-
Der Gegenstand betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Verpackungsmaschine sowie eine Verpackungsmaschine.
-
Bei einer gegenständlichen Steuerung werden Prozessabläufe definiert, so dass abhängig vom Prozessablauf bestimmte Prozessschritte durchlaufen werden. In jedem dieser Prozessabläufe und/oder Prozessschritte wird zumindest ein Aktor aktiv angesprochen. Ein Aktor ist zur Durchführung zumindest einer Aktion der Verpackungsmaschine eingerichtet. Das heißt, dass in einem Prozessablauf ein Aktor derart angesteuert wird, dass er bestimmte Aktionen an der Verpackungsmaschine durchführen kann.
-
Verpackungsmaschinen und insbesondere Füllmaschinen sind in einer Vielzahl von weitgehend eigenständigen Unterarten hinlänglich bekannt. Spricht man allgemein von Füllmaschinen, wenn ein Gut in fließ- und/oder schüttfähigem Zustand in ein Behältnis gefüllt wird, unterscheidet der Fachmann im Einzelnen doch stark nach den vorliegenden Aggregatzuständen des Füllgutes und ob beispielsweise in Kunststoff- oder Glasflaschen oder etwa in Kartons aus Verbundmaterialien verfüllt wird.
-
Bei dem Füllen in Kartons aus Verbundmaterialien haben sich zwei grundsätzliche Verfahren etabliert: Bei dem ersten Verfahren wird das Füllgut in einen, um einen Fülldorn geformten Schlauch, gefüllt, aus dem dann zunächst einzelne beutelartige Behältnisse abgekniffen werden, die erst anschließend zu stabilen Kartons umgeformt werden. Bei dem zweiten Verfahren wird das Füllgut in zuvor bereits geformte und nur noch zu einer Seite offene Kartons gefüllt und der Karton anschließend verschlossen.
-
Problematisch bei der Steuerung von Verpackungsmaschinen ist, dass innerhalb von Prozessabläufen und den damit verbundenen Steuerroutinen einzelne Prozessschritte mit fest vorgegebenen Zeiten durchlaufen werden. So kann ein Prozessablauf für eine Sterilisation in einem Prozessschritt beispielsweise eine Heizung ansteuern und aktivieren. In einem weiteren Prozessschritt kann ein Aufbringen von Sterilisationsmittel durchgeführt werden. Für Sterilisation und insbesondere einzelne Prozessschritte bei der Sterilisation können jedoch, beispielsweise abhängig von einer Außentemperatur, einem Zustand des Füllgutes, verschiedenen Vorgaben von Abfüllern etc. unterschiedlich lange Zeiten notwendig sein. Würde für jede mögliche Variation der Zeiten jeweils einzelner Prozessschritte jeweils ein eigener Prozessablauf vorgegeben, wäre die Anzahl und Vielfalt an Prozessabläufen nicht mehr handhabbar.
-
Daher lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, Rezepte mit einer erhöhten Flexibilität bereit zu stellen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Verpackungsanlage nach Anspruch 11 gelöst.
-
Ein Prozessablauf im gegenständlichen Sinne kann als vorgegebener Verfahrensablauf oder Rezept verstanden werden, in dem in einzelnen Prozessschritten festgelegt ist, in welcher Reihenfolge und mit welchen Zeiten Aktoren und Sensoren der Verpackungsmaschine aktiviert und/oder deaktiviert werden und mit welchen Prozessparametern die Aktoren und/oder Sensoren betrieben werden.
-
Im Sinne dieser Schrift werden nicht nur aktive Elemente (Aktoren) wie z.B. Motoren, Heizungen, Filter etc. sondern auch Sensoren, beispielsweise zur Ermittlung von Temperaturen, Durchflüssen oder Drücken, als Betriebsmittel bezeichnet. Damit unterliegt auch das Aktiv-Schalten oder Aktivieren eines Sensors der gleichen Systematik wie das Schalten von Aktoren. Ein dadurch in einem Prozessablauf temporär freigeschalteter Sensor kann dann seine Meldungen - beispielsweise eine Fehlermeldung bei einer von ihm ermittelten Grenzwertüberschreitung - aktiv in den gültigen Prozessablauf einbringen. Der Prozessablauf kann aber vorsehen, den Sensor in einem späteren Schritt wieder abzuschalten. Auch können logische Verknüpfungen im Sinne der vorliegenden Schrift als Betriebsmittel bezeichnet werden. So kann beispielsweise ein Signal-Austausch (Im- und Exportsignale) oder eine Funktion zur Verknüpfung von bestimmten Ereignissen frei geschaltet werden oder wieder abgeschaltet werden. Wenn nachfolgend auch teilweise nur von einem Aktor, einem Sensor oder einer Verknüpfung die Rede ist, kann ggf. die beschriebene Funktion auch einem anderen Betriebsmittel zugeordnet werden.
-
Während eines Prozessablaufes ist es notwendig, zu definieren, welche Schritte eine Maschine durchführen soll. Dazu gehört z.B. das Verstellen und Einstellen von Aktoren, beispielsweise das Auf- und Zustellen eines Ventils oder das Erhitzen einer Heizung auf eine bestimmte Temperatur. Das Aktivieren eines Ventilators oder einer Pumpe kann ebenfalls als Stellen eines Aktors gewertet werden.
-
Gegenständlich können in jedem Prozessablauf zumindest zwei Prozessschritte definiert sein. Hierbei ist es möglich, jedem Prozessschritt eine Zeit zuzuordnen, welche für den Prozessschritt notwendig ist. Innerhalb dieser Zeit werden die diesem Prozessschritt zugeordneten Aktionen an den jeweiligen Betriebsmitteln durchgeführt.
-
In einem Prozessablauf sind die Prozessschritte sequentiell, so dass in einem Prozessablauf zumindest zwei aufeinanderfolgende Prozessschritte durchgeführt werden. Zur Durchführung eines Prozessschritts ist jeweils eine Zeit notwendig. Diese Zeit kann jedem Prozessschritt zugeordnet sein.
-
Um jedoch auf unterschiedlichste Anforderungen reagieren zu können, wird vorgeschlagen, dass innerhalb des Prozessablaufs zumindest einem Prozessschritt eine feste Prozesszeit zugeordnet wird und zumindest einem Prozessschritt eine flexible Prozesszeit zugeordnet wird. Durch die flexible Zeit ist es möglich, den jeweiligen Prozessschritt an externe Anforderungen anzupassen. So kann es z.B. je nach Umweltbedingung notwendig sein, bei der Sterilisation länger eine bestimmte Temperatur zu halten oder länger ein Sterilisationsmittel aufzubringen, um sicher keimfrei zu sein. Dies kann z.B. abhängig von einer Außentemperatur sein. Auch kann abhängig von einem abzufüllenden Gut oder einer angestrebten Mindesthaltbarkeit des Gutes eine andere Prozesszeit für einen bestimmten Prozessschritt sinnvoll sein. Dies kann durch eine flexible Zeit für bestimmte Prozessschritte erreicht werden. Andere Prozessschritte müssen hingegen mit einer festen Prozesszeit durchgeführt werden, was ggf. an mechanischen Anforderungen, äußeren Randbedingungen der Abfülleinrichtung oder dergleichen liegen kann. Diese Prozessschritte sind dann mit einer festen Prozesszeit hinterlegt. Diese Zeiten können nicht verändert werden.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass in dem Prozessablauf definiert ist, für welche Prozessschritte eine flexible Prozesszeit ermöglicht wird. In einem Prozessablauf kann jedem Prozessschritt individuell jeweils zugeordnet werden, ob dieser mit einer flexiblen Zeit durchgeführt werden kann oder nicht.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass eine obere und eine untere Grenze für die flexible Prozesszeit bestimmt wird. Da nicht jeder Prozessschritt beliebig in seiner Dauer geändert werden darf, können nur bestimmte Prozessschritte dafür ausgewählt werden, eine flexible Prozesszeit zu haben. Dadurch wird sichergestellt, dass der Prozesslauf in wesentlichen Schritten, die unveränderbar sein sollen, auch tatsächlich ordnungsgemäß durchgeführt wird.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass für jeweils einen Prozessschritt zumindest eine Referenz auf einen Aktor oder eine Gruppe von Aktoren und zumindest eine Referenz auf ein Ventil oder eine Gruppe von Ventilen bestimmt wird. Je Prozessschritt kann einer oder mehrere Aktoren angesprochen werden. Um die Beschreibung des Prozessablaufs einfach zu gestalten, wird eine Referenz auf den Aktor oder die Gruppe von Aktoren vorgeschlagen. Dadurch kann in einer weiteren Tabelle die Gruppe von Aktoren und deren Arbeitsweise definiert werden und über die Referenz hierauf verwiesen werden. Je Prozessschritt kann ein oder mehrere Ventile angesprochen werden. Um die Beschreibung des Prozessablaufs einfach zu gestalten, wird eine Referenz auf das Ventil oder die Gruppe von Ventilen vorgeschlagen. Dadurch kann in einer weiteren Tabelle die Gruppe von Ventilen und deren Arbeitsweise definiert werden und über die Referenz hierauf verwiesen werden.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der in einem Prozessschritt bestimmten Aktor oder die Gruppen von Aktoren und das in dem Prozessschritt bestimmte Ventil oder die Gruppe von Ventilen für die bestimmte flexible Prozesszeit aktiviert werden. Je Prozessschritt kann einer oder mehrere Aktoren für eine flexible Zeitdauer angesprochen werden. Je Prozessschritt kann ein oder mehrere Ventile für eine flexible Zeitdauer angesprochen werden. Insbesondere wird eine flexible Prozesszeit gleichzeitig für einen Aktor oder die Gruppen von Aktoren und das in dem Prozessschritt bestimmte Ventil oder die Gruppe von Ventilen bestimmt.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass für jeweils eine flexible Prozesszeit eine Standardzeit bestimmt ist und eine Referenz auf eine aus einer Mehrzahl an bestimmten festgelegten Zeiten ausgewählt wird. Um die Beschreibung des Prozessablaufs einfach zu gestalten, wird eine Referenz auf die flexible Prozesszeit vorgeschlagen. Dadurch kann in einer weiteren Tabelle eine Anzahl flexibler Prozesszeiten definiert werden und über die Referenz auf die jeweils notwendige Prozesszeit verwiesen werden. Um sicherzustellen, dass durch die Referenz kein Fehler im Prozessablauf auftritt, wird eine Standardzeit definiert, die stets dann verwendet wird, wenn die referenzierte flexible Prozesszeit außerhalb der oberen und unteren Grenze für die Zeit liegt oder einen NULL-Wert zurückgibt.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die bestimmten festgelegten Zeiten abhängig von einem Produkt, einer Füllmaschine und/oder einer Umgebungsbedingung bestimmt werden. Es kann vorkommen, dass bestimmte Prozessschritte länger oder kürzer durchgeführt werden können, wenn bestimmte Rahmenbedingungen erfüllt sind. Solche Rahmenbedingungen können z.B. in einer Bestückungsvariante der Füllmaschine gegeben sein. So kann z.B. durch eine besondere Bestückung ein Transportband schneller sein als in einer Standardbestückung. Um dem Rechnung zu tragen, kann eine Prozesszeit angepasst werden. Auch kann bei bestimmten Umweltbedingungen, wie der Temperatur oder der Luftfeuchte eine variable Prozesszeit notwendig sein, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Dies wird ebenfalls durch die festgelegten Zeiten ermöglicht. So kann im Vorfeld ein Satz mit festgelegten Zeiten bestimmt werden und im Prozessablauf muss nicht die Zeit selbst flexibel bestimmt werden, sondern es kann über eine Referenz auf eine der festgelegten Zeiten referenziert werden.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass in jeweils einem Prozessschritt eines Prozessablaufs eine Rangnummer zugeordnet wird. Gleiche Prozessschritte können in mehreren Prozessabläufen durchgeführt werden. Die Reihenfolge der Prozessschritte kann dabei jedoch zwischen den verschiedenen Prozessabläufen variieren. Um für jeden Prozessablauf bestimmen zu können, wann im Prozessablauf der Prozessschritt durchgeführt werden soll, kann einem Prozessschritt in jedem Prozessablauf eine eigene Rangnummer zugeordnet werden.
-
Die häufigsten Prozessabläufe in einer Verpackungsmaschine für Lebensmittel sind die der „H2O2-Sterilisation“, „H2O2-Sterilisation während der Produktion“, „Dampfsterilisation“, „Produktion“, „Transportketten-Reinigung“, „Dampfsperre“, „Reinigung CIP“. Andere Prozessabläufe sind, wie oben bereits beschrieben, ebenfalls möglich und können notwendig sein. Der Einfachheit halber werden diese hier jedoch nicht aufgezählt.
-
Innerhalb einer Verpackungsmaschine existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Typen von Betriebsmitteln. Eine Auswahl der verschiedenen Typen umfasst unter anderem ein Stellventil, eine Heizung, einen Stellmotor, eine Pumpe, einen Ventilator, einen Durchflussmengenregler, einen Temperatursensor, einen Pneumatikantrieb. Andere Betriebsmittel sind ebenfalls möglich und können im Bedarfsfall angesteuert werden.
-
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 einen schematischen Aufbau einer Füllmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 einen Prozessablauf gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine Referenztabelle für Betriebsmittel gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine Referenztabelle für Ventile gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5 eine Referenztabelle für Prozesszeiten.
-
Der Aufbau einer Füllmaschine ist schematisch in 1 erläutert.
-
Die Füllmaschine 20 weist meist mehrere parallel zueinander angeordnete Fertigungsbahnen auf, an deren jeweiligem Eingang ein Magazin angeordnet ist, das zur Aufnahme von noch als Faltschachtel angelieferten späteren Kartonverpackungen dient. Diese Faltschachteln sind noch zu zwei Seiten hin offen und werden in der Füllmaschine 20 zunächst aufgefaltet und an einer der noch offenen Seiten verschlossen. Anschließend werden die nur noch zu einer Seite hin offenen Kartons 24 einem Transportmechanismus übergeben, der die Kartons 24 in einen reinraumartigen Bereich 26 führt, in dem die Kartons 24 unter sterilen Bedingungen mit dem Füllgut 28 gefüllt wird. Die Beschreibung nennt Kartons 24 beispielhaft, es sind jedoch jegliche Packungen, Verpackungen, Dosen, Flaschen, Behälter etc. darunter zu verstehen und gegenständlich einsetzbar. Dazu wird der Karton24 zunächst in einem Sterilisator 30 sterilisiert, anschließend mit durch ein Gebläse 42 eingebrachter Reinluft ausgespült und erwärmt.
-
Der Sterilisator 30 kann als Gruppe von Aktoren definiert werden. Darin enthalten sind z.B. ein Ventilator 34, ein Filter 36, eine Heizung 38, ein H2O2 Dosierer 40 und eine Heizung 42.
-
Eine Fülleinheit 44 kann aus verschiedenen Aktoren zusammengestellt sein. Diese können als Gruppe gebildet sein. So kann z.B. ein Einlassventil 46, ein Füllstandsensor 48, Durchflussmesser 50a, 50b und Auslassventile 52a, 52b vorgesehen sein.
-
Nach dem eigentlichen Füllprozess, der in einem oder mehreren Schritten erfolgen kann, wird der Karton 24 noch im reinraumartigen Bereich 54, der so genannten „Aseptic-Zone“ verschlossen. Danach wird auch aus der zuletzt verschlossenen Seite durch Umfalten und Ankleben der beim Schließen entstandenen Kartonlaschen der Packungsgiebel oder der Packungsboden gebildet und die fertige Kartonpackung wird ggf. gekennzeichnet und schließlich nachfolgenden Behandlungsschritten bzw. Behandlungsmaschinen, wie etwa einem Strohhalm- Applikator oder einer Umverpackungsmaschine zugeführt.
-
Bei dieser Art Füllmaschinen 20 arbeiten in der Regel eine Vielzahl von Betriebsmitteln, insbesondere Aktoren und Sensoren zusammen, um das zu verpackende Gut prozesssicher zu verpacken. Die verschiedenen Betriebsmittel der Maschine müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass z.B. in einem getakteten Produktionsprozess jede der innerhalb einer Fertigungsbahn in Reihe hintereinandergeschalteten Produktionseinheiten innerhalb des gerade aktuellen Betriebszustandes zu jedem gewünschten Zeitpunkt das gewünschte Ergebnis liefert.
-
Neben dem Betriebszustand „Produktion“, der den eben dargelegten Ablauf ermöglicht, gibt es verschiedene weitere Betriebszustände der Füllmaschine 20. So sind neben speziellen Zuständen beim Hochlaufen und Herunterfahren, also beim Starten und Abschalten, der Füllmaschine 20, insbesondere in der lebensmittelverarbeitenden Industrie, beispielsweise auch verschiedene Reinigungsbetriebszustände oder Sterilisationszustände oder weitere Zustände vorgesehen.
-
Insbesondere bei Füllmaschinen 20, die in der lebensmittelverarbeitenden Industrie eingesetzt werden, muss beispielsweise eine Sterilisation der produktführenden Bereiche und der Aseptikzone erfolgen. Während der Sterilisation dürfen natürlich keine neuen Verpackungen der Fülleinheit zugeführt werden. Somit werden hierbei beispielsweise die Zuführeinheit und die darin enthaltenen Aktoren inaktiv und die Sterilisationseinheit und die darin enthaltenen Aktoren aktiv sein. In einer Sterilisationseinheit können unterschiedliche Aktoren, beispielsweise Ventile, Regelventile oder Antriebe enthalten sein, die aufeinander abgestimmt arbeiten müssen.
-
Während des Reinigungsprozesses ist es beispielsweise nicht notwendig, dass die Sterilisationseinheit bzw. die darin enthaltenen Aktoren aktiv sind. Es kann aber sein, dass ein Aktor sowohl während der Sterilisation als auch während der Reinigung aktiv ist und sein Zustand geändert werden muss.
-
2 zeigt einen Prozessablauf 10. Dieser Prozessablauf 10 hat verschiedene Prozessschritte A-D. Diese Prozessschritte A-D haben eine jeweilige Rangfolge 1, 2, 3, 4 und eine Beschreibung Aa, Bb, Cc, Dd.
-
Der Prozessablauf 10 ist durch die Prozessschritte A, B, C, D beschrieben, die anhand ihrer Rangfolge 1, 2, 3, 4 nacheinander abgearbeitet werden. In den jeweiligen Prozessschritten A-D werden Betriebsmittel referenziert X, Y, Z. Ferner werden in einer getrennten Spalte Ventile referenziert x, y, z. So haben die Prozessschritte A, B die Referenz Z, der Prozessschritt C die Referenz X und der Prozessschritt D die Referenz Y. Die Prozessschritte A, C referenzieren auf die Ventile z, der Prozessschritt B auf die Ventile x und der Prozessschritt D auf die Ventile y.
-
3 zeigt eine Referenztabelle für die Referenzen X, Y, Z. Pro Referenz kann ein einziges Betriebsmittel oder mehrere Betriebsmittel referenziert werden. Für die Referenz Z wird auf die Betriebsmittel Z1, Z2, Z3 verwiesen. Für die Referenz Y wird auf die Betriebsmittel Y1, Y4 verwiesen. Für die Referenz X wird auf die Betriebsmittel X1, X2, X3, X4 verwiesen.
-
4 zeigt eine Referenztabelle für die Referenzen x, y, z. Pro Referenz kann ein einziges Ventil oder mehrere Ventile referenziert werden. Für die Referenz x wird auf das Ventil x1 verwiesen. Für die Referenz y wird auf die Ventile y1, y2, y3 verwiesen. Für die Referenz z wird auf die Ventile z1, z3 verwiesen.
-
Im Prozessschritt A wird eine Zeit von 100 Sekunden vorgegeben. Schließlich wird für den Prozessschritt A definiert, dass dieser einer fest vorgegebene Zeit T0 abläuft und somit keine flexible Prozesszeit hat.
-
Der Prozessschritt B referenziert wie der Prozessschritt A auf die Betriebsmittel Z gemäß 3. Anders als der Prozessschritt A wird jedoch das Ventil x1 aus der Referenztabelle x referenziert und aktiviert. Der Prozessschritt B hat eine Zeit von 180 Sekunden. Durch die Angabe T1 wird signalisiert, dass dieser Prozessschritt eine flexible Prozesszeit hat. Die Prozesszeit kann zwischen 100 Sekunden und 200 Sekunden liegen. Die Referenz T1 verweist auf die Referenztabelle T gemäß 5, wo für die Zeit T1 eine Prozesszeit festgelegt ist. In der Referenztabelle T gemäß 5 können verschiedene Prozesszeiten T1-T5 hinterlegt sein, die über den Prozessablauf 10 jeweils referenziert werden können.
-
Liegt die referenzierte Zeit T1 innerhalb der Grenzen von 100-200 Sekunden, so wird diese Zeit T1 im vorliegenden Fall 180 Sekunden verwendet. Liegt aufgrund eines Programmfehlers die referenzierte Zeit T1 außerhalb der Grenzen von 100-200 Sekunden, wird eine Default-Zeit verwendet.
-
In Prozessschritt C wird auf die Betriebsmittel X und die Ventile z gemäß den 3 und 4 verwiesen. Durch die Angabe T0 ist die Zeit eine feste Prozesszeit.
-
In dem Prozessschritt D wird auf die Betriebsmittel Y gemäß 3, welche die Betriebsmittel Y1, Y4 enthalten und die Ventile y, nämlich y1, y2 und y3 gemäß 4 referenziert.
-
Eine flexible Prozesszeit kann innerhalb der Grenzen von 50-150 Sekunden liegen und wird über T2 auf die Tabelle gemäß 5 referenziert Hier ist in T2 die vorgegebene Zeit 90 Sekunden, die in dem Prozessschritt D genutzt wird.
-
Durch den gegenständlichen Prozessablauf ist es möglich, flexible Prozesszeiten für einzelne Prozessschritte vorzugeben, um somit auf variable Randbedingungen reagieren zu können, ohne für jede Option einen eigenen Prozessablauf programmieren zu müssen.
