Внедрение палетайзеров на пищевом производстве

Введение 

Современное пищевое производство невозможно представить без автоматических линий упаковки и отгрузки готовой продукции. Наличие автоматики позволяет решить сразу несколько проблем: уменьшить отбраковку продукции из-за нарушения целостности упаковки, повысить безопасность производства, снизить издержки за счёт уменьшения количества персонала. Одной из компаний, выполняющих проекты по автоматизации процессов упаковки и отгрузки готовой продукции, является ООО «ГринХилл Груп».
Компания работает на рынке автоматических производственных линий и упаковки готовой продукции с 2010 года и является официальным системным интегратором ряда европейских производителей конвейерного оборудования. Область поставляемых решений охватывает системы и средства перемещения продукции в первичной или вторичной упаковке, её сортировку и учёт.
Заказчиками подобных систем были как международные компании, такие как Nestle Purina PetCare, K-Rauta, Rockwool, Harry’s (Barilla Group), так и ряд российских предприятий, занятых в пищевой промышленности, произ­водстве бытовой химии, косметики, а также строительных материалов.

Задача укладки упаковок на палету

Один из недавних проектов был связан с поставкой, монтажом и пусконаладкой на предприятии Harry’s (Barilla Group) комплекта из двух палетайзеров – оборудования для послойной укладки на палету упаковок готовой продукции. 
Необходимость внедрения была обусловлена несколькими причинами:

• повышение производительности труда персонала, занятого на упаковке, – обилие ручного труда снижает производительность сотрудников к концу смены;
• повышение качества упаковки – при ручной укладке упаковок слои деформировались и выступали за границы палеты;
• снижение издержек за счёт уменьшения количества персонала, занятого на упаковке. 

Для решения указанных задач в компании SOCO SYSTEM были заказаны два палетайзера (рис. 1 и 2), их комплектация определялась скоростью конвейеров, на выходе которых предстояло установить оборудование. Так, для конвейера с высокой производительностью был предусмотрен стол с толкателем, устанавливаемый перед основной частью палетайзера. Пока основной погрузочный механизм выполняет укладку слоя на палету, персонал может укладывать на стол новый слой. 

Состав оборудования

Палетайзер представляет собой комплексную систему, имеющую в своём составе как металлоконструкцию, так и электромеханические элементы (двигатели, редукторы), различные датчики, устройства безопасности, управления и визуализации. 
Оба палетайзера включают в свой состав:

1. платформу для погрузки;
2. раму для платформы с установленным электродвигателем для горизонтальных перемещений платформы;
3. башенный модуль с электродвигателем для вертикальных перемещений рамы платформы;
4. механизм съёма упаковок с платформы, оснащённый электродвигателем;
5. шкаф управления для компонентов управления с сенсорной панелью (рис. 3), выключателем питания, кноп­ками остановки и аварийной остановки; 
   
   
6. сканер безопасности для контроля зоны безопасности (рис. 4); 
   
   
7. кнопочный пост для контроля доступа в зону погрузки палеты;
8. фотоэлектрические и индукционные датчики, концевые выключатели для определения положения движущихся механизмов и обеспечения безопасности. 

Второй палетайзер (рис. 2) дополнительно оснащён:

1. столом с толкателем для перемещения слоя упаковок на платформу для погрузки;
2. световым барьером (рис. 5) для предотвращения травм персонала при работе погрузочного механизма; 
   
   
3. кнопочным постом для запуска процесса загрузки и кнопочным постом аварийной остановки. 

Центральным элементом палетайзеров является шкаф управления, внутри него размещается программируемый логический контроллер (ПЛК), реле контроля последовательности фаз, трёхфазный блок питания с выходным напряжением питания 24 В постоянного тока, силовое оборудование, а также реле безопасности для аварийного останова системы. 
В качестве ПЛК используется SIEMENS S7-1200 1214C (рис. 6).

Центральный процессор S7-1200 оснащён встро-енным интерфейсом Ethernet, который может применяться для программирования и диагностики, обмена данными с другими системами автоматизации, устройствами и системами человеко-машинного интерфейса. Для организации обмена данными могут использоваться транспортные протоколы TCP/IP, ISO на TCP и S7-функции связи (S7-сервер или S7-клиент). Блок центрального процессора имеет 14 дискретных входов, 10 дискретных выходов и 2 аналоговых входа, это позволяет уменьшить количество модулей расширения и снизить стоимость оборудования. Помимо этого в шкафу управления установлены модули рас-ширения SM 1221 на 8 дискретных входов, а также SM 1223 на 8 дискретных входов и 8 дискретных выходов. Подключение к внутренней шине контроллера выполняется с помощью выдвижных штекеров, вмонтированных в каждый модуль SM. Подключение внешних цепей производится через съёмные терминальные блоки с контактами под винт. 
Силовое оборудование шкафа (рис. 7) включает в свой состав автоматические выключатели SIEMENS SIRIUS серии 3RV1011, которые выполняют функцию защиты от перегрузки и короткого замыкания двигателей, а также контакторы SIEMENS 3RT1015 для коммутации питания электродвигателей. 

Поскольку палетайзер является подъёмно-погрузочным оборудованием, то крайне важно соблюдение норм безопасности персонала. Безопасность обеспечивается за счёт многоступенчатого (отдельно контроль датчиков и кнопок аварийного останова) и многократного (контролируются два выхода с датчиков и кнопок) контроля состояния датчиков безопасности и кнопок аварийного останова. 
Эти функции в шкафу управления выполняют реле безопасности SICK UE10-30S и реле безопасности PILZ PNOZ-X3. Первое реле принимает сигналы от датчиков безопасности (сканер и световой барьер) и передаёт на внутренние контакты, которые последовательно подключены к кнопкам аварийного останова. Далее полученная цепь подключается ко второму реле, которое в случае нарушения безопасности блокирует включение двигателей оборудования. Оба реле также выполняют диагностику и показывают состояние системы безопасности посредством светодиодных индикаторов. 
Управление палетайзером осуществляется через сенсорную панель Pro-face PFXGM4301 TAD. Также для управления возможна установка кнопочных постов.

Описание алгоритма управления

Процесс работы с палетайзером построен следующим образом:

1. после включения палетайзера система переводится в автоматический режим, который выбирается на панели управления;
2. через настройки задаётся количество слоёв на палете;
3. персонал укладывает на платформу слой коробок с продукцией;
4. после выхода из зоны работы погрузочных механизмов работник нажимает кнопку «Загрузка» на панели управления;
5. механизмами палетайзера выполняется укладка слоя на палету;
6. после возврата платформы в исходное положение персонал может войти в зону работы и продолжить погрузку;
7. если уложено заданное количество слоёв, разрешается доступ в зону погрузки палеты для вывоза продукции и установки пустой палеты. 

Процесс работы с палетайзером, оснащённым столом с толкателем, выглядит несколько иначе:

1. после включения палетайзера система переводится в автоматический режим, который выбирается на панели управления;
2. через настройки задаётся количество слоёв на палете;
3. персонал укладывает на стол с толкателем слой коробок с продукцией;
4. после выхода из зоны работы толкателя работник нажимает кнопку «Загрузка» на панели управления или аналогичную кнопку на кнопочном посту;
5. толкатель выполняет перемещение слоя на платформу;
6. после возврата толкателя назад в исходное положение персонал может сразу войти в зону работы толкателя и продолжить погрузку, не дожидаясь окончания цикла укладки слоя;
7. механизмами палетайзера выполняется укладка слоя на палету;
8. если уложено заданное количество слоёв, разрешается доступ в зону погрузки палеты для вывоза продукции и установки пустой палеты. 

Как уже было сказано, при работе с палетайзером важно обеспечить безопасность персонала. Для этого установлен лазерный сканер безопасности SICK S300, который выполняет мониторинг зоны безопасности радиусом до трёх метров с углом сканирования 270°. Настройками сканера определяются конкретные размеры опасной зоны и зоны предупредительной сигнализации. В случае если при работе механизмов палетайзера персонал окажется в опасной зоне, сканер немедленно выдаст сигнал на реле безопасности, что приведёт к аварийному отключению системы. Снятие аварийного сигнала возможно только после выхода из зоны опасности. После снятия аварийного сигнала палетайзер завершит начатый процесс погрузки. На самом сканере предусмотрены индикаторы диагностики, в частности, он показывает тип сработавшей сигнализации (предупредительная, аварийная), а также состояние сенсора – его загрязнённость.
На палетайзере с толкателем дополнительно для повышения безопасности установлен световой барьер (SICK C2C-SA03030A10000 – передатчик, SICK C2C-EA03030A10000 – приёмник) на выходе стола для погрузки. Разрешение светового барьера позволяет контролировать случайное попадание руки сотрудника в зону работы погрузочного механизма. Такая потенциальная опасность существует, поскольку укладка персоналом нового слоя на стол производится до окончания цикла работы палетайзера. Одновременное срабатывание сканера безопасности и светового барьера проверяется схемотехнически с использованием реле безопасности. Это позволяет исключить ложное срабатывание светового барьера при перемещении толкателем слоя коробок на погрузочную платформу.
Также для безопасности предусмотрен замок с концевым выключателем на дверцах в зоне погрузки палеты. При открытии дверцы во время работы палетайзера происходит аварийный останов системы. В то же время, если система разрешила открытие дверцы, то срабатывание концевого выключателя не приводит к аварии.
В случае использования нестандартных палет или не предусмотренных техническим заданием размеров упаковок в палетайзерах предусматривается настройка через сенсорную панель начального положения платформы для погрузки и смещение слоя относительно положения палеты. Для отстройки отступа по высоте между платформой и палетой, а также максимальной высоты слоёв на палете предусмотрена регулировка положения концевых выключателей на башенном модуле.

Результаты внедрения

Был успешно выполнен полный комплекс монтажных и пусконаладочных работ по вводу палетайзеров в эксплуатацию. Тем не менее, стоит отметить и несколько важных замечаний, которые выяснились в ходе пусконаладочных работ:

1. при настройке сканеров безопасности необходимо обратить внимание на цвет спецодежды персонала: дело в том, что тёмная одежда поглощает часть излучения и происходит незначительное сужение зоны безопасности; в то же время в случае использования белой одежды зона безопасности незначительно увеличится, поскольку белая поверхность отражает излучение гораздо лучше;
2. штатный замок на дверцах в зоне погрузки палеты довольно слабый и открывается от любой вибрации – для устранения этого недостатка на дверцах были дополнительно установлены магниты для их более прочной фиксации;
3. к сожалению, отсутствуют какие-либо штатные средства и инструкции по настройке скорости работы палетайзера, в результате при увеличении производительности конвейера на палетайзере возникает скопление упаковок готовой продукции и требуется их буферизация;
4. необходима жёсткая фиксация всех промежуточных конвейеров, устанавливаемых для транспортировки упаковок с основного конвейера до палетайзера, в противном случае при случайных смещениях данных конвейеров они могут попасть в контролируемую зону безопасности, что приведёт к аварийному останову системы. 

Указанные замечания переданы производителю оборудования, а также будут обязательно учтены при консультации заказчиков и реализации новых проектов. ●

E-mail: ssa-company@rambler.ru