lub =750 Tak Jeeli?450 i?750 PAKOWANIE DO KARTONÓW 20 szt. do kartonu Tak Jeeli =450 Nie 10 szt. do kartonu OPAKOWANIE PEŁNE WYMIANA OPAKOWANIA AWARIA lub BRAK SUROWCA STOP Rys. 2. Algorytm działania systemu pakowania z wag ISHIDA Fig. 2. Algorithm for system operation with ISHIDA scales Acta Sci. Pol.

5 Sterowanie procesem pakowania produktów pochodzenia rolniczego 73 Sterowanie lini. Szczebel 19 (rys. 3) odpowiada za prac linii z pełnymi kartonami, jeeli pojawi si sygnał o resecie licznika (pakowanie do kartonu zakoczone), nastpuje przesłanie opakowani na główny przenonik. Pojawienie si tego opakowania na nim jest wykrywane przez czujnik, który uruchamia t linie, jednoczenie odsyłajc karton do oklejania i pusty karton na lini pomocnicz. Za sterowanie wymian zapełnionego opakowania na puste odpowiedzialny jest szczebel 20. Jeeli uruchomi si bit MB 2 (reset licznika) i czujnik wykryje oczekujcy karton In 0 nastpi uruchomienie poziomej linii transportowej podstawiajcej pusty karton. Linia pracuje do chwili, a czujnik In 1 fotokomórki zatrzyma lini (opakowanie jest na miejscu). Cewka reset zatrzymuje lini z pustymi opakowaniami. Rys. 3. Fragment programu sterujcego przenonikami transportowymi Fig. 3. Fragment of the software controlling conveyor belts Wymagania odnonie bezpieczestwa pracy linii pakujcej narzucaj konieczno tworzenia połcze zalenych, zezwalajcych na uruchamianie tylko po spełnieniu wszystkich warunków startu (rys. 4). Rys. 4. Sekwencja uruchamiania procesu pakowania Fig. 4. Launch sequence for the packaging process Technica Agraria 4(1) 2005

6 74 H. Juszka, M. Tomasik Fragment programu odpowiedzialny za sprawdzanie gotowoci maszyny do pracy przedstawiono na rys. 5. Jeeli SB 50 odpowiadajce czujnikowi obecnoci opakowania z produktem ustawi logiczne jeden i linia zostanie włczona, po odliczeniu czasu linia zostanie uruchomiona. Sterownik na wywietlaczu ma moliwo prezentowania komunikatów. W całej aplikacji jest ich kilkanacie, np. gdy aktualna ilo pudełek jest równa iloci zadanej oraz aktualnym komunikatem jest komunikat 8, wówczas ustaw na jeden bit MB 2. Odpowiada to pojawieniu si na wywietlaczu wiadomoci opak. pełne (rys. 6). Rys. 5. Kontrola przebiegu zdarze Fig. 5. Event control Rys. 6. Komunikaty w programie Fig. 6. Software notices W rónych jzykach programowania sterowniki wartoci danych (literale) mog by przedstawione w postaci liczbowej, cigu znaków lub w postaci czasowej. Wartoci ich mog si zmienia w trakcie pracy sterownika, np. dane skojarzone z wejciami, wyj- ciami lub pamici sterownika W prezentowanej aplikacji jest 11 zmiennych całkowitych typu intiger, oraz 37 zmiennych binarnych. Cały program składa si z 50 szczebli. Acta Sci. Pol.

7 Sterowanie procesem pakowania produktów pochodzenia rolniczego 75 WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych rozwaa w ramach niniejszego opracowania mona sformułowa nastpujce wnioski: 1. Wprowadzenie proponowanego systemu automatycznego sterowania podniesie wydajno linii pakujcej w porównaniu do istniejcego obecnie sterowania rcznego. 2. Zastosowanie urzdze w liczeniu wyeliminuje moliwe błdy typowe dla obsługi. 3. Prezentowane rozwizanie pozwala na automatyzacj linii z moliwoci elastycznego dopasowania do odbiorcy. Umoliwia integracj maszyn w kompleksowe linie z jednoczesn moliwoci dalszych modyfikacji. 4. Jest duo taszym rozwizaniem ni zakup nowych urzdze a zatem stwarza mniejszym zakładom moliwo dostosowywa swoje linie do rosncych wymaga. PIMIENNICTWO Jankowski S., Kryteria oceny jakoci maszyn pakujcych. Opakowanie 1. Juszka H., Tomasik M., Gołkowski G., Badanie systemu sterowania lini rozlewnicz. In. Roln. 10(52), Kurczewski P., Kłos Z., rodowiskowa analiza konstrukcji wybranych maszyn pakujcych. Opakowanie 1. Warczyski R., Rynek opakowa i materiałów opakowaniowych w Polsce. Stan obecny i perspektywy rozwoju. Cz. II. Cobro. Unitronics Industrial Automation U90LadderSetupV392. Elmark Automatyka Sp. z o.o. Warszawa. CONTROL OF THE PACKAGING PROCESS OF AGRICULTURAL PRODUCTS Abstract. The article presents trends in development of modern structures for control of packaging machines. A system for automation of the product packaging system has been worked out, consisting of the automation scheme and the control algorithm. An application has been designed that realizes the described process for a logical controller. The facility studied was a packaging line for small collective packs of agricultural products. The modification consisted in introduction of optical sensors sending input signals to a PLC controller designed according to ladder diagram (LD). On the basis of the data from ISHIDA scales, the system selects the relevant control algorithm. The solution presented meets the requirements for packaging lines consisting in the possibility of internal integration and later modification. Key words: packaging, programming, PLC controller Technica Agraria 4(1) 2005 Zaakceptowano do druku Accepted for print: