Moderne Prozessanlagen sind hoch automatisiert und stützen sich auf eine Vielzahl von Sensoren, um ein geeignetes Mass an Kontrolle zu erzielen. Verpackungsvorgänge in der Lebensmittelbranche sind ein typisches Beispiel, wobei mehrere diskrete Prozessschritte je eine eigene Problemlösung brauchen. Die Betriebsleitung fordert etwa 100-Prozent-Anlagenverfügbarkeit und investiert in die Vorbehandlung häufiger Probleme, die sonst zu Anlagenstillständen oder sogar fehlerhaften Produkten beim Kunden führen könnten.
Inline-Kontrollen sichern die Prozessschritte
Die Vorgänge selbst haben sich über die Jahre nicht viel verändert: Produkte werden durch Förderer transportiert und in die Verschliessung, Umhüllung, sekundäre Verpackung sowie Etikettierung übergeben, bis sie den Versandbereich erreichen. Bei jedem Schritt sorgen Inline-Kontrollen dafür, dass jedes Objekt vorhanden und korrekt ausgerichtet ist, und dass die Verpackungen und Etiketten korrekt und sicher angebracht werden. Des Weiteren, wo mehrere Förderer in einen einzigen Vorgang einspeisen, kann das Steuersystem die einzelnen Fördergeschwindigkeiten so einstellen, dass ein konstanter Durchfluss beibehalten bleibt.
Die optoelektronischen Miniatursensoren in kubischer Bauform der Serie C23 erfüllen diese Anforderungen perfekt. Diese hochwertigen Sensoren erfüllen die Bedürfnisse diverser Branchen und Anwendungen. Zur Auswahl stehen Lichttaster sowie Typen mit Hintergrundausblendung, Reflexions- und Einweglichtschranken mit einstellbaren Erfassungsbereichen. Sensoren der Serie C23 mit Hintergrundausblendung verfügen über sogenannte Pinpoint-LED, die es erlauben, auch ohne Lasertechnik kleine Objekte präzise zu erfassen.
IO-Link-Schnittstelle gibt es ohne Aufpreis
Für viele Hersteller ist auch die anlagenweite Kommunikation fest vorgeschrieben: gerade hier überzeugen diese Sensoren. Die gesamte Serie steht mit Industriestandard-PNP- oder -NPN-Ausgang in 3- oder 4-Draht-Ausführung zur Verfügung. Ohne Aufpreis besitzen alle PNP-Geräte das standardisierte Protokoll IO-Link für die Punkt-zu-Punkt-Verbindung von Sensoren und Aktoren. Somit bieten sie die Vorteile der digitalen Kommunikation ohne jegliche spezielle Verkabelung.
Die Präsenzerfassung und Ausrichtungsprüfung von Produkten auf sich schnell bewegenden Förderer sind Routineaufgaben dieser Lichttaster oder Sensoren mit Hintergrundausblendung, je nach Material und Farbe der zu erfassenden Objekte. Bei jedem Erfassungspunkt wird die Präsenz oder die korrekte Ausrichtung des vorbeilaufenden Objekts durch einen einzigen Sensor bestätigt. Man kann die Serie C23 auch optional als Stückzähler mit Durchsatzraten von über 1000 Stück pro Minute verwenden.
Sensoren haben ein Industriestandardgehäuse aus ABS
Das Industriestandardgehäuse der Sensoren besteht aus ABS und hat die Abmessungen 20 × 30 × 10 mm. Es ist entweder mit einem integralen M8-Stecker oder einem hermetisch abgeschlossenen, 2 m langen, PVC-ummantelten Kabel ausgestattet. Die speziell auf optimale Charakteristika der Schwarzweiss- und Hintergrundsverschiebung ausgelegte Optik erfasst problemlos graue oder schwarze Objekte gegen hellen oder reflektierenden Hintergrund. Die Reichweiten von bis zu 1500 mm für Lichttaster (300 mm für Typen mit Hintergrundausblendung) werden von den Kunden geschätzt.
Manche verschlossenen oder abgedeckten Produkte erfordern eine Sekundärverpackung für den zusätzlichen Schutz, die Gruppierung oder die Präsentation im Einzelhandel. Typischerweise überwachen die C23-Reflexionslichtschranken den Fluss von verpackten Produkten in ein Konsolidierungsgebiet, wobei sie entweder deren Konformität bestätigen oder nichtkonforme Produkte aus der Linie umleiten. Für kleine Gegenstände ist die Überwachung von oben mit einem einzigen Lichttaster eine geeignete Alternative. Je nach Anforderungen der Applikation ist über IO-Link die «normale» Schaltfrequenz von 1,5 kHz auf 500 Hz («fine» Modus) bzw. 5 kHz («fast» Modus) einstellbar.
Kontrolle der Masshaltigkeit von verpackten Produkten
Eine weitere Aufgabe der C23-Lichttaster oder -Reflexionslichtschranken ist die Kontrolle der Masshaltigkeit von verpackten Produkten. Montiert neben oder über der Verpackungslinie und mit der Optik zu einem vorgegebenen Abstand erleichtern diese sehr zuverlässigen Geräte die Erkennung beschädigter oder deformierter Verpackungen und das Auslösen der Ablehnung. In modernen Anlagen sind Durchsatzraten von Hunderten Packungen pro Minute ganz üblich.
Sobald die Produkte verpackt sind, werden sie etikettiert. Hier prüft der Kontrastsensor KTS-4155 die Etikettenausrichtung und die Anwesenheit der vorgegebenen Markierungen. Dank eines kleinen und extrem schmalen Lichtflecks von 1,5 × 3,5 mm ist die Erkennung kleinster Druckmarken möglich. Gleichzeitig werden auch kleine Kontrastunterschiede auf bedruckten Flächen mittels einer automatischen Wahl der drei farbunterschiedlichen Senderdioden zuverlässig erfasst.
Erfassen und Zählen der fertigen Packungen
Die verkaufsbereiten Produkte fahren dann in die Endverpackung. Zu den bevorzugten Verpackungsmaterialien zählen Schachteln mit Schrumpffolie oder Kartons mit mehreren Packungen, die bereit zum Versand in das Vertriebsnetz sind. Eine letzte Aufgabe der Serie C23 ist das Erfassen und Zählen der fertigen Packungen, wie sie in den Versandbereich gefördert werden. Mit Schaltabständen bis 30 m und integrierter Ausrichthilfe für den einfachen Aufbau ist die C23-Einweglichtschranke die ideale Wahl. Die PNP-schaltenden optoelektronischen Sensoren verfügen dank ihrer IO-Link-Schnittstelle über die Fähigkeit, aus der Ferne mit der übergeordneten Steuerungsebene zu kommunizieren. Bei einer typisch flexiblen Prozessanlage verarbeitet jede Verpackungslinie mehrere Produktvarianten im Laufe eines Tages. Die IO-Link-Sensoren sind auf einfache Integration ausgelegt und mit sämtlichen IO-Link-Master-Versionen kompatibel. Somit lassen sich das Set-up und die Diagnosefunktionen zentral durchführen.
Dank IO-Link lässt sich die Ausfallzeit auf ein Minimum reduzieren
Die Serie C23 erlaubt die Ferneinstellung des Sensormodus. Es gibt wenige Aufgaben, die nicht bequem und zentral, gemäss den Anforderungen des Produktionsplanes erledigt werden können. Während einer Umstellung – zum Beispiel von hell auf dunkel verpackte Artikel – ist der nötige manuelle Eingriff minimal. Sensorparameter lassen sich über IO-Link auf vordefinierte Werte zurücksetzen, um die Ausfallzeit auf ein absolutes Minimum zu reduzieren.
Die Ferneinstellung der Empfindlichkeit und Neukonfiguration der Ausgänge sind Standardfunktionen vom IO-Link-Protokoll ebenso wie das Laden neuer Parameterwerte in beliebig viele Sensoren eines Systems. Wo mehrere Einweglichtschranken in unmittelbarer Nähe betrieben werden – z.B. im Fall einer Reihe von Erfassungspunkten – ist die LED-Sendesequenz über IO-Link auf ein von mehreren vordefinierten Pulsmustern einstellbar, um das Übersprechen sowie unerwünschte Wechselwirkungen zu verhindern.
Gemäss Systemkonfiguration werden verschiedene Ereignisflags ausgelöst. Dazu gehören der Erfassungszustand und dessen Stabilitätsalarme, die LED-Regelung sowie die Grenzwert-, Unterspannungs-, Übertemperatur- und Kurzschlussüberwachung. Zudem übertragen die Sensoren aktuelle sowie maximale Temperaturdaten in Echtzeit. Aufgrund der Performance und Vielseitigkeit finden die C23-Sensoren in naher Zukunft sicher auch im klassischen Automationsbereich immer mehr interessante Anwendungsgebiete.
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