カスタム RA Jones Case Packers が Beckhoff PC を採用

ロボット工学が統合された CP-30 カスタム ケース パッカーは、高度な PC ベースの制御テクノロジーと EtherCAT を使用して超高速スループットを保証し、段取り時間を 80% 以上短縮します。

イタリアのボローニャに本拠を置く包装機械メーカーの Coesia Group の一員である RA Jones は、ケンタッキー州コビントンにあり、世界最大手の CPG の多くに一次および二次包装機械を提供しています。 エアゾール、カップ充填、チャブ包装、マルチパッキング、パウチ詰め、ケース詰め、カートン詰めなどの幅広い標準包装機器で最もよく知られている RA Jones は、その作業に最適な機械がまだ存在しない場合に、完全なカスタム機械を提供します。 特にこのカスタム作業において、上昇傾向にあると見なされているテクノロジーの 1 つは、PC ベースの制御です。

「RA Jones の新興機械ラインの多くでは、Beckhoff の PC 制御と自動化を標準化しています」と RA Jones の箱詰め、ロボティクス、パウチング担当製品ポートフォリオ マネージャーの Bob Burkhardt 氏は述べています。 「これには、当社のケース梱包機、垂直積みカートナー、トップロードカートナーの一部が含まれますが、カスタム機械を必要とする当社の最も困難な作業のいくつかに対するソリューションも含まれます。」

顧客のユニークな課題に直接対処する最新の機械の 1 つが、カスタム CP-30 ケース パッカーです。 これは、RA Jones が新しい高性能ケース包装機の設計を開発する契約を結んだ、コーヒー製品の大手多国籍 CPG メーカーのための特別プロジェクトでした。 親会社の Coesia は開発において RA Jones と提携し、Beckhoff が自動化技術を提供しました。 CPG が注文した 12 台のマシンでは、限られた期間内に膨大な量のカスタム機器を製造するのは困難な作業でしたが、エンド ユーザーが要求する高度な自動化も同様でした。

「コーヒー製品が毎分 1,200 個もの速さで入ってくるため、コーヒー豆が詰まった場合でもマシンを継続的に稼働させる必要がありました」とブルクハルト氏は言います。 「RA ジョーンズは、オペレーターが手動で調整することなく、機械の停止を自動的に診断して修正できる機械制御プラットフォームを探していました。これにより、ペースの速い生産環境で生産を停止し、廃棄箱を引き出す作業員の負担が軽減されます。」 この機械にはケースフィードが備わっています。内部のロボットが平らな波形ブランクをケース組立セグメントに移動させます。

その結果、CP-30 マシンは、70 以上の動的に制御されるサーボ軸を介して、ジャムの除去や包装の切り替えなど、ケースの包装のあらゆる側面を自動化します。 正しく開かないケースを、梱包プロセスを停止することなくマガジンの下に自動的に取り出すことができます。

CP-30 は、平らな波形ブランクをケース組立セグメントに移動させるためのケース供給ロボットを内部に備えています。 「私たちはベッコフのアプリケーション エンジニアと協力して、この特殊なロボット用のカスタム運動学ソフトウェアを作成しました」とブルクハルト氏は言います。 「このロボットはスカラに似ていますが、マガジンからブランクを引き出すときにピックヘッドを高度に回転させるように完全にカスタム化されています。」 ケースが開かない場合、センサーが自動的にこれを検出し、ピックヘッドがケースを拒否します。 その後、ケース供給ロボットが新しいケースをピッキングします。

自動拒否処理はエンド ユーザーにとって重要な利点ですが、顕著な高いスループットと柔軟性も同様です。 「小さいカートンの 12 カウントのケースでは、CP-30 は毎分 30 ケースのペースで急増します」と、RA Jones のカスタム コントロール グループの Nick Werner 氏は付け加えます。 「CP-30 ケースパッカーは、多数のケース パターンも柔軟に構築します。扱うカートン サイズが大きいか小さいかに関係なく、同じ CP-30 でカートン数のほぼすべての組み合わせを処理できます。」

パッケージングと同じくらい標準に特化した業界では、その分野にサービスを提供する機械メーカーは、歴史的に自動化の 1 つの側面に特化した単​​一目的のブラック ボックス スタイルの制御を多く使用してきました。 「さまざまな制御領域のハードウェアを統合できることは、RA Jones にとって重要な利点でした」と RA Jones の Coesia Digital & Aerosol の製品ポートフォリオ マネージャーである Paul Schuster 氏は述べています。

「PC ベースの制御から得られる処理能力は素晴らしいです」と Werner 氏は付け加えます。 「実際的に言えば、これは、1 つのベッコフ コントローラーを実装するか、機械の自動化を処理するために従来の PLC ベンダーの複数のコントローラーを使いこなす必要があるかの違いを意味します。」

CP-30 は、Intel Core i7-7700 クアッドコア プロセッサを搭載した Beckhoff C6030 Industrial PC (IPC) を搭載しており、ケース パッキングにおける計算集約型のすべての機能に十分なパワーを提供します。 RA Jones は、Beckhoff IPC を使用して、Coesia PerforMate と呼ばれる IoT リモート監視サービスを自社のマシンに実装する作業も進めています。

「ベッコフ IPC で私たちが観察した最も大きな点の 1 つは、スキャン時間が驚くほど短いことでした。70 を超えるサーボ軸のスキャン時間は約 1 ミリ秒でした」と、RA Jones 社の研究開発/イノベーション部門の電気プロジェクト エンジニアである Austin Rismiller 氏は述べています。

高速通信と短いスキャン時間を実現するもう 1 つの要因は、CP-30 のすべてのドライブと I/O を接続する EtherCAT 産業用イーサネット プロトコルです。 「EtherCAT は、マシン通信において卓越したレベルの速度を提供します」と Werner 氏は語ります。 「デバイスをネットワークに自動的にスキャンするときのセットアップの容易さは、起動、コミッショニング、およびトラブルシューティングに非常に役立ちました。これと内蔵の EtherCAT 診断により、正確な配線に至るまで発生した可能性のある配線ミスや断線を迅速に特定して修正することが容易になりました。」 /O 端子。」

また、EtherCAT I/O システムにより、RA Jones は IO-Link などの他の産業用ネットワークに簡単に接続できます。 これにより、RFID リーダー、プログラム可能なスタック ライト、スマート フォト アイなどのさまざまなスマート デバイスへの直接接続が確立されます。 このアプローチは、マシンに沿って分散された EtherCAT I/O を使用することで、メイン制御キャビネットに戻るホームラン ケーブル配線を排除するのに役立ちました。

RA Jones は、超小型 AM8100 シリーズ サーボモーターを制御するためのドライブ技術を内蔵した EL72xx シリーズ EtherCAT I/O ターミナルも調達しています。 EL9576 端子は、同じ 12 mm 幅 DIN レールに取り付けられた I/O フォーマットにブレーキ チョッパー機能を追加します。 「ベッコフは、CP-30 に必要な小型モーターとドライブのサイズに直接対応しました。これは大きな利点です」とシュスター氏は言います。 「ワン ケーブル テクノロジー (OCT) を使用して電源ケーブルとフィードバック ケーブルを 1 本の線にまとめることで、スペースと配線の節約がさらに高まりました。」 CP-30 の設置面積は同等のケース パッカーよりも小さく、電気キャビネットも折りたためるため、機械全体を通常のセミトラックで輸送できます。CP-30 ケース パッカーは、ベッコフのさまざまなコンパクト ドライブを備えています。ドライブテクノロジーを内蔵したEL72xxシリーズEtherCAT I/Oターミナルに接続されたコンパクトなAM8100シリーズサーボモータ。

マシンの安全性は、TwinSAFE システムを介して標準制御プラットフォームと EtherCAT ネットワークに統合されています。 TwinSAFE I/O ターミナルは機械全体のガード ドアと非常停止に接続され、安全データは認定されたブラック チャネル アプローチを使用して Safety over EtherCAT (FSoE) 経由で送信されます。 アプリケーション内のサーボ ドライブも FSoE 経由で通信し、さまざまな安全モーション機能を提供します。 CP-30 は、それぞれに専用の TwinSAFE ロジックを備えた 2 つの安全ゾーンに分割されています。 カートナーサイドゾーンはオペレーター側にあり、ケースフィードロボットがすべてのケースをピッキングします。 トランスファーサイドゾーンは、カートンがインフィードから入ってアップスタッカーに送られる場所です。 これにより、安全イベント中に機械全体を停止するのではなく、適切なゾーンを停止する機能が提供されます。

プログラミングの面でも、マシン制御用のエンジニアリング環境およびランタイムとしての TwinCAT 3 が大きな利点を示しました。 ユニバーサル TwinCAT プラットフォームは、PLC、安全性、モーション制御などを含むマシン制御のあらゆる側面を処理します。 「私は、TwinCAT XAE が標準の Microsoft Visual Studio シェルでどのように表示されるかが気に入っています」と Rismiller 氏は言います。 「これは、従来の PLC ベンダーのソフトウェア製品と比べて新鮮です。TwinCAT 3 は、C++ や Python など、プログラミングにおけるすべてのコンピューター サイエンス標準を統合しており、大学時代のプログラミング知識と噛み合います。構造化テキストなどの PLC プログラミング標準に加えて、これらのオプションを提供します。は重要な利点です。」

プロジェクトの一環として、RA Jones は TwinCAT の既存の Coesia Automation Framework Library (AFL) を使用しました。 「TwinCAT は、Coesia と RA Jones のソフトウェアおよび機能ブロックを知的財産として保護する機能を提供します」と Werner 氏は言います。 「さらに良いことに、これらの対話は HMI を介して処理されるため、エンド ユーザーは、トラブルシューティングやメンテナンスのために PLC コードで苦労する必要がありません。このユーザー フレンドリーなアプローチを支援するのが、複数のプッシュ ボタンを備えた 18 インチ ワイドスクリーン フォーマットの CP3918 コントロール パネルです。私たちはマシン制御機能を選択し、すべてパネルに直接設計しました。」

重要な電気設計と CP-30 機械の設置のスケジュールは、エンドユーザーのプラントアップグレードのスケジュールを守るために、厳密な 6 か月の期間に短縮されました。 厳しい納期に間に合わせるために、RA Jones と Beckhoff のエンジニア間の緊密で継続的なチームワークが必要でした。 「ベッコフとRAジョーンズは、親会社であるコーエシアの指示のもと、この世界戦略プロジェクトに参加させられました」とベッコフUSAの包装産業マネージャー、マーク・ルーバーグ氏は述べた。 「私たちの効果的なコラボレーションと現地のサポートリソースにより、これらの開発マイルストーンの課題に対処することができました。」

このカスタム マシンの設計と構築を通じて、地元のベッコフ チームは RA ジョーンズと協力して作業しました。 「地元のベッコフチームのガース・ガディとキース・ブンケは、一緒に仕事をするのにとても協力してくれました」とヴェルナーは語った。 「キースはアプリケーション エンジニアリングに関する私たちの連絡窓口でした。私たちは非常に緊密に協力していたので、キースに短縮ダイヤルを付けてもらいました。」

また、注目に値するのは、CP-30 の柔軟性が RA Jones の Acc-U-Change Plus ソリューションによって強化されていることです。これにより、ユーザーはボタンを押すだけで切り替えを処理でき、生産中の垂直起動と高いケース品質が保証されます。 取り外し可能な Acc-U-Change Plus コンポーネントは RFID 対応であるため、エンド ユーザーは、あらゆるケース サイズとパターンに対して適切な機器が適切な場所に取り付けられていることを確認できます。 「他のケースパッカーでは、異なるサイズのケースへの切り替え時間が 20 ～ 30 分かかることがよくありますが、CP-30 では切り替え時間を約 5 分、あるいはそれ以下に短縮することができました」とヴェルナー氏は言います。 「Beckhoff の自動化を使用することで、19 の手動移動を排除しました。HMI をワンタッチするだけで、自動切り替えにより最大サイズから最小サイズへ、またはその逆に移動できます。」

これらの経験を経て、RA Jones は、同様にスループットを向上させ、機械の設置面積を削減し、切り替え時間を短縮する標準機械制御プラットフォームとして Beckhoff を採用する、少なくとも 2 つの新しい機械プロジェクトを開発中です。 RAジョーンズは、カスタムケース包装機とともに、鶏ひき肉と豚肉のチューブ用の新しいチャブ包装機のベッコフ制御技術を標準化しました。 「RAジョーンズはまた、新しい垂直装填カートナーを導入しており、標準制御プラットフォームとしてベッコフを採用する予定です」とブルクハルト氏は付け加えた。 PW