Automazione macchina incollatrice di cartoni con Siemens S7-300

Il titolare di un cartonificio locale mi contattò, nel 2006, per avere una opinione tecnica su una vecchia macchina punzonatrice. Il progetto della macchina era veramente vecchio, risaliva al 1982 con una logica completamente elettro-meccanica. Si rendeva necessario avere non solo la funzione di cucitura ma anche di incollatura. Cos’ proposi immediatamente, dopo una ispezione iniziale, di implementare un sistema di Automazione macchina incollatrice di cartoni con Siemens S7-300.

La struttura fisica della macchina era in perfetto stato e fu completamente riutilizzata. Un trasporto a rulli aveva il compito di trasferire i cartoni durante il processo di lavorazione, mentre una testa cucitrice applicava una serie di punti metallici a seconda del valore impostato dall’operatore. Ma non vi era la possibilità di altre regolazioni.

Il capo mi chiese di pensare ad una automazione estremamente flessibile e con varie possibilità.

Le chiavi del progetto erano:

  • punti metallici di cucitura determinabili in numero e distanza tra loro, quota di inizio dove il processo di punzonatura doveva iniziare – questo perchè differenti scatore era designate per differenti scopi e vi era la necessità di specificare l’inizio in posizioni diverse, non direttamente all’inizio della scatola;
  • il processo di chiusura doveva poter essere realizzato anche con colla a freddo e non solo con punti metallici;
  • gestire l’accumulo dei prodotti realizzati in una zona di uscita della macchina (che prima non era mai esistita);
  • incrementare la versatilità generale della macchina.

Così, durante una seconda ispezione, ho avuto la possibilità di vedere la macchina durante il suo processo di lavorazione ed ho tenuto in conto le opinioni degli operatori. Scrissi una lista di punti su cose che gli operatori si aspettavano la macchina facesse per loro.

Dopo questo, decisi di disattivare completamente il vecchio sistema di automazione e costruirne uno completamente nuovo, tagliai le vecchie parti elettriche della macchina lasciando solo la parte meccanica. Un pò di manutenzione meccanica fu necessaria per cuscinetti e trasporti a catena.

Il sistema fu aggiornato al seguente standard industriale:

  • un nuovo PLC Simatic S7-300 – Profibus-DP – il cervello;
  • un pannello operatore touchscreen, a colori HAKKO 7″ configurato per essere connesso al PLC con la porta RS485 utilizzando il protocollo Profibus – gli occhi;
  • un Encoder LIKA ad alta precisione, multigiro con 4096 impulsi giro e 4096 giri pilotato in Profibus – il cuore
  • un drive a variazione di velocità per controllare la velocità del motore asincrono trifase si rese necessario perchè la distanza dei punti metallici era determinata meccanicamente e per consentire la variazione di distanza era necessario gestire un altra grandezza fisica che era nel nostro caso la velocità di transito del cartone – le gambe per correre

Il quadro elettrico principale fu realizzato da una ditta elettrica specializzata che si occupò anche di assemblarlo sulla macchina.

Sul tavolo, testai la comunicazione fra il PLC Simatic S7-300, l’encoder ed il pannello operatore.

Così potè iniziare la fase di test non appena il quadro eselltrico fu a bordo macchina. Un fattore K, che metteva in relazione la velocità della macchina alla testa di cucitura a punti metallici, fu determinato.

Profibus Encoder
L’Encoder in Profibus

Siemens S7-300 - Profibus

La testa di incollatura fu installata sulla macchina pilotata da una elettrovalvola per abilitare la colla.

Tutti i parametri di base della macchina furono determinati.

Il software del PLC Simatic S7-300 fu scritto in un paio di giorni e testato.
Era capace di:

  • Selezionare il ciclo di lavorazione del cartone:
    • solo colla;
    • solo punti metallici;
    • colla e punti metallici combinati insieme;
  • se l’operatore seleziona il ciclo colla, può specificare i seguenti parametri:
    • punto di inizio applicazione colla in millimetri;
    • lunghezza totale del tratto colla in millimetri;
  • se il ciclo punti metallici è selezionato, l’operatore può specificare i seguenti parametri:
    • posizione iniziale per l’applicazione dei punti metallici in millimetri;
    • numero totale di punti da applicare;
    • distanza punti in millimetri;
  • quante scatoel devono essere accumulate in uscite prima che la macchina esegua il rilascio della pila di cartoni;
  • attraverso il pannello HMI (pannello touchscreen) sia lo stato che tutti i parametri di lavorazione sono visualizzati in tempo reale, inclusi eventi ed allarmi.

Tutti gli operatori, il titolare, me incluso siamo stati soddisfatti da come la macchina opera che era esattamente come ci aspettavamo.

Attualmente la macchina è in produzione senza mai essersi fermata…