Total Productivity uit Broek op Langedijk is een rasechte systeem integrator die uiteenlopende productie- en assemblagemachines ontwikkelt en bouwt. Voor een klant die kunststof verpakkingen produceert, ontwikkelde het bedrijf onlangs een volledige geautomatiseerde flushunit. Deze spoelt de verpakkingen met stikstof zodat het product waarmee de verpakking uiteindelijk wordt gevuld, langer houdbaar blijft. Voor het realiseren van de verschillende functies in de flushunit, heeft het bedrijf gekozen voor de inzet van de Motion Terminal VTEM van Festo. Een ventielterminal waarvan de functionaliteit wordt bepaald met behulp van apps.
Al langer geleden ontwikkelde Total Productivity een complete productielijn voor een fabrikant die kunststof verpakkingen maakt. Deze lijn is opgebouwd uit verschillende stations waar alle benodigde assemblage- en controlestappen worden doorlopen om tot de gewenste verpakking te komen. Om zijn eindklanten (degene die de verpakking vult met product) nóg beter van dienst te zijn, besloot de fabrikant de lijn uit te breiden met een spoelunit. Deze spoelt de normale lucht uit de verpakkingen en vervangt deze door stikstof waardoor het eindproduct langer houdbaar is. Het zogenaamde ‘flushen’.
Nu is flushen op zichzelf geen nieuw proces, maar het volledig geautomatiseerd ervan laten verlopen wel degelijk. Dus werd Total Productivity in de arm genomen om deze nieuwe unit te ontwikkelen. Binnen een tijdsbestek van een kleine vier maanden stond de eerste versie in de werkplaats.
In de praktijk wordt de flushunit gekoppeld aan de productielijn die de verpakkingen, rechtopstaand, aanvoert via een transportband. Wanneer ze de flushunit naderen, worden er drie verpakkingen gelijktijdig toegelaten. Via dezelfde transportband lopen zij de ‘flushunit’ in waar ze onder de drie verticaal gepositioneerde flushunits tot stilstand komen. Vervolgens worden de verpakkingen omhoog getild waarbij de flushunit een speciaal ventiel in de verpakking opent. Hierna opent hij een interne klep waardoor de stikstof onder druk in de verpakking wordt gebracht en de zuurstof verdrijft. Tijdens het flushen brandt een grote oranje lamp die groen kleurt wanneer het flushproces succesvol is afgerond. Wanneer de drie verpakkingen geflusht zijn, worden zij weer op de transportband geplaatst en uit de flushunit getransporteerd.
Tijdens het flushen lopen de flushkoppen – met de verpakkingen – langzaam mee in de richting van de transportband tot aan het einde van de unit. Hierdoor ontstaat tijdens het flushproces aan de invoerkant van de flushunit alvast ruimte om drie nieuwe verpakkingen te positioneren. Wanneer de flushkoppen teruggekeerd zijn naar hun beginpositie, kunnen zij dus direct drie nieuwe verpakkingen spoelen. Richard Bakker, project engineer bij Total Productivity: “Dit betekent dat we per flushbeurt een aantal seconden winnen die nodig is om de maximale cyclustijd te halen. En die hebben we zeker nodig om deze unit op de bestaande lijn te kunnen aansluiten.”
De belangrijkste uitdaging bij de ontwikkeling van de flushunit ligt in de veelheid aan stappen die in een kort tijdsbestek moet worden doorlopen. Dit begint bij de handeling van de verpakking, vervolgens het flushen zelf en niet minder belangrijk: de controle van de diverse procesparameters tijdens het flushproces én van het eindresultaat. Zo is het voor de kwaliteit en snelheid van het flushproces van belang dat er voldoende flow beschikbaar is. Zeker wanneer een klant – om welke reden dan ook – dubbel wil spoelen.
Toen de engineers van Total Productivity hun flowschema gereed hadden, introduceerde Festo bij het bedrijf de VTEM motion terminal. Een ventielterminal waarvan de functie van ieder afzonderlijk ventiel wordt bepaald door middel van een simpele app. Dit betekent dat met dezelfde hardwarecomponent een veelvoud aan functies is te realiseren zonder hiervoor afzonderlijke componenten in te hoeven zetten.
Bakker: “Omdat het hier om een volledig nieuw product gaat, hebben we uiteraard in samenwerking met Festo eerst uitgebreid getest op betrouwbaarheid, snelheid en herhaalnauwkeurigheid. En onze conclusie luidde: geschikt. Eén van de belangrijkste voordelen voor ons is de minimale ruimte die deze ventielterminal inneemt. Wanneer we de verschillende functies met aparte componenten moeten uitvoeren, zouden we zeker drie maal zoveel ruimte nodig hebben. Bovendien hoeven we maar één product in te bouwen. Dat betekent een aanzienlijk kortere montagetijd en minder kans op fouten die bijvoorbeeld tot lekkage kunnen leiden.”
De aansturing van de ventielterminal gebeurt vanuit de eigen besturing die Total Productivity in eigen huis ontwikkelt. Deze software roept de benodigde app aan, waarna het betreffende ventiel de bijbehorende functie uitvoert. In de flushunit wordt gebruik gemaakt van twee terminals om ook twee functies gelijktijdig te kunnen uitvoeren. Daarbij gaat het om in totaal zeven functies variërend van het uitsturen van de cilinders om de verpakkingen op te tillen en de spoelkop te laten zakken tot het regelen van de flow en de controlefuncties voor het testen op lekkage en druk. Bakker: “Het enige externe component dat we toepassen is een aparte flowmeter omdat we eigenlijk niet willen dat de VTEM zijn eigen functies controleert.”
Tevens biedt de gedigitaliseerde pneumatiek belangrijke voordelen voor de eindgebruiker. Zo kan hij zijn unit via de ventielterminal ook manueel bedienen en hier stapsgewijs verschillende testen uitvoeren. Dit is onder meer belangrijk bij het wisselen van de spoelkoppen om een andere verpakking te kunnen flushen. Monteurs willen dan graag direct kunnen testen op functionaliteit en lekdichtheid.
Inmiddels draaien er twee machines in respectievelijk Duitsland en de Verenigde Staten. De versie die nu in de hal wordt opgebouwd zal straks in Spanje worden afgeleverd. In alle gevallen verzorgt Total Productivity de installatie en inbedrijfstelling en controleert onder meer de beschikbaarheid via een Factory Acceptance Test (FAT). Bakker: “De machines draaien naar volle tevredenheid en wij zijn als systeem integrator ook blij met de ventielterminal die ons nog beter in staat stelt te automatiseren. Ik ga ervan uit dat we er in toekomstige machines ook gebruik van zullen maken.”
De VTEM verenigt als enkelvoudige hardwarecomponent de voordelen van pneumatiek en elektrotechniek. Dit doet hij door gebruik te maken van apps die aan de ventielen een specifieke functie toekennen. Hiermee is de VTEM in te zetten voor een eenvoudige aansturing van functies maar ook voor het realiseren van een beheerste beweging naar de eindpositie (soft stop), servopneumatiek en energie-efficiënte bewegingen. Door het veelvoud aan mogelijkheden reduceert de VTEM de complexiteit van de installaties, versnelt het engineeringsproces en biedt bovendien de mogelijkheid de functionaliteit van een machine – voor zover van toepassing – gedurende de gehele levensduur aan te passen. Zo betekent het toevoegen van een extra beweging, tussenstop of controle, uitsluitend het aanroepen van een nieuwe app en níet de integratie van een extra component met bijbehorende montage en programmeerwerkzaamheden. De VTEM voorziet in maximaal 8 analoge en 8 digitale ingangen of 16 digitale ingangen voor directe regeltoepassingen. De sensoren, die direct gemonteerd zijn op de actuator, registeren en verzenden de vereiste positie. Het app-gestuurde ventiel zelf bestaat uit vier 2/2-ventielen die elk door piëzo ventielen worden aangestuurd. De geïntegreerde positie- en druksensoren dragen bij aan een optimale regeling en transparante conditiebewaking. Voor een efficiënte parametrering bestaat de keus uit een intuïtieve WebConfig-bedieningsinterface via de webbrowser op de pc, óf de bekende (PLC-) machinebesturing zonder extra configuratiesoftware.