R. Twining and Company jest producentem herbaty oraz innych napojów. Ta prestiżowa marka cieszy się ponad 300-letnią tradycją i szczyci się najwyższą jakością swoich produktów. W fabryce w Swarzędzu zmodernizowano proces paletyzacji opakowań z herbatą, z zastosowaniem szeregu robotów przemysłowych oraz samojezdnych wózków transportujących.
Szybkość rozwoju firmy oraz projekt centralizacji fabryk postawił przed zespołem Twinings nowy cel, jakim była rozbudowa oraz automatyzacja procesów.
– Szybkość wdrażania nowych produktów oraz zwiększania mocy produkcyjnych w swarzędzkiej fabryce zmusił nas do wykonywana pewnych czynności w obszarze pakowania końcowego w sposób manualny. Blisko 50 pracowników naszej fabryki było odpowiedzialnych za ręczne sortowanie opakowań i układanie ich na paletach, a następnie transport wewnątrzzakładowy do półautomatycznych owijarek – wspomina Marcin Książkiewicz, inżynier zakładu w firmie Twinings.
W ramach inwestycji realizowanej przez integratora – firmę Wikpol – został zautomatyzowany proces transportu, sortowania oraz paletyzacji wyrobu gotowego. Przygotowania do wdrożenia rozpoczęto na początku 2019 roku, a uruchomienie nowej linii nastąpiło w marcu 2020.
– Automatyzacja miała za zadnie wyeliminowanie uciążliwej dla ludzi pracy i zwiększenie efektywności produkcji. Celem wdrożenia było uruchomienie w pełni elastycznego systemu centralnej paletyzacji, do którego w tym samym czasie dostarczanych jest kilkadziesiąt pozycji asortymentowych – mówi Jarosław Strug, Główny Automatyk Programista w firmie WIKPOL Sp. z o.o. realizującej wdrożenie.
System centralnej paletyzacji
Rozwiązanie składa się z linii dystrybuującej opakowania do szesnastu zrobotyzowanych stanowisk paletyzacji oraz układów pomocniczych: samojezdnych wózków transportowych, robota przygotowującego palety oraz robota nakładającego narożniki na gotowe palety. Proces zaczyna się od odbioru kartonów z maszyn pakujących na obszarze End of Line i połączenia pojedynczych strumieni w główny o wydajności maksymalnej 7800 sztuk/h. Układ rozdzielający paczki kieruje je z centralnej magistrali do poszczególnych stanowisk robotów paletyzujących zgodnie z aktualnym planem produkcji. Pojedynczy robot paletyzuje jednocześnie do 5 różnych produktów, które identyfikowane są za pomocą kodów kreskowych umieszonych na kartonach. Cały proces odbioru pełnej palety oraz dostawy pustej został zautomatyzowany i odbywa się za pomocą wózków poruszających się po torowisku wzdłuż hali. Wózki przemieszczają się pod gotową paletę z ułożonymi opakowaniami z herbatą, a następnie kierują się do magistrali odbiorczej, która transportuje palety do stanowiska nakładania narożników, owijarki oraz aplikatora etykiet. Wszystkie procesy są sterowane i monitorowane w czasie rzeczywistym, a do komunikacji zastosowano łączność bezprzewodową, która zapewnia wymianę sygnałów o stanie zadań.
W zautomatyzowanej linii można wyodrębnić kilka fragmentów, które w całości tworzą zaawansowany i rozbudowany system centralnej paletyzacji zapewniającej pełną elastyczność układania na paletach asortymentu produkowanego przez fabrykę. Linię można podzielić zatem na system dystrybucji i transportu opakowań kartonowych, dystrybucję pustych palet, obszar paletyzacji oraz system transportu pełnych palet. W oparciu o sterownik Siemensa zaimplementowano innowacyjny system inteligentnego rozdzielania kartonów. Poszczególne sekcje przenośników napędzane są zaawansowanymi napędami elektrycznymi SINAMICS S120.
– Wykorzystując bibliotekę Motion opartą na PLCopen oraz możliwości, jakie daje nam sterownik technologiczny wypracowaliśmy regulację, która z dużą dynamiką utrzymuje stałą odległość pomiędzy poszczególnymi kartonami. Jest to szczególnie ważne dla systemów sortowniczych, które wymagają ściśle określonych odstępów umożliwiających skuteczne segregowanie przy bardzo dużych prędkościach transportu rzędu 2m/s i większych – mówi Jarosław Strug.
System dystrybucji palet zawiera dwa wózki samojezdne dwustanowiskowe poruszające się po szynie. W zależności od aktualnie pakowanego asortymentu w pełni automatycznie dostarczają one właściwy rodzaj pustej palety, odbierają z gniazd palety pełne oraz dostarczają do gniazd paletyzacji kosze z przekładkami. Pozycja wózka monitorowana jest przez czytnik taśmy kodowej QR, który zapewnia również odczyt pozycji bezpiecznej. Dzięki użyciu skanerów laserowych z tyłu i przodu wózka, może on poruszać się także w otwartej strefie paletyzacji. Jego prędkość jest automatycznie obniżana do prędkości bezpiecznej, a zasięg skanerów laserowych dynamicznie zwiększany po to, by umożliwić wczesne wykrycie obecności przeszkody bądź pracownika obsługi linii. Wózki samojezdne nawiązują połączenie ze sterownikiem głównym linii paletyzacji poprzez połączenie bezprzewodowe, które jest realizowane dzięki modułom SCALANCE firmy Siemens. Silniki wózków napędzane są przekształtnikami SINAMICS G120, a do sterowania nimi użyto obiektów technologicznych Motion.
Niezawodność na poziomie 99,7%
Cały system paletyzacji oparty został na sterowniku Siemens SIMATIC S7-1519F, który komunikuje się z pozostałymi PLC oraz zbiera informacje z systemów rozproszonych. Jednostka ta służy również jako główny sterownik bezpieczeństwa linii. W skład wizualizacji wchodzą 3 stacje klienckie WinCC SCADA oraz szereg mniejszych wizualizacji bazujących na panelach HMI typu Comfort. Całość pracuje na standardzie komunikacyjnym PROFIsafe, także w technologii WiFi 5Ghz do sterowania wózkami transportowymi.
– Do stworzenia systemu użyliśmy najnowszego oprogramowania TIA Portal wraz z dodatkiem Multiuser umożliwiającym prace wielu programistów w tym samym czasie, co było niezbędne w przypadku tak dużego systemu – wspomina Jarosław Strug.
Podczas wdrożenia tak zaawansowanych i rozbudowanych systemów konieczne było rozwiązanie wielu istotnych kwestii technicznych. Wyzwanie dla inżynierów stanowił między innymi stopień skomplikowania instalacji oraz liczba urządzeń, którymi należało w tym samym czasie sterować. Dzięki dogłębnej analizie wykonanej w zakładzie oraz opierając się na licznych symulacjach, opracowana została wstępna koncepcja.
– Zaprojektowaliśmy system, który spełnił wymagania dotyczące wysokiej wydajności, niezawodności na poziomie 99,7% oraz dużej elastyczności, pozwalającej na paletyzowanie różnorodnego asortymentu. Aby im sprostać konieczne było zatem wypracowanie nowych rozwiązań, takich jak np. wspominamy już system inteligentnego rozdzielania kartonów – wspomina Jarosław Strug.
WIKPOL współpracował ściśle z firmą Siemens, która swoją wiedzą i doświadczeniem wspierała wykonawcę na każdym etapie realizacji, co pozwoliło dobrać sprzętowe rozwiązanie adekwatne do potrzeb. Wspólne działania były widoczne również na etapie testów.
Z uwagi na stopień skomplikowania linii paletyzacji wdrożenie podzielone zostało na kilka etapów. Pierwszym z nich było uruchomienie jednego wspólnego ciągu transportowego kartonów od miejsca, gdzie następuje łączenie wielu produktów podawanych przez windy, aż do miejsca przewidzianego do ręcznej paletyzacji kartonów. Etap ten realizowany był od połowy marca do połowy kwietnia 2019. Kolejnym etapem była modernizacja istniejącego ciągu i dystrybucji pustych palet, który został oddany do użytku w lipcu 2019. Równolegle trwały prace nad budową 4 gniazd paletyzacji oraz systemem wózków samojezdnych. Ta część wdrożenia została oddana do eksploatacji na przełomie września i października 2019. Piąte gniazdo paletyzacji uruchomiono w grudniu 2019, a ostania część instalacji – szósta cela paletyzacji – w lutym 2020.
Efekty wdrożenia
Wdrożenie zapewniło poprawę efektywności funkcjonowania zakładu i obniżenie kosztów działania fabryki Twinings. Istotną korzyścią z zaimplementowanego rozwiązania jest możliwość prostej i niskokosztowej rozbudowy systemu o kolejne gniazda paletyzacji oraz nowe ciągi dostarczające asortyment. Podobną elastyczność rozbudowy mocy produkcyjnych trudno byłoby uzyskać bez wdrożenia automatyzacji procesów paletyzacji.
– Zaobserwowaliśmy znaczące podniesienie wydajności oraz stabilności łączenia strumieni – mówi Marcin Książkiewicz. – Zastosowane rozwiązanie pozwoliło osiągnąć o 40% większą wydajność w porównaniu z pierwszą linią paletyzacji zbudowaną dla Twinings. Po zakończeniu etapu rozruchu liczba osób wymaganych do obsługi zmniejszyła się z 16 do zaledwie dwóch, nadzorujących pracę robotów. Powtarzalne czynności zostały w pełni zautomatyzowane, a większość pracowników została przeniesiona do innych zadań. Należy także podkreślić dużą niezawodność linii i odporność na błędy, które zdarzały się podczas żmudnych czynności wykonywanych przez ludzi.
W rozwiązaniu zastosowano sterowniki fail-safe zapewniające bezpieczeństwo osób poruszających się w strefie pakowania, co sprawia, że rozwiązanie jest bezpieczne dla pracowników, którzy przebywają na stałe w pobliżu urządzeń linii produkcyjnej lub znajdą się tam przypadkowo.
– Podstawowym założeniem wdrożenia w fabryce Twinings było zautomatyzowanie procesu paletyzacji przy zachowaniu maksymalnego bezpieczeństwa pracowników współpracujących z robotami. Głównym celem była maksymalizacja wydajności, a ta jest możliwa tylko wtedy, gdy wszystkie zastosowane komponenty tworzą spójną całość, zapewnioną przez jednego dostawcę. Tego typu wdrożenia pokazują, jak automatyzacja na wysokim poziomie wpływa zarówno na wydajność, jak i na bezpieczeństwo – podsumowuje Maciej Gryczewski z firmy Siemens.
Dla firmy Twinings opisany proces to jeden z wielu planowanych wdrożeń. Firma chce kontynuować automatyzację procesu produkcyjnego.
Opisane wdrożenie zostało przedstawione na filmie zrealizowanym we wrześniu 2020r. Zachęcamy do obejrzenia materiału:
Siemens
