実点科技 PN5R シリーズ一体型I/Oユニットの液体充填生産ラインにおける応用

近年、中国の食品飲料業界は着実な成長を維持しており、液体食品カテゴリーが充実する中、充填包装ラインの構築・改造ニーズが継続的に顕在化しています。液体充填ラインは通常数十メートルに及び、工程数が多くタクトタイムも速いため、制御システムの柔軟性と応答速度に高い要求が求められます。分散配置の考え方が普及するにつれ、近接設置・必要に応じた拡張が可能なリモートI/Oユニットが、液体充填ラインの自動化制御における主流の選択肢となりつつあります。今回の事例では、液体充填生産ラインを対象に、実点科技PN5Rシリーズ一体型I/Oユニットの活用実践を解説します。

今回の事例で使用した実点科技製品：PN5Rシリーズ一体型I/Oユニット

一、デバイス紹介

液体充填生産ラインは、食品飲料業界の自動化生産における中核工程であり、飲料、調味料、食用油、乳製品などの液体製品の包装生産に広く採用されています。このラインは通常、空きボトル（空き缶）搬送ユニット、洗浄/滅菌ユニット、定量充填ユニット、キャッピング/封止ユニット、ラベリングユニット、オンライン検査ユニット、および梱包・パレタイズユニットで構成され、容器供給、充填計量、封止包装から製品検査までの全工程作業を完了できます。

ライン全体の工程フローは、以下の代表的な工程をカバーしています。

二、実点科技のソリューション

この液体充填生産ラインは、シーメンスPLC（S7-1200）をコアコントローラとし、ライン全体は長距離ライン式レイアウトを採用しています。充填ラインの工程が分散し、動作テンポが速いという特徴を踏まえ、本プロジェクトでは自動化制御面において2つの要求に重点を置き、実点科技PN5Rシリーズ一体型I/Oユニットを通じて的確なソリューションを提供しました。

要求1：工程の分散により、I/O配置により高い柔軟性が求められる

充填ラインに沿って多数のセンサや空圧アクチュエータが配置されており、信号点は数十メートルのライン上に分散しています。理想的な構成としては、I/Oユニットを現場に近接して接続し、信号ケーブル長を短縮するとともに、生産ラインの拡張やアップグレード時に容易に新規ステーションを追加できることが求められます。

【ソリューション】PN5Rシリーズ一体型I/Oユニットを採用し、PROFINETプロトコルでシーメンスS7-1200 PLCに接続し、分散制御アーキテクチャを構築しました。各ユニットは対応する工程の近くに配置され、現場のセンサ信号を近接して取り込み、各工程は必要に応じて独立してステーションをコンフィグレーションできます。ライン全体の信号ケーブル長は大幅に削減され、取付がより簡潔かつ効率的になりました。後の生産ライン拡張時には、新規工程に対応するI/Oユニットノードを追加するだけで接続が完了し、拡張性に優れ、工期も管理しやすくなっています。

要求2：充填精度は通信のリアルタイム性に対する要求が高い

定量充填工程では、充填バルブが短時間で開閉動作を完了し、充填計量の正確性とロット間の一貫性を確保する必要があります。同時に、複数工程の並行動作には通信ネットワークの同期能力が求められ、製品合格率と食品安全性を保証します。

【ソリューション】PLCはPROFINETプロトコルを通じて各PN5R一体型I/Oユニットと通信し、各ユニットは工程現場の信号を近接して収集し、対応する工程のアクチュエータに出力を近接して供給します。これによりコントローラから現場までの高速データリンクが形成され、信号伝送のリアルタイム性と耐干渉性が確保され、複数工程の並行動作の一貫性と充填計量精度をサポートします。

三、ソリューション構成

制御層：シーメンスS7-1200 PLCをコアコントローラとし、ライン全体のロジック制御、充填データ処理、および各工程のアクチュエータとの信号のやり取りを担当します。

信号層：実点科技PN5Rシリーズ一体型I/Oユニットを採用し、必要に応じて16点または32点デジタル入出力などの仕様を選定します。ユニットは三線式センサの直接接続に対応し、中間端子台が不要なため、制御盤内のスペースを効果的に確保できます。出力チャネルは各工程のアクチュエータを近接して駆動し、現場信号の効率的な収集と出力を実現します。

四、導入効果

五、PN5Rシリーズ一体型I/Oユニット

実点科技PN5Rシリーズ一体型I/Oユニットは、通信機能とI/O機能を一体化しており、小型かつコンパクトな構造です。PROFINETプロトコルに対応し、スプリングクランプ端子台を採用しているため配線が容易です。PCBA基板全面に防湿コーティングを施し、防塵カバー設計と組み合わせることで、盤外設置にも対応します。「+」付き型番ではDI/DOチャネルを柔軟にコンフィグレーションでき、後の生産ラインアップグレード要求にも対応します。デュアル診断アーキテクチャにより、システムが故障を能動的に報告し、迅速な故障箇所の特定が可能です。