04.03.11 - VARTA mezcla con VIPA
Para Varta y XAPI hubo varios argumentos para aplicar VIPA SPEED7 CPUs en los controles para las áreas de producción importantes. En primer lugar los controles existentes que aún tienen componentes S5 tienen que ser combinados con sistemas de control S7 para evitar grandes gastos de material y tiempo, manteniendo la funcionalidad. Por medio de los controles S7 la mejor solución se puede realizar para las crecientes demandas. Este artículo muestra cómo fue capaz de llevarse a cabo con éxito el proyecto con SPEED7 en la nueva planta de control recién concebida.
La compañia Varta Consumer Batteries GmbH & Co. KGaA forma parte del Grupo Spectrum Brands, un conglomerado estadounidense que incluye nombres bien conocidos como Remington. Varta es un proveedor de productos innovadores de calidad en las áreas de baterias, acumuladores, cargadores y linternas. Localizaciones globales le garantizan una expansión de la posición de mercado especialmente en Europa Central.
Situación y alcance
Las pilas alcalinas se producen en Dischingen (Alemania), el único lugar de fabricación en Europa. Como parte de las modernizaciones en el área de producción, la planta para la producción de cátodo (granulado) que es necesario para la producción de anillos de cátodo de pilas alcalinas, tiene que equiparse con nuevos componentes de control y operación. La importancia básica era dejar el procedimiento de instalación y funcionalidad sin cambios. Debido a que esta instalación tiene una posición clave en todo el montaje un fallo de esta instalación no puede ser compensado por otras medidas, por tanto fué necesaria una gran precisión durantre la planificación y realización del proyecto.
Antes de la modernización de los SIMATIC S5 así como SIMATIC S7 de Siemens los componentes de control ya fueron aplicados en la instalación. Había sólo cinco días de producción para la remodelación completa de la línea. La base para el planteamiento futuro fueron los diagramas de circuitos, el código de programación S5 de los controles existentes, así como las instrucciones de uso de los componentes individuales de la instalación.
Realización
La aplicación de todas las medidas fue hecha por XAPI Software GmbH ubicada en Speyer. XAPI desarrolla software para los procesos de dosificación y pesaje en el área de ingeniería de automatización y es uno de los proveedores especializados en el mercado. Desde 2006 XAPI también ha tenido un socio oficial de Sistemas VIPA; algunos proyectos se realizaron con éxito en el pasado.
Para la realización de este proyecto se aplicó el sistema VIPA 300S con tecnología SPEED7. Para ello se utilizaron seis CPUs 315NET en total así como una CPU 317NET. Con esta constelación se lograron tiempos de ciclo de menos de 20ms, en casos normales incluso por debajo de los 9ms.
Debido a este rápido tiempo de ciclo fué posible utilizar solo los módulos SIWAREX M disponibles como módulos de señal, así como la función de dosificación SIWAREX M utilizada hasta ahora se sustituirá por la administración dentro de los nuevos módulos de programas S7. Esta medida abre la posibilidad de elegir libremente la conexión de las escalas, ahora y en el futuro. No hay necesidad de aplicar módulos discretos de Ethernet adicionales debido a la interfaz Ethernet integrada de la CPU VIPA y sus funcionalidades CP343. Además la interfaz Ethernet se puede usar para la conexión con el servidor web de XAPI via protocolo TCP/IP. En general, el cambio de la CPU lleva a un aumento de rendimiento considerable.
Mediante la aplicación de CPUs VIPA SPEED7 se logró un tiempo de ciclo de menos de 20ms (9ms) como ya se ha descrito anteriormente. En comparación con la CPU S5 aplicada que logró un tiempo de ciclo de 800ms/1s, la CPU VIPA es más rápida en un factor de 40 a 100 veces. El alto rendimiento también era necesario, ya que el proceso de programa del sistema de lotes, de reciente aplicación, depende del tiempo de ciclo del PLC. Por tanto tuvo éxito en la eliminación de la ingeniería completa de pesaje en el PLC y para realizar el proceso técnico más rápido.
El resultado es de un efecto positivo adicional ya que el tiempo de reacción de toda la aplicación pudo ser reducido. También las diversas posibilidades de aplicación de las habituales tarjetas MMC en las CPUs como el almacenamiento cíclico de datos o el almacenamiento de los números de versión más reciente fueron las razones para la aplicación de CPUs VIPA. XAPI ya ha tenido buenas experiencias con esta función en el pasado y por tanto ampliaron el software con las CPUs de VIPA.
La gran memoria de trabajo de 1MB en la CPU 315SN/NET y 2MB en la CPU 317SN/NET ofrece suficiente reserva de memoria, ya que el uso de ésta en las CPUs del control de VARTA está sobre el 50%. Consecuentemente son posibles ampliaciones posteriores del proyecto sin el cambio de la CPU. Además las MCC específicas de ampliación de memoria ofrecen una adaptación flexible de la memoria en caso necesario. XAPI aplicó la VIPA CPU 315SN/NET o 317 SN/NET, respectivamente, en conexión con su propio software, debido a la alta capacidad de memoria y los rápidos tiempos de ciclo de las CPUs VIPA SPEED7. Por lo menos la CPU 317 de Siemens tenia que aplicarse como producto competitivo con el fin de lograr un rendimiento comparable. Debido a la perfecta relación calidad-precio el cliente final VARTA también se decidió por la solución de VIPA. Para el nuevo sistema servidor se seleccionó una nueva plataforma con varias máquinas virtuales. El nuevo sistema de lotes, la nueva visualización, la estación de ingenieria así como el teleservicio de XAPI entre otros están instalados en máquinas individuales (ver fig 4).
El sistema administrativo de lotes disponible (aplicación Delphi de diferentes módulos) fué reemplazado por el software standard X-Batch de XAPI. El software está basado en la Web, de modo que todos los equipos dentro del grupo de trabajo pueden tener acceso en el servidor.
La aplicación del software X-PLANT de XAPI permite una cómoda operación y parametrización de los módulos utilizados. Así que los tiempos de retardo, los retrasos de encendido y apagado o parametrizaciones de valores medidos por ejemplo, son completamente legibles o modificables a través de la visualización. X-PLANT ofrece posibilidades de diagnóstico detallado: por tanto el esquema de cada grupo de la planta se almacena como un archivo PDF en la visualización. El programa S7, incluida la descripción del chip y los valores online son visibles a través de un diagnóstico extendido para cada parte de la planta. Hay una visión general del sistema dentro de la visualización disponible, lo que permite un diagnóstico amplio de un solo PLC VIPA, el sistema bus interno (Profibus) y la red superior (Ethernet), así como el servidor y los clientes conectados.
Instalación
Para evitar el trabajo de cableado extenso durante la realización/instalación del proyecto los módulos S5 existentes permanecen sin cambio. Para ello, la asignación de módulos (SIMATIC S5 IM308-C) fueron utilizados como esclavos en la configuración de Profibus de los nuevos PLCs VIPA. Los módulos S7 ya existentes (por ejemplo, SIWAREX M, las entradas / salidas digitales y analógicas) se conectaron también a los esclavos DP. El nuevo PLC VIPA sólo necesita una fuente de alimentación y una conexión de Profibus, que ya está integrada en la CPU.
Una inspección libre de riesgo de la funcionalidad de la planta fue posible gracias a la simulación completa en la instalación de prueba. Esto garantiza una instalación rápida y sin problemas. La planta entera podría pasar inmediatamente al arranque en caliente después de la señal de test o arranque manual seguido del inicio de la producción.
Descripción de la planta
Toda la planta se compone de tres líneas mezcladoras, la interconexión entre las líneas por lo general sólo se activará en caso de error de determinadas partes de la planta. Para las líneas individuales 13 silos están aguas arriba, en los que se almacena el material de origen. Dependiendo de la fórmula procesada los materiales de origen se pesan, son almacenados en un contenedor temporal y remitidos al pre-contenedor de mezclado de las líneas de mezclado individual. Cuando todos los materiales de base de una fórmula son recogidos en un pre-contenedor de mezclado, el contenido pasa a través de una máquina de filtrado a fin de eliminar sustancias extrañas.
El material cribado entra en el mezclador. Cada línea del mezclador tiene tres escalas adicionales para piezas pequeñas (por ejemplo, la escala 8, 9, 10) y una escala de electrolitos (por ejemplo, escala de 4). Cuando todos los elementos fijos de una fórmula se llenan en el mezclador, una mezcla en seco se lleva a cabo. El procedimiento de la mezcla está contenida en la fórmula. Después de la mezcla en seco se agrega el electrolito y se inicia el mezclado en mojado. Este procedimiento también se incluye en la fórmula. Después de mezclar el contenido se vierte en el siguiente container de mezclado, desde el cual el material se llevará al compactador. Aquí el material de grano fino se comprime mecánicamente de acuerdo con el procedimiento de granulación y los gránulos obtenidos se trituran en una trituradora gruesa y dos trituradoras finas.
Descripción del control
En la planta descrita las CPUS VIPA 315SN/NET y la 317SN/NET forman parte de una red Ethernet. Aquí la 317SN/NET CPU se hace cargo de la función de control central en la dosificación de la materia prima (AG 1), las seis CPUs 315SN/NET son cada unidad de control central para el relleno de la materia prima (AG 7), así como para el mezclador y compactadoras (AG 2 hasta AG 6). Todas las CPU están conectados a través de Profibus con S5, S7 o bastidores de ampliación (fig 4). El granulado producido es transmitido a través de una planta de pantalla, donde se separa en partes finas y gruesas. Las partes bien seleccionadas se suministran al contenedor mezclador para la compactación adicional. Las partes gruesas se depositan en contenedores móviles de suministro y se almacenan para su transformación en la producción celular.
El procedimiento de instalación de las tres líneas es el mismo. Pero hay diferencias entre la configuración espacial y mecánica, en la que los taladros o transportadores de cadena de cangilones se aplican para la ejecución del flujo de materiales entre las instalaciones. El llenado de 13 silos de materia prima para la pirolusita, grafito y de componentes más pequeños también está integrado en la planta. Las materias primas son embaladas en cargos o en bolsas grandes.
Dependiendo de la forma de proporcionar una mayor automatización de procesos diferentes, incluyendo la devolución de material de embalaje también se contempla aquí. Toda la operación incluyendo la visualización completa de la planta se lleva a cabo en la sala de contro. Una operación manual adicional de las instalaciones individuales también es posible. En una estación de trabajo adicional la simulación con los componentes originales puede ejecutarse a través de una aplicación de prueba (fig 3).
Conclusión: Sobre la base de las demandas de control hay varias razones para VARTA o XAPI para aplicar controles de VIPA.
Sobre todo la de alto rendimiento, así como el concepto de gran capacidad y flexibilidad de memoria de la CPU SPEED7 argumenta a favor de la solución con las CPUs de VIPA.
La característica adicional de las interfaces Ethernet integradas en las CPUs de VIPA aplicadas, que pueden ser utilizadas para la conexión del servidor web de XAPI. Esto ahorra la aplicación de nuevos módulos CP. La posibilidad de utilizar tarjetas MMC habituales para el almacenamiento de datos externos y la relación calidad-precio equilibrada completa el paquete completo de VIPA.
El control antes descrito de las instalaciones de mezcla exige un proveedor de confianza, debido a la gran importancia dentro del proceso de producción. Así que las experiencias pasadas positivas de XAPI y VARTA con la aplicación de productos VIPA inclinó la balanza para la selección del producto.
Autor: Mark Kohl, VIPA Sales engineer - En cooperación con Fa. Varta y Fa. XAPI