Les emballeuses de caisses RA Jones personnalisées utilisent Beckhoff PC

L'encartonneuse personnalisée CP-30 avec robotique intégrée assure un débit ultra-rapide et réduit les temps de changement de plus de 80 % grâce à la technologie de contrôle avancée basée sur PC et à EtherCAT.

Membre du groupe de constructeurs de machines d'emballage Coesia basé à Bologne, en Italie, RA Jones de Covington, Ky. fournit à plusieurs des plus grands CPG du monde des machines d'emballage primaires et secondaires. Mieux connu pour sa large gamme d'équipements d'emballage standard pour les aérosols, le remplissage de gobelets, l'emballage de gobelets, le multipacking, le sachet, l'emballage de caisses et le cartonnage, RA Jones propose des machines entièrement personnalisées lorsque la meilleure machine pour le travail n'existe pas encore. Une technologie considérée comme ayant une marée montante, en particulier dans ce travail personnalisé, est le contrôle basé sur PC.

"Avec de nombreuses gammes de machines RA Jones émergentes, nous avons standardisé le contrôle et l'automatisation par PC de Beckhoff", déclare Bob Burkhardt, responsable du portefeuille de produits pour Cartoning, Robotics & Pouching, RA Jones. "Cela inclut certaines de nos encartonneuses, encartonneuses à chargement vertical et encartonneuses à chargement par le haut, mais également des solutions pour certains de nos travaux les plus difficiles qui nécessitent des machines sur mesure."

L'une des dernières machines à relever directement un défi client unique en son genre est l'encartonneuse personnalisée CP-30. Il s'agissait d'un projet spécial pour un grand fabricant multinational CPG de produits à base de café où RA Jones a été engagé pour développer une nouvelle conception de machine d'emballage haute performance. La société mère Coesia s'est associée à RA Jones pour le développement, Beckhoff fournissant la technologie d'automatisation. Avec 12 machines commandées par le CPG, le volume considérable d'équipements personnalisés à fabriquer dans un délai serré était un défi de taille, mais le haut niveau d'automatisation requis par l'utilisateur final l'était tout autant.

"Avec des produits de café arrivant aussi vite que 1 200 par minute, les machines devaient fonctionner en continu, même en cas de bourrage", explique Burkhardt. "RA Jones recherchait une plate-forme de contrôle de machine capable de diagnostiquer et de corriger automatiquement l'arrêt de la machine sans les réglages manuels de l'opérateur. Cela élimine la charge pour les travailleurs d'arrêter la production et de retirer les boîtes de rejet dans un environnement de production au rythme rapide." robot à l'intérieur pour déplacer les flans ondulés plats dans le segment de montage de caisses.

La machine CP-30 résultante automatise tous les aspects de l'emballage des caisses, y compris le dégagement des bourrages et les changements d'emballage via plus de 70 axes servo contrôlés dynamiquement. Il peut éjecter automatiquement les caisses qui ne s'ouvrent pas correctement sous le magasin sans arrêter le processus d'emballage.

Le CP-30 dispose d'un robot d'alimentation de caisses à l'intérieur pour déplacer les flans ondulés plats dans le segment de montage de caisses. "Nous avons travaillé avec les ingénieurs d'application de Beckhoff pour créer un logiciel de cinématique personnalisé pour ce robot spécialisé", explique Burkhardt. "Bien que similaire à un SCARA, ce robot est entièrement personnalisé pour fournir un haut degré de rotation à la tête de prélèvement lorsqu'il extrait les flans du magasin." Si le boîtier ne s'ouvre pas, les capteurs le détecteront automatiquement et la tête de prélèvement rejettera le boîtier. Ensuite, le robot d'alimentation de caisses choisira une nouvelle caisse.

Si la gestion automatisée des rejets est un avantage clé pour l'utilisateur final, il en va de même pour le débit et la flexibilité particulièrement élevés. "Avec les caisses de 12 unités pour les cartons plus petits, le CP-30 atteint 30 caisses par minute", ajoute Nick Werner, Custom Controls Group, RA Jones. "L'encaisseuse CP-30 construit également de manière flexible de nombreux modèles de caisses. Que vous ayez affaire à des cartons de grande ou de petite taille, le même CP-30 peut gérer presque toutes les combinaisons de nombres de cartons."

Pour une industrie aussi dédiée aux normes que l'emballage, les constructeurs de machines au service de l'espace ont historiquement utilisé de nombreuses commandes de type boîte noire à usage unique dédiées à un seul aspect de l'automatisation. « La possibilité de consolider le matériel pour différentes zones de contrôle a été un avantage clé pour RA Jones », déclare Paul Schuster, responsable du portefeuille de produits, Coesia Digital & Aerosol, RA Jones.

"La puissance de traitement que nous obtenons du contrôle basé sur PC est impressionnante", ajoute Werner. "En pratique, cela signifie la différence entre la mise en œuvre d'un contrôleur Beckhoff et la nécessité de jongler avec plusieurs contrôleurs d'un fournisseur d'automates traditionnels pour gérer l'automatisation des machines."

Le CP-30 est équipé d'un PC industriel (IPC) Beckhoff C6030 avec processeur quadricœur Intel Core i7-7700 qui fournit une puissance suffisante pour toutes les fonctions de calcul intensives dans l'emballage des caisses. RA Jones est également en train de mettre en place un service de surveillance à distance IoT appelé Coesia PerforMate sur ses machines à l'aide d'un IPC Beckhoff.

« L'une des choses les plus importantes que nous ayons observées avec l'IPC de Beckhoff était des temps de balayage incroyablement courts - environ 1 milliseconde de temps de balayage pour plus de 70 axes asservis », déclare Austin Rismiller, ingénieur de projet électrique, Recherche & Développement/Innovation, RA Jones.

Un autre catalyseur de communications rapides et de temps de scrutation réduits est le protocole EtherCAT Industrial Ethernet connectant tous les variateurs et E/S sur le CP-30. "EtherCAT offre un niveau de vitesse exceptionnel dans nos communications machine", partage Werner. "La facilité de configuration lors de la numérisation automatique des appareils dans le réseau a grandement aidé au démarrage, à la mise en service et au dépannage. Ceci et les diagnostics EtherCAT intégrés ont facilité la localisation et la correction rapides des erreurs de câblage ou des ruptures qui auraient pu se produire jusqu'à l'exact I /O borne."

Le système d'E/S EtherCAT permet également à RA Jones de se connecter facilement à d'autres réseaux industriels, tels que IO-Link. Cela établit une connectivité directe à divers appareils intelligents, y compris le lecteur RFID, une colonne lumineuse programmable et des yeux photo intelligents. L'approche a permis d'éliminer le câblage à domicile vers l'armoire de commande principale en utilisant des E/S EtherCAT distribuées le long de la machine.

RA Jones fournit également des terminaux d'E/S EtherCAT de la série EL72xx avec une technologie d'entraînement intégrée pour contrôler les servomoteurs ultra-compacts de la série AM8100. Les bornes EL9576 ajoutent la fonctionnalité de hacheur de freinage dans le même format d'E/S monté sur rail DIN de 12 mm de large. "Beckhoff a directement abordé les petites tailles de moteur et d'entraînement requises pour le CP-30, ce qui est un avantage majeur", déclare Schuster. "La combinaison des câbles d'alimentation et de rétroaction en une seule ligne à l'aide de la technologie One Cable (OCT) a ajouté à nos économies d'espace et de câblage." L'encombrement du CP-30 est plus petit que celui des encaisseuses comparables et ses armoires électriques se replient même, de sorte que toute la machine peut être expédiée dans un semi-remorque normal. servomoteurs compacts de la série AM8100 connectés aux bornes d'E/S EtherCAT de la série EL72xx avec technologie d'entraînement intégrée.

La sécurité des machines est intégrée dans la plate-forme de commande standard et le réseau EtherCAT via le système TwinSAFE. Les bornes d'E/S TwinSAFE se connectent aux portes de protection et aux arrêts d'urgence dans toute la machine et les données de sécurité sont envoyées via Safety over EtherCAT (FSoE) en utilisant une approche de canal noir certifiée. Les servovariateurs de l'application communiquent également via FSoE pour fournir une variété de fonctions de mouvement sûres. Le CP-30 est divisé en deux zones de sécurité avec une logique TwinSAFE dédiée dans chacune. Une zone côté encartonneuse se trouve du côté de l'opérateur, où le robot d'alimentation en caisses prélève toutes les caisses. Une zone latérale de transfert est l'endroit où les cartons arrivent de l'alimentation et vont vers l'empileur. Cela permet d'arrêter la zone appropriée lors d'événements de sécurité au lieu d'arrêter la machine entière.

Du côté de la programmation, TwinCAT 3 en tant qu'environnement d'ingénierie et temps d'exécution pour le contrôle de la machine a également démontré des avantages majeurs. La plate-forme universelle TwinCAT gère tous les aspects du contrôle de la machine, y compris l'API, la sécurité, le contrôle de mouvement et plus encore. "Je suis fan de la façon dont TwinCAT XAE est présenté dans un shell Microsoft Visual Studio standard", déclare Rismiller. "C'est rafraîchissant par rapport aux offres logicielles traditionnelles des fournisseurs d'API. TwinCAT 3 intègre toutes les normes informatiques dans la programmation, comme C++ et Python, qui s'intègrent dans mes connaissances en programmation de l'université. Fournir ces options en plus des normes de programmation API, telles que le texte structuré, est un avantage clé."

Dans le cadre du projet, RA Jones a utilisé la Coesia Automation Framework Library (AFL) existante dans TwinCAT. « TwinCAT offre la possibilité de protéger les logiciels et les blocs fonctionnels de Coesia et RA Jones en tant que propriété intellectuelle », déclare Werner. "Mieux encore, les utilisateurs finaux n'ont jamais à se soucier du code de l'API pour le dépannage et la maintenance, car ces interactions sont gérées via l'IHM. Un panneau de commande CP3918 au format écran large de 18 pouces avec plusieurs boutons-poussoirs contribue à cette approche conviviale. nous avons sélectionné pour les fonctions de contrôle de la machine, toutes conçues directement dans le panneau. »

Le calendrier pour la conception électrique critique et l'installation des machines CP-30 a été compressé en une période rigoureuse de six mois pour respecter le calendrier de mise à niveau de l'usine de l'utilisateur final. Cela a nécessité un travail d'équipe étroit et constant entre les ingénieurs de RA Jones et Beckhoff pour respecter une fenêtre de livraison serrée. « Beckhoff et RA Jones ont été intégrés à ce projet stratégique mondial sous la direction de leur société mère, Coesia », a déclaré Mark Ruberg, responsable de l'industrie de l'emballage chez Beckhoff USA. "Notre collaboration efficace et nos ressources d'assistance locales ont été à la hauteur du défi de ces étapes de développement."

Tout au long de la conception et de la construction de cette machine personnalisée, l'équipe locale de Beckhoff a travaillé côte à côte avec RA Jones. "Garth Gaddy et Keith Bunke de l'équipe locale de Beckhoff ont été formidables avec qui travailler", a déclaré Werner. "Keith était notre point de contact pour l'ingénierie des applications - nous avons travaillé ensemble si étroitement que je l'avais en numérotation abrégée."

A noter également, la flexibilité du CP-30 est renforcée par la solution Acc-U-Change Plus de RA Jones qui permet aux utilisateurs de gérer les changements en appuyant simplement sur un bouton, garantissant un démarrage vertical et une qualité de caisse élevée pendant la production. Les composants amovibles Acc-U-Change Plus sont compatibles RFID, de sorte que les utilisateurs finaux peuvent vérifier que le bon équipement est installé au bon endroit pour toutes les tailles et tous les modèles de boîtiers. "Là où les temps de changement vers une caisse de taille différente prennent souvent 20 à 30 minutes dans d'autres encaisseuses, nous avons pu ramener le temps de changement à environ cinq minutes ou même moins sur le CP-30", explique Werner. "Grâce à l'automatisation de Beckhoff, nous avons supprimé 19 mouvements manuels de l'équation. D'une simple pression sur l'IHM, le changement automatisé peut passer de la plus grande taille à la plus petite taille et vice versa."

Après ces expériences, RA Jones a au moins deux nouveaux projets de machines en développement qui auront Beckhoff comme plate-forme de contrôle de machine standard pour augmenter de la même manière le débit, réduire l'encombrement de la machine et raccourcir les temps de changement. En plus de la machine d'emballage de caisses personnalisée, RA Jones a standardisé la technologie de contrôle Beckhoff pour une nouvelle machine d'emballage de boudins pour tubes de volaille et de porc hachés. "RA Jones présente également une nouvelle encartonneuse à chargement vertical et elle comportera Beckhoff comme plate-forme de contrôle standard", ajoute Burkhardt. TP