Servo or VFD – how they work and how they differ

A VFD supplies an induction motor with voltage of adjustable frequency and amplitude, and so varies its speed smoothly. A plain VFD has no measurement of shaft position: in V/f control the motor runs with a slip that depends on the load, sensorless vector control estimates speed and rotor flux from the measured currents and voltages and gives full torque from about 0.5 Hz, and only vector control with an encoder closes the speed loop and holds full torque at standstill. In continuous operation at low speeds both forms of vector control require a separately driven motor fan.

A servo drive is a set consisting of a servo motor (usually a permanent-magnet synchronous motor), a built-in encoder and a servo amplifier that regulates current, speed and shaft position in a closed loop. Colloquially, ‘servo’ means the whole set. The controller commands a position, and the servo amplifier compares it with the encoder reading and corrects the error in cycles of microseconds for the current loop and milliseconds for the position loop. A low-inertia rotor and a short-term overload capacity of 2–3.5 times rated torque (for seconds, up to a defined speed) give dynamics that an induction motor of comparable torque cannot match. Series with an incremental encoder, such as the Xinje DS2, require homing after power-on; a multi-turn absolute encoder (an option in newer series, e.g. DS5, with the revolution count kept by a battery in the encoder cable) retains the position information after power-off.

The main differences between a VFD and a servo drive:

The range of VFD applications

A VFD is the right choice wherever the drive’s task is to hold a set speed or change it smoothly and the shaft position does not matter: belt conveyors and feeders, pumps, fans, agitators, machine-tool spindles, pull rolls, the main drives of continuously running packaging machines. The advantage lies not only in price but in the motor – a standard induction motor is held in stock by most suppliers, is simple in construction and needs no encoder cable. The limitation is cooling: a motor with its own shaft-mounted fan overheats in prolonged operation below about 20–30 Hz and needs a separately driven fan or torque derating.

A VFD is also enough for coarse positioning if the machine tolerates an uncertainty of the order of millimetres: a conveyor approaching a sensor at creep speed (a slow-down sensor and a stop sensor give a repeatability of ±1–2 mm, dependent on load), a lift delivering parts to a level confirmed by a sensor, an adjustment axis repositioned once per shift. Where a force acts on the axis at standstill (a lift, a clamp), a mechanical brake that holds the position after stopping is required, because an induction motor without an encoder will not hold a load at standstill. A VFD is no longer sufficient when the cycle requires frequent starts and stops with high dynamics, when torque has to be controlled at very low speed, or when two axes have to move in a defined relationship to each other.

Servo drive applications

A servo drive is essential wherever the drive has to stop at a set point with a repeatability of tenths or hundredths of a millimetre, execute a move in a precisely defined time, or work in relation to another axis. Typical servo drive applications in production machines are:

• rotary and indexing tables – rotation by a set angle to the next station, with the position held during the operation;
• linear feed and positioning axes – intermittent (index) feeders, pick-and-place manipulators, X/Y/Z gantry axes;
• cutting and marking on the fly – a tool axis synchronised with the movement of the material (electronic gearing or camming, flying shear);
• operations with torque control – press-fitting, clamping, tightening to a torque limit;
• interpolated axes – CNC machine tools, contour dispensing equipment, plotters.

Two completed machines mark the boundary between the two solutions. In the semi-automatic machine for assembling shaver heads the table carrying the parts is turned by a Xinje DS2 series servo drive: each station – driving in the metal plate, pressing in the button with its spring, vision inspection – requires the part to be positioned to tenths of a millimetre, and the position has to be held during the operation. A VFD-driven table stopping on sensors does not provide that repeatability. Taken as a whole, the semi-automatic machine delivered a threefold increase in output compared with manual assembly and reduced production rejects to zero thanks to component presence checking.

The three-axis CNC milling machine for aluminium muntins (glazing bars) combines both kinds of drive in one machine: the three interpolated axes are driven by Xinje DS5 series servo drives under our in-house CNC control system, while the 2 kW spindle is driven by a VFD – all that is required of the spindle is a constant rotational speed, not a position. The machine processes profiles 25–60 mm wide and up to 2,500 mm long at feed rates of up to 500 mm/s with a positioning accuracy of ±0.05 mm. Servo where position matters, VFD where speed matters – that is a design rule, not a compromise.

Intermediate options and a machine on stepper motors

A vector VFD with an encoder card closes the speed loop on an induction motor fitted with an encoder: it gives full torque at zero speed and positioning of slow axes to tenths of a millimetre without a servo motor. It works well in lifts, adjustment axes and positioning conveyors, but not in dynamic cycles – the inertia of the induction rotor remains unchanged. A servo drive with an induction motor (a heavy-duty induction motor fitted with an encoder, plus a servo amplifier) is used at high power ratings, where a permanent-magnet motor would be uneconomical.

A closed-loop stepper motor is an economical alternative to a servo drive on axes with low torque and moderate speed: an encoder detects lost steps and the stepper driver works like a simple servo amplifier. A stepper motor, however, has no short-term overload capacity and its torque falls with speed – above a few hundred revolutions per minute or a dozen or so newton-metres the servo drive’s advantage becomes clear. Hence the rule for a machine that loses position: if the torque required at working speed lies within the stepper motor’s characteristic and the motor loses steps only occasionally (resonance, no torque margin in open loop), a closed-loop stepper motor is usually enough. If the required torque exceeds that characteristic or the cycle needs a short-term overload, a servo drive is needed.

Replacing a stepper motor with a servo drive is a common modernisation, but it does not come down to swapping the motor. The servo motor is selected by torque, not by flange size – a stepper motor has a high holding torque at standstill, and a servo motor of the same flange size may be weaker. The servo amplifier accepts a pulse signal of the same type, but the signal level (5 V line driver or 24 V) and the pulse frequency must be matched, an electronic gear ratio set, the enable, alarm and in-position signals handled in the program, and the servo loops tuned. The PLC with pulse outputs usually stays, and the scope of work on each axis is set after an inspection. The machine needs a new conformity assessment when the change creates a new hazard or increases the risk and reducing it requires protective measures to be added or rebuilt with changes to the safety-related control system. The higher dynamics of a servo-driven axis can be such an increase; this is decided by a risk assessment of the change, which is carried out in every case.

Servo drive sizing step by step

Servo drive sizing starts from the motion profile, not from the catalogue, and is iterative – the gear ratio changes torque, speed and inertia at the same time:

1. Motion profile – travel, cycle time, dwell time, profile shape (trapezoidal or S-curve); these determine the maximum speed and the acceleration.
2. Transmission and gear ratio – a ball screw on short axes with high force, a toothed belt on long and fast axes, a rack and pinion above a few metres; a planetary gearbox reduces the inertia referred to the motor shaft by the square of the ratio, but adds its own inertia and backlash, and in a precision version often costs more than the motor.
3. Torques – the load torque (friction, process force, gravitational component) and the dynamic torque from the inertia of the whole system (rotor, gearbox, load referred to the motor shaft) and the acceleration; the inertia ratio of load to rotor – as a guide up to 5–10:1 for dynamic axes, more for slow and stiff axes.
4. Motor check – the RMS torque of the cycle, including the torque held at standstill, must be below the rated torque with a 20–30% margin (catalogue values apply to continuous duty S1 at 40 °C), and the peak torque and speed must lie within the intermittent zone of the torque–speed characteristic.
5. Brake and mechanics – a vertical axis requires a holding brake in the motor (not a working brake) or a self-locking transmission; absolute accuracy is determined by gearbox and screw backlash, belt compliance and mounting stiffness, not by encoder resolution.
6. Interface and supply – pulse-and-direction for a few axes (note the maximum output frequency of the controller), a motion bus such as EtherCAT for many interpolated and synchronised axes, a position table over Modbus for simple axes; the voltage class of the servo amplifier (220 or 400 V) must match the supply and the motor. The braking resistor is sized from the braking energy and the frequency of stops, and inadequate cable screening – without 360° gland earthing – is a common cause of encoder faults after commissioning.

A common sizing error is choosing the motor by power: a high-speed motor of high power but low rated torque, selected without a gearbox, will not hold the pressing load at standstill, while a motor oversized ‘to be on the safe side’ has a rotor inertia greater than the load and does not use its dynamics. Selecting the controller for the number and type of axes is discussed in our article PLC controllers – types, programming and selection, and selecting the operator panel in HMI Panels in Practice – How to Choose an Operator Panel.

Cost, energy and drive safety

Cost. A servo drive set is several times more expensive than a VFD with a motor of comparable torque, and the encoder cable, often a planetary gearbox and a controller with axis support have to be added; an induction motor is usually available off the shelf, while a servo drive and a precision gearbox have longer delivery times that depend on the supplier. The balance shifts when a servo replaces mechanical components: a servo-driven rotary table needs no Geneva mechanism (a mechanical indexer) and allows a variable index, but the drive then has to hold the position under load; a servo axis needs no adjustable stops for every format (limit switches and fixed end stops remain), and changing the axis positions for another format comes down to selecting a recipe on the panel. In a machine with several formats this effect can offset the difference in drive price.

Energy. Induction motors and VFDs are subject to Commission Regulation (EU) 2019/1781, as amended, on ecodesign. From 1 July 2021 three-phase induction motors of 0.75–1,000 kW must meet at least efficiency class IE3 (motors from 0.12 to below 0.75 kW, class IE2), and variable-speed drives (the regulation’s term for VFDs) with a three-phase input for motors of 0.12–1,000 kW must meet class IE2; from 1 July 2023 motors of 75–200 kW with 2, 4 or 6 poles, except brake motors and explosion-protected motors, must meet IE4. Permanent-magnet synchronous servo motors are outside the scope of the regulation, which covers induction motors. An induction brake motor is usually subject to IE3, and a servo amplifier with a three-phase supply is subject to IE2 only if it meets the definition of a VFD, i.e. it can also supply an induction motor; regenerative drives are excluded. In start–stop cycles energy is saved above all by regeneration during braking on a DC bus shared by several axes.

Safety. Some VFDs and servo amplifiers offer the safety sub-functions described in EN 61800-5-2:2017, and their scope depends on the model and version of the drive: STO (safe torque off – the drive does not supply the motor with energy that can generate torque; a stop category 0 under EN 60204-1:2018), SS1 (safe stop 1 – deceleration on a ramp followed by STO; stop category 1, in the SS1-t variant without monitoring of the deceleration, in SS1-r with monitoring of the deceleration and in SS1-d with the deceleration controlled by the safety function) and SLS (safely limited speed – monitoring that speed does not exceed a limit, e.g. in setting mode with a guard open). These are sub-functions of the drive – the required performance level (PLr) is determined from the risk assessment under EN ISO 13849-1:2023 separately for each function, and the whole function, from the push-button or guard through the safety relay to the drive, must achieve it. Where that level is achieved, the STO input can replace a contactor in the motor circuit, but it does not remove the voltage from the motor terminals and does not replace the isolator for work on the motor; after STO the motor coasts freely. On a vertical axis the brake in the motor is a holding brake – if holding the axis is a safety function, its control is implemented with the SBC (safe brake control) sub-function and the stop as the sequence: SS1, brake closure, STO.

Electromagnetic compatibility. The requirements are defined by EN IEC 61800-3:2023: a site supplied from its own transformer substation is the second environment and a category C3 drive suffices there, while a workshop supplied directly from the public low-voltage network that also supplies residential buildings is the first environment and requires category C1 or C2; the category applies to the whole system – drive, filter and screened motor cable up to the length permitted by the manufacturer.

Frequently asked questions

What is the difference between a servo drive and a VFD?

A VFD regulates the speed of an induction motor by changing the supply frequency and usually does not measure the shaft position. A servo drive controls the position, speed and torque of a servo motor in a closed loop with an encoder built into the motor, so it stops at a set point with a repeatability of tenths or hundredths of a millimetre (depending on the mechanics) and holds full torque at standstill. A VFD is cheaper and sufficient for speed control and coarse positioning; a servo drive is essential for accurate positioning of dynamic axes and for axis synchronisation.

VFD or servo for a conveyor, a rotary table and a feed axis?

A conveyor, pump, fan or spindle – a VFD, because speed is what matters. An indexing table, a feed axis stopping at a set point and synchronised axes – a servo drive, because position is what matters. A slow axis with coarse positioning, for example a lift or an adjustment axis – a vector VFD with an encoder (and a brake if the axis is loaded at standstill), as an intermediate option.

Can a VFD position an axis?

Yes, to a limited extent: a vector VFD with an encoder card and an induction motor fitted with an encoder positions slow axes to tenths of a millimetre and holds torque at standstill. Without an encoder, positioning relies on sensors and creep speed – with a mechanical brake as well where a force acts on the axis at standstill – and has a repeatability of ±1–2 mm, depending on load. Dynamic, interpolated or synchronised axes need a servo drive.

Can a servo motor be run from a VFD?

Technically yes, but the result is not a servo drive: some VFDs can run a permanent-magnet motor without an encoder in speed control, but a VFD without a motor encoder will not close the position loop or hold torque at standstill; accurate positioning of dynamic axes requires a servo amplifier with the motor’s encoder. Conversely, using a servo drive where a constant speed without dynamic requirements is all that is needed is possible but usually uneconomical.

Where does servo drive sizing start?

Servo drive sizing starts from the motion profile – travel, cycle time, dwell time and acceleration – and from the load torque, not from the power in the catalogue. Next come the transmission and gear ratio, the RMS torque of the cycle with a margin and a check of the inertia ratio; only then are the motor and servo amplifier chosen, and finally the control interface and the supply.

What is STO in a VFD or servo drive?

STO (safe torque off) is a safety sub-function under EN 61800-5-2 which, when the enable signal is removed, cuts off the drive signals to the power stage so that the motor cannot produce torque – a stop category 0. Where the whole safety function achieves the required PLr, STO can replace the contactor in the motor circuit and shorten the restart time, but it does not brake actively and does not remove the voltage from the motor terminals; a vertical axis needs a brake, and a controlled stop is provided by the SS1 sub-function. The required performance level PLr follows from the risk assessment under EN ISO 13849-1.

Drive selection for your machine – a quotation

As a rough guide, a semi-automatic machine with servo-driven axes costs PLN 50,000–150,000 (roughly €12,000–35,000; 2–4 months from signing the contract to acceptance), and replacing the drives and controls in an existing machine PLN 30,000–50,000 (roughly €7,000–12,000; 1–3 months), depending on the number of axes; a special-purpose machine with interpolated axes is quoted according to scope. Our article Machine Retrofit or a New Machine? discusses when replacing drives pays off better than buying a new machine; the scope of services is described on the offer pages machine retrofit and modernisation, HMI panels and PLC controllers and CNC milling.

If your machine loses position, a changeover to another format takes hours, or you are planning a new cell and do not know whether a VFD will be enough – show us the process. We visit, inspect the machine, establish the cycle and the loads, and within 48 hours of the visit send a preliminary quotation with the scope of work and an indicative lead time, showing on which axes a servo is essential and on which a VFD is enough. The visit and the preliminary assessment are free of charge and without obligation.

Call +48 796 019 414, write to biuro@automation.net.pl or fill in the contact form. We have been in business since 2014 and carry out projects throughout Poland.

Serwo czy falownik – zasada działania i różnice

Falownik (przemiennik częstotliwości) zasila silnik asynchroniczny napięciem o regulowanej częstotliwości i amplitudzie, dzięki czemu płynnie zmienia jego prędkość obrotową. Zwykły falownik nie mierzy położenia wału. W sterowaniu U/f (stały stosunek napięcia do częstotliwości) silnik pracuje z poślizgiem zależnym od obciążenia. Sterowanie wektorowe bezczujnikowe estymuje prędkość i strumień magnetyczny z mierzonych prądów i napięć oraz daje pełny moment od około 0,5 Hz. Dopiero sterowanie wektorowe z enkoderem zamyka pętlę prędkości i utrzymuje pełny moment także przy zatrzymanym wale. W pracy ciągłej przy niskich prędkościach oba warianty sterowania wektorowego wymagają obcego wentylatora silnika.

Serwonapęd to zestaw złożony z serwosilnika (zwykle synchronicznego z magnesami trwałymi), wbudowanego enkodera oraz serwowzmacniacza, który w zamkniętej pętli reguluje prąd, prędkość i położenie wału. Potocznie „serwo” oznacza cały ten zestaw. Sterownik zadaje pozycję, a serwowzmacniacz porównuje ją z odczytem enkodera i koryguje uchyb w cyklach rzędu mikrosekund dla pętli prądu i milisekund dla pętli położenia. Wirnik o małej bezwładności i chwilowa przeciążalność 2–3,5-krotności momentu znamionowego (przez sekundy, do określonej prędkości) dają dynamikę nieosiągalną dla silnika asynchronicznego o porównywalnym momencie. Serie z enkoderem inkrementalnym, jak Xinje DS2, wymagają bazowania po załączeniu; enkoder absolutny wieloobrotowy (opcja w nowszych seriach, np. DS5; licznik obrotów podtrzymuje bateria w przewodzie enkodera) zachowuje informację o położeniu po wyłączeniu zasilania.

Najważniejsze różnice między falownikiem a serwonapędem:

Zakres zastosowań falownika

Falownik jest właściwym wyborem wszędzie tam, gdzie zadaniem napędu jest utrzymanie zadanej prędkości lub jej płynna zmiana, a położenie wału nie ma znaczenia: przenośniki i podajniki taśmowe, pompy, wentylatory, mieszadła, wrzeciona obrabiarek, walce ciągnące, napędy główne maszyn pakujących o pracy ciągłej. Zaletą jest nie tylko cena, lecz także silnik – standardowy silnik asynchroniczny jest dostępny z magazynu u większości dostawców, ma prostą budowę i nie wymaga przewodu enkoderowego. Ograniczeniem jest chłodzenie: silnik z własnym wentylatorem przy długotrwałej pracy poniżej około 20–30 Hz przegrzewa się i wymaga obcego wentylatora albo obniżenia momentu.

Falownik wystarcza również do pozycjonowania zgrubnego, jeżeli maszyna toleruje niepewność rzędu milimetrów: przenośnik dojeżdżający do czujnika z prędkością pełzającą (czujnik zwolnienia i czujnik zatrzymania dają powtarzalność ±1–2 mm, zależną od obciążenia), podnośnik podający detale na poziom potwierdzany czujnikiem, oś nastawcza przestawiana raz na zmianę. Tam, gdzie na oś działa siła w spoczynku (podnośnik, docisk), warunkiem jest hamulec mechaniczny utrzymujący położenie po zatrzymaniu, ponieważ silnik asynchroniczny bez enkodera nie utrzyma obciążenia w spoczynku. Falownik przestaje wystarczać, gdy cykl wymaga częstych startów i zatrzymań z wysoką dynamiką, gdy moment ma być kontrolowany przy bardzo niskiej prędkości, albo gdy dwie osie mają poruszać się w zadanej zależności od siebie.

Zastosowania serwonapędu

Serwonapęd jest konieczny tam, gdzie napęd musi zatrzymać się w zadanym punkcie z powtarzalnością dziesiątych lub setnych części milimetra, wykonać ruch w ściśle określonym czasie albo pracować w zależności od innej osi. Typowe zastosowania serwonapędu w maszynach produkcyjnych to:

• stoły obrotowe i indeksujące – obrót o zadany kąt do kolejnej stacji, z pozycją utrzymywaną podczas operacji;
• osie liniowe podawania i pozycjonowania – podajniki taktowe (o ruchu przerywanym), manipulatory pick-and-place, osie X/Y/Z portali;
• cięcie i znakowanie w locie – oś narzędzia synchronizowana z ruchem materiału (elektroniczna przekładnia lub krzywka);
• operacje z kontrolą momentu – wciskanie, dociskanie, dokręcanie z ograniczeniem momentu;
• osie interpolowane – obrabiarki CNC, urządzenia dozujące po konturze, plotery.

Dwie zrealizowane maszyny wyznaczają granicę między obydwoma rozwiązaniami. W półautomacie do montażu głowicy golarki stół z detalami jest obracany serwonapędem Xinje serii DS2: każda stacja – wbijanie blaszki, wciskanie przycisku ze sprężyną, kontrola wizyjna – wymaga ustawienia detalu z dokładnością do dziesiątych części milimetra, a pozycja musi być utrzymana w czasie operacji. Stół na falowniku zatrzymywany na czujnikach nie zapewnia takiej powtarzalności. Efektem wdrożenia całego półautomatu jest trzykrotny wzrost wydajności względem montażu ręcznego oraz zmniejszenie liczby braków do zera dzięki kontroli obecności komponentów.

Trzyosiowa frezarka CNC do aluminiowych szprosów łączy oba rodzaje napędu w jednej maszynie: trzy osie interpolowane są napędzane serwonapędami Xinje serii DS5, sterowanymi autorskim systemem CNC, natomiast wrzeciono o mocy 2 kW – falownikiem; od wrzeciona wymaga się stałej prędkości obrotowej, a nie położenia. Maszyna obrabia profile o szerokości 25–60 mm i długości do 2500 mm z posuwem do 500 mm/s i dokładnością pozycjonowania ±0,05 mm. Serwo tam, gdzie ma znaczenie położenie, falownik tam, gdzie ma znaczenie prędkość – to reguła projektowa, nie kompromis.

Warianty pośrednie i maszyna na silnikach krokowych

Falownik wektorowy z kartą enkodera zamyka pętlę prędkości na silniku asynchronicznym wyposażonym w enkoder: daje pełny moment przy zerowej prędkości i pozycjonowanie osi wolnych z dokładnością rzędu dziesiątych części milimetra bez serwosilnika. Sprawdza się w podnośnikach, osiach nastawczych i przenośnikach pozycjonujących, ale nie w cyklach dynamicznych – bezwładność wirnika asynchronicznego pozostaje bez zmian. Serwonapęd z silnikiem asynchronicznym (silnik o wzmocnionej konstrukcji z enkoderem i serwowzmacniacz) stosuje się przy dużych mocach, gdzie silnik z magnesami trwałymi byłby nieopłacalny.

Silnik krokowy z zamkniętą pętlą to ekonomiczna alternatywa dla serwonapędu w osiach o małym momencie i umiarkowanej prędkości: enkoder wykrywa gubienie kroków, a sterownik silnika krokowego pracuje jak prosty serwowzmacniacz. Silnik krokowy nie ma jednak przeciążalności chwilowej, a jego moment spada z prędkością – powyżej kilkuset obrotów na minutę lub kilkunastu niutonometrów przewaga serwonapędu staje się wyraźna. Stąd reguła dla maszyny, która gubi pozycję: jeżeli moment potrzebny przy prędkości roboczej mieści się w charakterystyce silnika krokowego, a silnik gubi kroki tylko sporadycznie (rezonans, brak zapasu momentu w pętli otwartej), zwykle wystarczy silnik krokowy z zamkniętą pętlą. Jeżeli potrzebny moment przekracza tę charakterystykę albo cykl wymaga chwilowego przeciążenia, potrzebny jest serwonapęd.

Zamiana silnika krokowego na serwonapęd jest częstą modernizacją, ale nie sprowadza się do wymiany silnika. Serwosilnik dobiera się według momentu, nie kołnierza – silnik krokowy ma wysoki moment trzymania w spoczynku i serwosilnik tego samego kołnierza bywa słabszy. Serwowzmacniacz przyjmuje sygnał impulsowy tego samego typu, lecz wymaga dopasowania poziomu (5 V line-driver lub 24 V) i częstotliwości impulsów, przekładni elektronicznej, obsługi w programie sygnałów załączenia, alarmu i potwierdzenia pozycji oraz strojenia pętli regulacji. Sterownik z wyjściami impulsowymi zwykle zostaje, a zakres prac przy każdej osi ustala się po oględzinach. Ponownej oceny zgodności maszyna wymaga wtedy, gdy zmiana tworzy nowe zagrożenie lub zwiększa ryzyko, a ich ograniczenie wymaga dodania albo przebudowy środków ochronnych z ingerencją w układ sterowania związany z bezpieczeństwem. Wyższa dynamika osi na serwonapędzie bywa takim wzrostem ryzyka; rozstrzyga o tym ocena ryzyka zmiany, którą przeprowadza się w każdym przypadku.

Dobór serwonapędu krok po kroku

Dobór serwonapędu zaczyna się od profilu ruchu, nie od katalogu, i jest iteracyjny – przełożenie zmienia jednocześnie moment, prędkość i bezwładność:

1. Profil ruchu – droga, czas cyklu, czas postoju, kształt profilu (trapez lub S-krzywa); z nich wynikają prędkość maksymalna i przyspieszenie.
2. Przeniesienie napędu i przełożenie – śruba kulowa na krótkich osiach o dużej sile, pasek zębaty na osiach długich i szybkich, listwa zębata powyżej kilku metrów; przekładnia planetarna zmniejsza bezwładność sprowadzoną na wał silnika proporcjonalnie do kwadratu przełożenia, ale dodaje własną bezwładność i luz, a w wersji precyzyjnej kosztuje często więcej niż silnik.
3. Momenty – moment obciążenia (tarcie, siła procesu, składowa grawitacyjna) i moment dynamiczny z bezwładności układu (wirnik, przekładnia, obciążenie sprowadzone na wał silnika) i przyspieszenia; stosunek bezwładności obciążenia do wirnika – orientacyjnie do 5–10 dla osi dynamicznych, więcej dla osi wolnych i sztywnych.
4. Sprawdzenie silnika – moment skuteczny cyklu, łącznie z momentem utrzymywanym w postoju, musi być mniejszy od momentu znamionowego z marginesem 20–30% (wartości katalogowe obowiązują dla pracy ciągłej S1 w 40 °C), a moment szczytowy i prędkość muszą mieścić się w strefie pracy chwilowej charakterystyki moment–prędkość.
5. Hamulec i mechanika – oś pionowa wymaga hamulca trzymającego w silniku (nie roboczego) albo przeniesienia samohamownego; o dokładności bezwzględnej decydują luz przekładni i śruby, podatność pasa i sztywność mocowań, a nie rozdzielczość enkodera.
6. Interfejs i zasilanie – impuls–kierunek do kilku osi (uwaga na maksymalną częstotliwość wyjść sterownika), magistrala ruchu, np. EtherCAT, do wielu osi interpolowanych i synchronizowanych, tabela pozycji przez Modbus do osi prostych; klasa napięciowa serwowzmacniacza (220 lub 400 V) musi odpowiadać zasilaniu i silnikowi. Rezystor hamowania dobiera się z energii hamowania i częstości zatrzymań, a częstą przyczyną błędów enkodera po uruchomieniu jest brak połączenia ekranu przewodu z uziemieniem na całym obwodzie dławnicy kablowej.

Częsty błąd doboru to wybór silnika według mocy: silnik wysokoobrotowy o dużej mocy, ale małym momencie znamionowym, dobrany bez przekładni nie utrzyma obciążenia prasowania w spoczynku, a silnik przewymiarowany „na zapas” ma bezwładność wirnika większą niż obciążenie i nie wykorzystuje dynamiki. Dobór sterownika do liczby i rodzaju osi omówiono we wpisie „Sterowniki PLC w automatyzacji przemysłowej – rodzaje, programowanie i praktyczny dobór”, a dobór panelu operatorskiego – we wpisie „Panel HMI w praktyce – jak dobrać panel operatorski do maszyny”.

Koszty, energia i bezpieczeństwo napędu

Koszty. Zestaw serwonapędu jest kilkukrotnie droższy od falownika z silnikiem o porównywalnym momencie, a do ceny należy doliczyć przewód enkoderowy, często przekładnię planetarną i sterownik z obsługą osi; silnik asynchroniczny jest zwykle dostępny od ręki, a serwonapęd i przekładnia precyzyjna mają dłuższe terminy dostaw, zależne od dostawcy. Rachunek zmienia się, gdy serwonapęd zastępuje mechanikę: stół obrotowy na serwonapędzie nie potrzebuje mechanizmu maltańskiego (mechanicznego indeksera) i pozwala na zmienny podział, ale pozycję pod obciążeniem utrzymuje wtedy napęd; oś na serwonapędzie nie potrzebuje zderzaków nastawnych na każdy format (krańcówki i stałe zderzaki krańcowe pozostają), a zmiana położeń osi na inny format sprowadza się do wybrania receptury na panelu. W maszynie o kilku formatach ten efekt może zrównoważyć różnicę w cenie napędu.

Energia. Silniki asynchroniczne (indukcyjne) i przemienniki częstotliwości podlegają rozporządzeniu Komisji (UE) 2019/1781 z późn. zm. w sprawie ekoprojektu: od 1 lipca 2021 r. trójfazowe silniki indukcyjne 0,75–1000 kW muszą spełniać klasę sprawności co najmniej IE3 (od 0,12 do poniżej 0,75 kW – IE2), a przemienniki z wejściem trójfazowym dla silników 0,12–1000 kW – klasę IE2; od 1 lipca 2023 r. silniki 75–200 kW o 2, 4 lub 6 biegunach, z wyjątkiem silników hamulcowych i przeciwwybuchowych – IE4. Serwosilniki synchroniczne z magnesami trwałymi są poza zakresem rozporządzenia, ponieważ dotyczy ono silników indukcyjnych. Indukcyjny silnik hamulcowy podlega zwykle IE3. Serwowzmacniacz z zasilaniem trójfazowym podlega IE2 tylko wtedy, gdy spełnia definicję przemiennika, czyli może zasilać także silnik indukcyjny; przemienniki regeneratywne są wyłączone. W cyklach start–stop energię oszczędza się przede wszystkim dzięki odzyskowi przy hamowaniu na wspólnej szynie DC kilku osi.

Bezpieczeństwo. Część falowników i serwowzmacniaczy oferuje podfunkcje bezpieczeństwa opisane w PN-EN 61800-5-2:2017-07, a ich zakres zależy od modelu i wersji napędu: STO (Safe Torque Off – napęd nie dostarcza silnikowi energii wytwarzającej moment; zatrzymanie kategorii 0 według PN-EN 60204-1:2018-12), SS1 (Safe Stop 1 – hamowanie po rampie zakończone STO; zatrzymanie kategorii 1, w wariancie SS1-t bez nadzoru hamowania, w SS1-r z nadzorem hamowania, w SS1-d z hamowaniem sterowanym przez funkcję bezpieczeństwa) i SLS (Safely Limited Speed – nadzór, czy prędkość nie przekracza limitu, np. w trybie ustawiania przy otwartej osłonie). Są to podfunkcje napędu – wymagany poziom zapewnienia bezpieczeństwa (PLr) wyznacza się z oceny ryzyka według PN-EN ISO 13849-1:2023-09 osobno dla każdej funkcji, a osiągnąć go musi cała funkcja, od przycisku lub osłony przez przekaźnik bezpieczeństwa po napęd. Gdy poziom ten zostanie osiągnięty, wejście STO może zastąpić stycznik w obwodzie silnika, ale nie odłącza napięcia od zacisków silnika i nie zastępuje rozłącznika do prac przy silniku; po STO silnik wybiega swobodnie. Na osi pionowej hamulec w silniku jest hamulcem trzymającym – jeżeli utrzymanie osi jest funkcją bezpieczeństwa, jego sterowanie realizuje się podfunkcją SBC (Safe Brake Control), a zatrzymanie sekwencją: SS1, zamknięcie hamulca, STO.

Kompatybilność elektromagnetyczna. Wymagania określa PN-EN IEC 61800-3:2024-04: zakład zasilany z własnej stacji transformatorowej jest drugim środowiskiem i wystarcza w nim napęd kategorii C3, a warsztat zasilany bezpośrednio z publicznej sieci niskiego napięcia, która zasila także budynki mieszkalne, jest pierwszym środowiskiem i wymaga kategorii C1 lub C2; kategoria dotyczy całego układu – napędu, filtru i ekranowanego przewodu silnikowego o długości dopuszczonej przez producenta.

Pytania i odpowiedzi

Czym różni się serwo od falownika?

Falownik reguluje prędkość silnika asynchronicznego, zmieniając częstotliwość zasilania, i zwykle nie mierzy położenia wału. Serwonapęd steruje położeniem, prędkością i momentem serwosilnika w zamkniętej pętli z enkoderem wbudowanym w silnik, dzięki czemu zatrzymuje się w zadanym punkcie z powtarzalnością dziesiątych lub setnych części milimetra (zależnie od mechaniki) i utrzymuje pełny moment w spoczynku. Falownik jest tańszy i wystarcza do regulacji prędkości oraz pozycjonowania zgrubnego; serwonapęd jest niezbędny do dokładnego pozycjonowania osi dynamicznych i do synchronizacji osi.

Falownik czy serwo do przenośnika, stołu obrotowego i osi podawania?

Przenośnik, pompa, wentylator i wrzeciono – falownik, bo liczy się prędkość. Stół indeksujący, oś podawania z zatrzymaniem w zadanym punkcie i osie synchronizowane – serwonapęd, bo liczy się położenie. Oś wolna z pozycjonowaniem zgrubnym, na przykład podnośnik lub oś nastawcza – falownik wektorowy z enkoderem (i z hamulcem, jeżeli oś jest obciążona w spoczynku), jako wariant pośredni.

Czy falownik może pozycjonować?

Tak, w ograniczonym zakresie: falownik wektorowy z kartą enkodera i silnikiem asynchronicznym wyposażonym w enkoder pozycjonuje osie wolne z dokładnością rzędu dziesiątych części milimetra i utrzymuje moment w spoczynku. Bez enkodera pozycjonowanie opiera się na czujnikach i prędkości pełzającej (a tam, gdzie na oś działa siła w spoczynku, także na hamulcu mechanicznym), a jego powtarzalność wynosi ±1–2 mm i zależy od obciążenia. Do osi dynamicznych, interpolowanych lub synchronizowanych potrzebny jest serwonapęd.

Czy serwosilnik można zasilić z falownika?

Technicznie tak, ale wtedy nie powstaje serwonapęd: część falowników prowadzi silnik z magnesami trwałymi bez enkodera w regulacji prędkości, lecz falownik bez enkodera silnika nie zamknie pętli położenia i nie utrzyma momentu w spoczynku; do dokładnego pozycjonowania osi dynamicznych potrzebny jest serwowzmacniacz z enkoderem silnika. Odwrotnie – użycie serwonapędu tam, gdzie wystarcza utrzymanie stałej prędkości bez wymagań dynamicznych, jest możliwe, lecz zwykle nieopłacalne.

Od czego zacząć dobór serwonapędu?

Dobór serwonapędu zaczyna się od profilu ruchu – drogi, czasu cyklu, czasu postoju i przyspieszenia – oraz od momentu obciążenia, a nie od mocy w katalogu. Następnie wybiera się przeniesienie napędu i przełożenie, liczy moment skuteczny cyklu z marginesem i sprawdza stosunek bezwładności; dopiero wtedy wybiera się silnik i serwowzmacniacz, a na końcu interfejs sterowania i zasilanie.

Co to jest STO w falowniku i serwonapędzie?

STO (Safe Torque Off) to podfunkcja bezpieczeństwa według PN-EN 61800-5-2, która po zdjęciu sygnału zezwolenia odcina sterowanie stopnia mocy napędu, tak że silnik nie może wytworzyć momentu – to zatrzymanie kategorii 0. Jeżeli cała funkcja bezpieczeństwa osiąga wymagany PLr, STO może zastąpić stycznik w obwodzie silnika i skraca czas ponownego uruchomienia, ale nie hamuje aktywnie i nie odłącza napięcia od zacisków silnika; oś pionowa wymaga hamulca, a zatrzymanie kontrolowane realizuje podfunkcja SS1. Wymagany poziom PLr wynika z oceny ryzyka według PN-EN ISO 13849-1.

Dobór napędu do Twojej maszyny – wycena

Półautomat z osiami na serwonapędach orientacyjnie mieści się w przedziale 50–150 tys. zł (2–4 miesiące od podpisania umowy do odbioru), a wymiana napędów i sterowania w istniejącej maszynie – 30–50 tys. zł (1–3 miesiące), zależnie od liczby osi; maszyna specjalna z osiami interpolowanymi jest wyceniana według zakresu. Kiedy wymiana napędów opłaca się bardziej niż nowa maszyna, omówiono we wpisie „Modernizacja maszyny czy zakup nowej?”; zakres usług opisano na stronach oferty: modernizacja maszyn produkcyjnych, panele HMI i sterowniki PLC oraz frezowanie CNC.

Jeśli Twoja maszyna gubi pozycję, przezbrojenie na inny format trwa godzinami albo planujesz nowe stanowisko i nie wiesz, czy falownik wystarczy – pokaż nam proces. Przyjeżdżamy, oglądamy maszynę, ustalamy cykl i obciążenia, a w ciągu 48 h od wizyty przesyłamy wstępną wycenę z zakresem prac i orientacyjnym terminem realizacji, w której wskazujemy, w których osiach serwo jest konieczne, a w których wystarczy falownik. Wizyta i wstępna ocena są bezpłatne i do niczego nie zobowiązują.

Zadzwoń: +48 796 019 414, napisz na biuro@automation.net.pl albo wypełnij formularz kontaktowy. Działamy od 15 lat, a realizacje prowadzimy w całej Polsce.

What sets automation in the food industry apart from other sectors

Automation in the food industry differs from automation in a metalworking or furniture plant in four respects that need to be taken into account at the concept stage.

First, hygiene is a design requirement, not an operating one. In a metalworking plant a sensor or enclosure is selected for vibration, dust and temperature; in a food plant what matters is whether the component can be cleaned and whether it creates a place where product accumulates and microorganisms grow. A gap under a sensor head, an unsealed thread, a cable run horizontally above the line – each of these details is a design error.

Second, cleaning is a production process. Installations processing milk, beverages and juices are cleaned in place every day; a stoppage in cleaning halts production just as a line breakdown does. Third, process parameters are evidence: Regulation (EC) No 852/2004 obliges the food business to operate a system based on HACCP principles, in which pasteurisation is in practice a critical control point with mandatory monitoring and records, while cleaning and disinfection are a prerequisite programme whose execution and verification also have to be documented. Fourth, the raw material has a limited shelf life: even chilled, raw milk can be held only briefly and deliveries do not stop, so spare parts and remote diagnostics carry a different weight in a dairy than in a metalworking plant.

Hygiene requirements for automation: zones, materials, enclosures

The basis for selecting components is the division of the machine into zones according to EN 1672-2:2020 (food processing machinery – hygiene and cleanability requirements). The food area comprises surfaces in contact with food and surfaces from which anything may drain, drip or be drawn into the product; the splash area comprises surfaces onto which product may splash but from which it does not return to the food; the non-food area comprises the rest. General hygiene requirements for machinery design are set out in EN ISO 14159:2008 (the standard is under revision), and every component in the food area – seal, hose, valve, sensor – must meet the requirements of Regulation (EC) No 1935/2004 on materials in contact with food, and its supplier should confirm this in a declaration of compliance.

Materials. In a dairy chlorides are an everyday matter (chlorine disinfection, whey), so 1.4404 steel is chosen for heat exchangers and components subject to chlorine disinfection; hypochlorite is nevertheless used cold, briefly and followed by a rinse – when hot it can cause pitting even in 1.4404, and in 1.4301 already above 40 °C. A roughness Ra ≤ 0.8 µm follows the EHEDG recommendations; a higher value is permissible after a cleanability test.

Ingress protection of enclosures. The reason automation in the washdown area needs IP69 is not closed-circuit CIP cleaning but open-plant cleaning: foaming and high-pressure rinsing. IP69 under IEC 60529 (Amendment 2:2013) denotes resistance to a water jet at 80 °C and 80–100 bar from a distance of 100–150 mm, for 30 s at each of four angles (0°, 30°, 60°, 90°) with the sample rotating; IP69K denotes the equivalent test in the automotive standard ISO 20653 (formerly DIN 40050-9). A high IP rating does not exempt the installation from good installation practice (cables routed so that water drains away from the connector; hygienic-type connectors in the food area), nor does it replace explosion-proof design – in powder plants and where ethanol is handled, hazardous areas are classified under Directive 1999/92/EC and equipment of the ATEX category appropriate to the zone is selected (Directive 2014/34/EU).

Control cabinets and operator panels. A cabinet with variable-speed drives and the PLC is located outside the washdown area; if it has to stand on the production floor, it is built in stainless steel, with sealed cable entries, a sloped roof and an anti-condensation heater controlled by a hygrostat so that the interior does not cool below the dew point. The front of the operator panel (HMI) is selected for the mounting location: IP65 in a cabinet door outside the washdown area, IP66 on a production floor without high-pressure cleaning, IP69 or IP69K on a pedestal in the washdown area; the front overlay must resist disinfectants and the interface must be operable with gloved hands. The selection criteria are discussed in our article ‘HMI Panels in Practice – How to Choose an Operator Panel’.

CIP station – design and control automation

A CIP (clean-in-place) station is a set of equipment for cleaning pipework, tanks, pasteurisers and other process equipment without dismantling them, by pumping water and cleaning solutions through them in turn according to a programmed sequence. A typical programme comprises a pre-rinse with water (removal of product residues), cleaning with an alkaline solution (removal of fats and proteins), an intermediate rinse, cleaning with an acid solution (removal of milkstone – a deposit of calcium phosphate with protein – and mineral deposits), a final rinse with potable-quality water and, depending on the process, chemical or hot-water disinfection. Typical parameters: alkaline solution 1–2% NaOH at 70–80 °C (up to 85 °C for heat exchangers), acid solution 0.5–1.5% at 55–65 °C, chemical phase 10–20 min, thermal disinfection with water at a minimum of 85 °C on the return for at least 10 min; the acid phase is run daily for heat exchangers and periodically for cold circuits.

The effectiveness of each phase depends on the four factors of Sinner’s circle – chemistry (type and concentration of the agent), temperature, time and mechanical action – and weakening one factor requires strengthening another. In pipework, mechanical action means a flow velocity of at least 1.5 m/s, calculated for the largest diameter in the circuit (EHEDG recommendation; in practice 1.5–2.5 m/s), and in a tank the impact of the jet from the spray head. The task of the control system is to maintain flow, temperature and concentration and to count the phase time only from the moment the conditions are reached on the return line to the station.

The station consists of solution tanks (alkaline, acid, water recovered from rinses and fresh water), supply and return pumps, a heat exchanger, dosing pumps for concentrates, valves directing the medium to the selected circuit, and sensors. In recovery stations the water from the final rinse is reused for the pre-rinse of the next cycle; small stations and pasteuriser stations often run without recovery. The following measurements are key to the control system:

• conductivity on the return line – detects the phase boundary (water, alkaline solution, acid solution) and decides whether to recover the solution to its tank or send it to drain; its fall to the value of fresh water is the criterion for ending the final rinse, i.e. the indicator that no alkaline or acid residues remain;
• conductivity in the solution tank – maintenance of concentration by dosing concentrate;
• temperature on the return – the condition for starting the phase timer (the supply temperature serves to control the heat exchanger);
• flow and supply pressure – confirmation of mechanical action; a blocked spray head shows as a drop in flow with a rise in pressure;
• tank levels – protection of the pumps against dry running, water top-up and a circuit balance indicating a leak;
• valve position – feedback from the control heads; without it the controller must not start the pump.

The PLC runs the programme as a sequence of phases. Entry to the programme requires the object to be released for cleaning (tank empty, manway closed, product valves closed, flow path confirmed); each phase has a condition for starting the timer, a duration, an exit condition and a response to a fault – loss of flow or temperature suspends the timer and, once a time limit is exceeded, raises an alarm and repeats the phase or aborts the programme and drains the circuit. The parameters are stored as recipes, separate for each CIP object. Separation of the CIP circuit from the product circuit is ensured by design – mixproof valves with a leakage chamber or swing-bend panels – and the controller starts the pump only after valve position feedback; this is a process interlock protecting the product, distinct from the safety functions protecting people. The values from every cycle are written to a log, which serves both as evidence that the prerequisite programme was carried out under the HACCP system and as a basis for optimising water, chemical and energy consumption.

CIP station modernisation in a dairy – a new cleaning programme without changing the PLC

In one dairy the Siemens OP 177 series operator panel controlling the CIP station failed; without the panel the station could not start any cleaning programme, and replacement with an original panel would have involved a high cost and a long lead time. The existing visualisation was recreated on a Xinje TG765-ET panel mounted in the control cabinet door, and communication with the Siemens S7-300 PLC was configured afresh through the controller’s PROFINET interface. The controller with its program and the installation remained unchanged, and the screen layout, alarms and data history were retained. The result was a saving of about 70% against the price of the original panel, completion in under a week from order and no need for operator training. The details are described in the case study ‘CIP Station Modernisation – Xinje TG HMI Panel’.

From the point of view of automation in a dairy, the second stage, carried out after the panel replacement, is the significant one. At the user company’s request a further cleaning programme was added without modifying the program in the S7-300: the settings of the additional programme were stored in the panel’s memory registers, and C-language scripts running on the panel overwrite the parameters of the existing programme in the controller’s memory. Such an extension entails three obligations agreed with the process technologist: a change to a cleaning programme is treated as a change to a validated process and the user company’s laboratory repeats the validation of cleaning effectiveness; access to the settings is restricted by password-protected user access levels; and the settings held in the panel are also recorded in the panel project and in the documentation so that they do not become a single point of failure, with the base and additional programmes distinguished in the cleaning records, which log the parameters read back from the PLC. Independently of this, the employer assesses whether the new settings increase the risk to operators. The retained controller belongs to a product family that Siemens is phasing out: since 1 October 2025, S7-300 CPUs and I/O modules have been available only as spare parts in service quantities or through the repair service, and the manufacturer names the S7-1500 as the successor. Migration to a new controller is therefore best planned before service stocks run out. The scope of a modernisation can be matched to the budget – from replacing the panel alone to replacing the controller; the variants are discussed in our article ‘Machine Retrofit or a New Machine?’.

The most frequently automated processes in a food plant

Beyond cleaning, automation in the food industry concentrates on a few areas in which control brings repeatable quality, raw-material savings and process documentation.

• Thermal processing – pasteurisation with temperature control, a holding tube and a flow diversion valve which, when the temperature at the holding tube outlet drops below the setpoint, returns product to the balance tank; every diversion and the temperature profile are recorded. For milk, the pasteurisation parameters (72 °C for 15 s or equivalent) and the recording obligation follow from Regulation (EC) No 853/2004 in conjunction with Annex II, Chapter XI of Regulation 852/2004.
• Dosing and recipes – gravimetric or flow-based dosing of ingredients according to recipes from the panel, with batch and quantity logging.
• Filling, capping, labelling – control of packaging machines, net-weight and closure-presence checks, integration with marking systems.
• End of line – carton forming, case packing and palletising; the conditions under which a robot replaces manual work at the line are discussed in our article ‘Robotic Palletising and Packaging’, and an example of packaging machine control is the carton forming machine with a PLC controller.
• Quality control and traceability – checkweighers, metal detection, vision systems checking labels and closures, batch data logged in the user company’s system.
• Modernisation of existing machines – replacement of worn-out controllers and panels in machines with sound mechanics; most often the first project, because it brings a quick result without interfering with the process. The scope of services is described on the machine retrofit and HMI panels and PLC controllers pages.

Commissioning and documentation of automation in a food plant

The windows for commissioning are short and often fall at night or at the weekend; the schedule is agreed with the process technologist, and the work is carried out under the site’s hygiene rules. The safety functions protecting people – interlocking of the tank manway during cleaning, interlocking of access to the concentrate dosing area – are designed to EN ISO 13849-1:2023, with the required performance level PLr determined from the risk assessment separately for each function; cleaning and disinfecting solutions at up to 85 °C are a chemical and thermal hazard, and hot water for thermal disinfection a thermal one, so the station is fitted with a ‘CIP in progress’ indication and an emergency shower, and the emergency stop remains a complementary measure.

The scope of data logging has to be defined: the operator panel stores trends and alarm history in an internal memory of limited capacity and exports them to a USB drive as CSV files, whereas longer retention, protection of records against modification and integration with the user company’s system require a data logger, a SCADA system or a data gateway – the relationship between them is described in our article ‘SCADA and MES Systems’. Electronic records can replace handwritten record sheets only if the HACCP plan provides for them and the records are backed up and reviewed in a documented manner. The documentation on completion comprises a process flow diagram with measuring points, a signal list and a register map, a description of recipes, a list of the phases of each cleaning programme with start and exit conditions, backup copies of the panel project and the PLC program, and a commissioning report. Validation of cleaning effectiveness remains with the user company’s laboratory; the integrator supplies the parameter records on which it is based. Remote diagnostics over an internet connection allows the state of the control system to be checked without a site visit; the PLC itself is not exposed directly to the internet. Since 3 April 2026, a medium-sized or larger business engaged in the industrial production or processing of food has, as a rule, qualified as an important entity under Poland’s amended Act on the National Cybersecurity System, which transposes Directive (EU) 2022/2555 (NIS2). Such an entity must implement an information security management system covering, among other things, an access control policy and the security of the supply chain for ICT products and services; businesses covered from the day the Act entered into force have 12 months to do so, i.e. until 3 April 2027. In non-binding guidance, Poland’s Ministry of Digital Affairs states that the statutory definition of an information system also covers industrial automation systems, and recommends multi-factor authentication, for example for remote logins – in such a business this also applies to service connections used for diagnostics.

Frequently asked questions

What is a CIP station and what does it consist of?

A CIP (clean-in-place) station is a set of equipment for cleaning pipework, tanks and process equipment without dismantling them. It consists of solution and water tanks, supply and return pumps, a heat exchanger, concentrate dosing pumps, valves and sensors; a PLC runs a programmed sequence of rinses and cleaning phases, controlling the temperature, flow, concentration and duration of each phase. It is used in dairies, breweries, beverage bottling plants and fruit processing plants.

What is the difference between IP69 and IP69K?

IP69 is an ingress protection rating under IEC 60529 (Amendment 2:2013) confirming an enclosure’s resistance to a water jet at 80 °C and 80–100 bar from close range, while IP69K denotes the equivalent test in the automotive standard ISO 20653. In industrial practice the two are used interchangeably; the specification should state which standard the manufacturer’s declaration refers to.

Can a new cleaning programme be added to a CIP station without changing the PLC program?

Yes, if the new programme is a parameter variant of an existing one: the settings are stored in the operator panel’s registers, and scripts on the panel overwrite the parameters in the PLC’s memory without changing its program – this is how we extended an S7-300-controlled CIP station in a dairy. The change requires the employer to assess the risk of the new settings and the user company’s laboratory to repeat the validation of cleaning effectiveness; the settings must also be protected by password-protected user access levels and recorded in the documentation and in a copy of the panel project. A programme with a different phase sequence requires a change in the PLC.

How long does a CIP cycle take?

Typically 45 to 90 minutes for a tank and 1.5 to 2.5 hours for a pasteuriser with a full alkaline, acid and thermal disinfection programme; a short rinse of pipework between products takes a few minutes but is not a full CIP cycle. Conductivity measurement shortens the rinses, whereas counting the phase time from the moment the conditions are reached on the return lengthens the cycle compared with a simple timer – in return it gives certainty that the whole circuit was cleaned under the set conditions.

Which standards apply to machinery in the food industry?

Hygiene requirements for machinery are set out in EN 1672-2:2020 and EN ISO 14159:2008, requirements for materials in the food area in Regulation (EC) No 1935/2004, production hygiene rules in Regulations (EC) No 852/2004 and 853/2004, and machinery safety requirements in Directive 2006/42/EC (replaced from 20 January 2027 by Regulation (EU) 2023/1230), together with EN ISO 12100 and EN ISO 13849-1. Until 19 January 2027 the presumption of conformity for hygiene rests on EN 1672-2:2005+A1:2009 (the 2020 edition is not listed among the harmonised standards under Directive 2006/42/EC); from 20 January 2027 the list of standards cited under Regulation (EU) 2023/1230 applies and should be checked before relying on the presumption.

A quotation for automation in your food plant

Modernising the control system of an existing machine falls within PLN 30,000–50,000 (roughly €7,000–12,000), a semi-automatic machine within PLN 50,000–150,000 (roughly €12,000–35,000) and a robotic cell within PLN 150,000–500,000 (roughly €35,000–115,000); replacing the operator panel alone is usually cheaper – in the dairy described above it was completed in under a week from order. The cost components are discussed in our article ‘How Much Does Production Line Automation Cost?’. The position within those ranges is decided by the hygienic design of the components, the scope of data logging and the amount of work in the short windows between production and cleaning.

If a CIP station, pasteuriser or packaging line in your plant runs on a control system for which parts are running out, or if you still record process parameters by hand – show us the installation. We visit, review the controls and documentation together with your process technologist, and within 48 hours of the visit send a preliminary quotation with the scope of work. The visit and the preliminary assessment are free of charge and involve no obligation.

Call +48 796 019 414, write to biuro@automation.net.pl or fill in the contact form. We carry out projects throughout Poland.

Odrębność automatyzacji w przemyśle spożywczym na tle innych branż

Automatyzacja w przemyśle spożywczym różni się od automatyzacji w zakładzie metalowym lub meblarskim pod czterema względami, które należy uwzględnić już na etapie koncepcji.

Po pierwsze, higiena jest wymaganiem projektowym, nie eksploatacyjnym. W zakładzie metalowym czujnik lub obudowę dobiera się ze względu na drgania, pył i temperaturę; w zakładzie spożywczym decyduje to, czy element da się umyć i czy nie tworzy miejsca, w którym gromadzi się produkt i rozwijają się drobnoustroje. Szczelina pod głowicą czujnika, gwint bez uszczelnienia, kabel ułożony poziomo nad linią – każdy z tych szczegółów jest błędem projektowym.

Po drugie, mycie jest procesem produkcyjnym. Instalacje przetwórstwa mleka, napojów i soków myje się bez demontażu codziennie; zatrzymanie mycia zatrzymuje produkcję jak awaria linii. Po trzecie, parametry procesu są dowodem: rozporządzenie (WE) nr 852/2004 zobowiązuje zakład do prowadzenia systemu opartego na zasadach HACCP, w którym pasteryzacja jest w praktyce krytycznym punktem kontroli z obowiązkowym monitorowaniem i zapisem, a mycie i dezynfekcja – programem wstępnym, którego wykonanie i weryfikację również trzeba udokumentować. Po czwarte, surowiec ma ograniczoną trwałość: surowe mleko nawet schłodzone można przechowywać tylko krótko, a dostawy nie ustają, dlatego części zamienne i zdalna diagnostyka mają w mleczarni inne znaczenie niż w zakładzie metalowym.

Wymagania higieniczne dla automatyki: strefy, materiały, obudowy

Podstawą doboru komponentów jest podział maszyny na strefy według normy PN-EN 1672-2:2021-05 (EN 1672-2:2020; maszyny dla przemysłu spożywczego – wymagania z zakresu higieny i możliwości czyszczenia). Strefa spożywcza obejmuje powierzchnie stykające się z żywnością oraz takie, z których cokolwiek może spłynąć, skapać lub zostać wciągnięte do produktu; strefa spryskiwania to powierzchnie, na które produkt może się rozprysnąć, ale z których nie wraca do żywności; strefa niespożywcza obejmuje pozostałe. Ogólne wymagania higieniczne dla konstrukcji maszyn określa PN-EN ISO 14159:2008 (norma jest w rewizji), a każdy element w strefie spożywczej – uszczelka, wąż, zawór, czujnik – musi spełniać wymagania rozporządzenia (WE) nr 1935/2004 o materiałach do kontaktu z żywnością, co dostawca powinien potwierdzić deklaracją zgodności.

Materiały. W mleczarni chlorki są codziennością (dezynfekcja chlorowa, serwatka), dlatego dla wymienników ciepła i elementów dezynfekowanych chlorem wybiera się stal 1.4404; podchloryn stosuje się jednak na zimno, krótko i ze spłukaniem – na gorąco może powodować korozję wżerową także stali 1.4404, a stali 1.4301 już powyżej 40 °C. Chropowatość Ra ≤ 0,8 µm wynika z zaleceń EHEDG; wyższą wartość dopuszcza się po badaniu czyszczalności.

Stopień ochrony obudów. Powodem, dla którego automatyka w strefie mycia potrzebuje IP69, nie jest mycie CIP w obiegu, lecz mycie powierzchni otwartych: pianowanie i spłukiwanie ciśnieniowe. IP69 według PN-EN 60529 (zmiana A2:2014) oznacza odporność na strumień wody o temperaturze 80 °C pod ciśnieniem 80–100 bar z odległości 100–150 mm, przez 30 s pod każdym z czterech kątów (0°, 30°, 60°, 90°) przy obracającej się próbce; IP69K to oznaczenie równoważnego testu z normy motoryzacyjnej ISO 20653 (dawniej DIN 40050-9). Wysoki stopień ochrony nie zwalnia z dobrej praktyki zabudowy: kable prowadzi się tak, aby woda spływała od złącza, a w strefie spożywczej zaleca się złącza w wersji higienicznej. Nie zastępuje też wykonania przeciwwybuchowego – w proszkowniach i przy etanolu strefy zagrożenia wybuchem klasyfikuje się według dyrektywy 1999/92/WE, a aparaturę dobiera się w kategorii ATEX odpowiedniej dla strefy (dyrektywa 2014/34/UE).

Szafy sterownicze i panele operatorskie. Szafę z falownikami i sterownikiem sytuuje się poza strefą mycia, a jeżeli musi stać w hali – w wykonaniu ze stali nierdzewnej, z uszczelnionymi przepustami, pochylonym dachem i grzałką antykondensacyjną sterowaną higrostatem, aby wnętrze nie schładzało się poniżej punktu rosy. Front panelu operatorskiego (HMI) dobiera się do miejsca zabudowy: IP65 w drzwiach szafy poza strefą mycia, IP66 w hali bez mycia ciśnieniowego, IP69 lub IP69K na pulpicie w strefie mycia; folia frontowa musi być odporna na środki dezynfekcyjne, a interfejs – obsługiwalny w rękawicach. Kryteria doboru omówiono we wpisie „Panel HMI w praktyce – jak dobrać panel operatorski do maszyny”.

Stacja CIP – budowa i automatyka sterowania

Stacja CIP (Clean-in-Place) to zespół urządzeń do mycia rurociągów, zbiorników, pasteryzatorów i innych urządzeń procesowych bez ich demontażu, przez przetłaczanie kolejno wody i roztworów myjących według zaprogramowanej sekwencji. Typowy program obejmuje płukanie wstępne wodą (usunięcie resztek produktu), mycie roztworem alkalicznym (usunięcie tłuszczów i białek), płukanie pośrednie, mycie roztworem kwaśnym (usunięcie kamienia mlecznego, czyli osadu fosforanu wapnia z białkiem, oraz osadów mineralnych), płukanie końcowe wodą o jakości wody pitnej oraz – zależnie od procesu – dezynfekcję chemiczną lub gorącą wodą. Typowe parametry: roztwór alkaliczny 1–2% NaOH w 70–80 °C (przy wymiennikach ciepła do 85 °C), roztwór kwaśny 0,5–1,5% w 55–65 °C, faza chemiczna 10–20 min, dezynfekcja termiczna wodą o temperaturze co najmniej 85 °C na powrocie przez co najmniej 10 min; fazę kwaśną stosuje się codziennie przy wymiennikach ciepła, w obiegach zimnych okresowo.

Skuteczność każdej fazy zależy od czterech czynników koła Sinnera – chemii (rodzaj i stężenie środka), temperatury, czasu i działania mechanicznego – a osłabienie jednego trzeba zrównoważyć wzmocnieniem innego. Działaniem mechanicznym jest w rurociągu przepływ o prędkości co najmniej 1,5 m/s, liczonej dla największej średnicy w obiegu (zalecenie EHEDG; praktycznie 1,5–2,5 m/s), a w zbiorniku – uderzenie strumienia z głowicy myjącej. Zadaniem układu sterowania jest utrzymanie przepływu, temperatury i stężenia oraz odliczanie czasu fazy dopiero od chwili, gdy warunki zostały osiągnięte na linii powrotnej do stacji.

Stacja składa się ze zbiorników roztworów (alkalicznego, kwaśnego, wody odzyskanej z płukań i wody czystej), pomp zasilających i powrotnych, wymiennika ciepła, pomp dozujących koncentraty, armatury zaworowej kierującej medium do wybranego obiegu oraz czujników. W stacjach z odzyskiem woda z płukania końcowego służy do płukania wstępnego kolejnego cyklu; małe stacje i stacje pasteryzatorów pracują często bez odzysku. W układzie sterowania kluczowe są następujące pomiary:

• przewodność na linii powrotnej – wykrywa granicę faz (woda, roztwór alkaliczny, roztwór kwaśny) i rozstrzyga, czy roztwór odzyskać do zbiornika, czy skierować do ścieku; jej spadek do wartości wody czystej jest kryterium zakończenia płukania końcowego, czyli wskaźnikiem braku pozostałości ługu i kwasu;
• przewodność w zbiorniku roztworu – utrzymanie stężenia przez dozowanie koncentratu;
• temperatura na powrocie – warunek startu odliczania czasu fazy (temperatura na zasilaniu służy regulacji wymiennika);
• przepływ i ciśnienie na zasilaniu – potwierdzenie działania mechanicznego; zatkana głowica myjąca objawia się spadkiem przepływu przy wzroście ciśnienia;
• poziom w zbiornikach – ochrona pomp przed suchobiegiem, dolewanie wody i bilans obiegu wskazujący nieszczelność;
• położenie zaworów – potwierdzenie zwrotne z głowic sterujących; bez niego sterownik nie może uruchomić pompy.

Sterownik PLC prowadzi program jako sekwencję faz. Wejście do programu wymaga zwolnienia obiektu do mycia (zbiornik pusty, właz zamknięty, zawory produktowe zamknięte, droga przepływu potwierdzona); każda faza ma warunek startu odliczania, czas trwania, warunek wyjścia i reakcję na zakłócenie – brak przepływu lub temperatury wstrzymuje odliczanie, a po przekroczeniu limitu czasu wywołuje alarm i powtórzenie fazy albo przerwanie programu z opróżnieniem obiegu. Parametry są zapisane jako receptury, osobne dla każdego obiektu mycia. Rozdzielenie obiegu CIP od obiegu produktu zapewnia się konstrukcyjnie – zaworami dwugniazdowymi z przestrzenią przeciekową albo panelami przełącznymi – a sterownik uruchamia pompę dopiero po potwierdzeniu położenia zaworów; to blokada procesowa chroniąca produkt, odrębna od funkcji bezpieczeństwa chroniących ludzi. Wartości z każdego cyklu archiwizuje się; ten zapis jest dowodem realizacji programu wstępnego w systemie HACCP i materiałem do optymalizacji zużycia wody, środków chemicznych i energii.

Modernizacja stacji CIP w mleczarni – nowy program mycia bez zmiany sterownika

W jednej z mleczarni uszkodzeniu uległ panel operatorski Siemens z serii OP 177 sterujący stacją CIP; bez panelu stacja nie mogła uruchomić żadnego programu mycia, a wymiana na oryginalny panel wiązałaby się z wysokim kosztem i długim czasem dostawy. Istniejącą wizualizację odwzorowano na panelu Xinje TG765-ET zabudowanym w drzwiach szafy sterowniczej, a komunikację ze sterownikiem Siemens S7-300 skonfigurowano od nowa przez interfejs PROFINET sterownika. Sterownik wraz z programem oraz instalacja pozostały bez zmian, zachowano układ ekranów, alarmy i historię danych. Oszczędność wyniosła około 70% względem ceny oryginalnego panelu, a realizacja zajęła niecały tydzień od zamówienia i nie wymagała szkolenia operatorów. Szczegóły opisano w realizacji „Modernizacja stacji CIP w mleczarni – panel Xinje TG”.

Z punktu widzenia automatyki w mleczarni istotny jest drugi etap, wykonany po wymianie panelu. Na życzenie zakładu dodano kolejny program mycia bez modyfikacji programu w sterowniku S7-300: nastawy dodatkowego programu zapisano w rejestrach pamięci panelu, a skrypty w języku C uruchamiane na panelu zastępują parametry istniejącego programu w pamięci sterownika. Taka rozbudowa pociąga za sobą trzy obowiązki uzgadniane z technologiem: zmianę programu mycia traktuje się jak zmianę w zwalidowanym procesie i laboratorium zakładu powtarza walidację skuteczności; dostęp do nastaw zabezpiecza się poziomami uprawnień; nastawy z panelu zapisuje się także w projekcie panelu i w dokumentacji, aby kolejna awaria panelu nie oznaczała utraty programu, a w zapisach mycia rozróżnia się program bazowy od dodatkowego i rejestruje parametry odczytane zwrotnie ze sterownika. Niezależnie od tego pracodawca ocenia, czy nowe nastawy nie zwiększają ryzyka dla obsługi. Pozostawiony sterownik należy do rodziny wycofywanej przez Siemensa: od 1 października 2025 r. jednostki centralne i moduły wejść/wyjść S7-300 można nabyć już tylko jako części zamienne w ilościach serwisowych lub oddać do naprawy, a jako następcę producent wskazuje S7-1500. Przejście na nowy sterownik warto zatem zaplanować, zanim wyczerpią się zapasy serwisowe. Zakres modernizacji można dobrać do budżetu – od wymiany samego panelu po wymianę sterownika; warianty omówiono we wpisie „Modernizacja maszyny czy zakup nowej”.

Najczęściej automatyzowane procesy w zakładzie spożywczym

Poza myciem automatyzacja w przemyśle spożywczym koncentruje się na kilku obszarach, w których sterowanie przynosi powtarzalność jakości, oszczędność surowca i dokumentację procesu.

• Obróbka cieplna – pasteryzacja z regulacją temperatury, przetrzymywaczem i zaworem zawracającym, który przy spadku temperatury na wyjściu przetrzymywacza poniżej zadanej kieruje produkt z powrotem do zbiornika wyrównawczego; każde zawrócenie i przebieg temperatury są rejestrowane. Dla mleka parametry pasteryzacji (72 °C przez 15 s lub równoważne) i obowiązek rejestracji wynikają z rozporządzenia (WE) nr 853/2004 w związku z zał. II rozdz. XI rozporządzenia 852/2004.
• Dozowanie i receptury – wagowe lub przepływowe dozowanie składników według receptur z panelu, z zapisem partii i ilości.
• Napełnianie, zamykanie, etykietowanie – sterowanie maszynami pakującymi, kontrola wagi netto i obecności zamknięcia, integracja z systemami znakowania.
• Koniec linii – formowanie kartonów, pakowanie zbiorcze i paletyzacja; warunki, w których robot zastępuje pracę ręczną przy linii, omówiono we wpisie „Robotyzacja paletyzacji i pakowania”, a przykładem sterowania maszyny pakującej jest urządzenie do formowania kartonów ze sterownikiem PLC.
• Kontrola jakości i identyfikowalność – wagi kontrolne, detekcja metali, systemy wizyjne sprawdzające etykiety i zamknięcia, rejestracja danych partii w systemie zakładu.
• Modernizacja istniejących maszyn – wymiana wyeksploatowanych sterowników i paneli w maszynach ze sprawną mechaniką; najczęściej pierwszy projekt, ponieważ daje szybki efekt bez ingerencji w proces. Zakres usług opisano na stronach modernizacji maszyn oraz paneli HMI i sterowników PLC.

Uruchomienie i dokumentacja automatyki w zakładzie spożywczym

Okna na uruchomienia są krótkie i przypadają często w nocy lub w weekend; harmonogram ustala się z technologiem, a prace prowadzi się według zasad higieny zakładu. Funkcje bezpieczeństwa chroniące ludzi – blokada włazu zbiornika w trakcie mycia, blokada dostępu do strefy dozowania koncentratów – projektuje się według PN-EN ISO 13849-1:2023-09, z wymaganym poziomem PLr wyznaczonym z oceny ryzyka osobno dla każdej funkcji; roztwory myjące i dezynfekcyjne o temperaturze do 85 °C są zagrożeniem chemicznym i termicznym, a gorąca woda do dezynfekcji termicznej – termicznym, dlatego stanowisko wyposaża się w sygnalizację „CIP w toku” i natrysk ratunkowy, a zatrzymanie awaryjne pozostaje środkiem uzupełniającym.

Rejestracja danych wymaga określenia zakresu: panel operatorski zapisuje trendy i historię alarmów w pamięci wewnętrznej o ograniczonej pojemności i eksportuje je na nośnik USB jako pliki CSV, natomiast dłuższa retencja, ochrona zapisów przed modyfikacją i integracja z systemem zakładu wymagają rejestratora, systemu SCADA lub bramki danych – zależności między nimi opisano we wpisie „Systemy SCADA i MES”. Zapisy elektroniczne mogą zastąpić ręczne karty tylko wtedy, gdy plan HACCP je uwzględnia, a zapisy są kopiowane i przeglądane w udokumentowany sposób. Dokumentacja po zakończeniu prac obejmuje schemat technologiczny z punktami pomiarowymi, listę sygnałów i mapę rejestrów, opis receptur, zestawienie faz każdego programu mycia z warunkami startu i wyjścia, kopie zapasowe projektu panelu i programu sterownika oraz protokół uruchomienia. Walidacja skuteczności mycia pozostaje po stronie laboratorium zakładu; integrator dostarcza zapisy parametrów, na których się ona opiera. Zdalna diagnostyka przez połączenie internetowe pozwala sprawdzić stan sterowania bez wizyty; sterownika nie udostępnia się przy tym bezpośrednio w internecie. Od 3 kwietnia 2026 r. przedsiębiorstwo co najmniej średniej wielkości, prowadzące w skali przemysłowej produkcję lub przetwarzanie żywności, jest co do zasady podmiotem ważnym w rozumieniu znowelizowanej ustawy o krajowym systemie cyberbezpieczeństwa, wdrażającej dyrektywę (UE) 2022/2555 (NIS2). Taki podmiot musi wdrożyć system zarządzania bezpieczeństwem informacji, obejmujący m.in. politykę kontroli dostępu oraz bezpieczeństwo łańcucha dostaw produktów i usług ICT; przedsiębiorstwa objęte ustawą od dnia jej wejścia w życie mają na to 12 miesięcy, czyli czas do 3 kwietnia 2027 r. W niewiążących wyjaśnieniach Ministerstwo Cyfryzacji wskazuje, że ustawowa definicja systemu informacyjnego obejmuje także systemy automatyki przemysłowej, i zaleca uwierzytelnianie wieloskładnikowe między innymi przy zdalnym logowaniu – w takim zakładzie dotyczy to również połączeń serwisowych wykorzystywanych do diagnostyki.

Pytania i odpowiedzi

Co to jest stacja CIP i z czego się składa?

Stacja CIP (Clean-in-Place) to zespół urządzeń do mycia rurociągów, zbiorników i urządzeń procesowych bez ich demontażu. Składa się ze zbiorników roztworów i wody, pomp zasilających i powrotnych, wymiennika ciepła, pomp dozujących koncentraty, armatury zaworowej i czujników; sterownik PLC prowadzi zaprogramowaną sekwencję płukań i faz mycia, kontrolując temperaturę, przepływ, stężenie i czas każdej fazy. Stosuje się ją w mleczarniach, browarach, rozlewniach napojów i zakładach przetwórstwa owoców.

Czym różni się IP69 od IP69K?

IP69 to stopień ochrony według PN-EN 60529 (zmiana A2:2014) potwierdzający odporność obudowy na strumień wody o temperaturze 80 °C pod ciśnieniem 80–100 bar z bliskiej odległości, a IP69K – oznaczenie równoważnego testu z normy motoryzacyjnej ISO 20653. W praktyce przemysłowej oba są stosowane zamiennie; w specyfikacji należy podać, której normy dotyczy deklaracja producenta.

Czy można dodać nowy program mycia do stacji CIP bez zmiany programu sterownika?

Tak, jeżeli nowy program jest wariantem parametrów programu istniejącego: nastawy zapisuje się w rejestrach panelu operatorskiego, a skrypty panelu zastępują parametry w pamięci sterownika bez zmiany jego programu – w ten sposób rozbudowaliśmy stację CIP ze sterownikiem S7-300 w jednej z mleczarni. Zmiana wymaga oceny ryzyka nowych nastaw przez pracodawcę, powtórzenia walidacji skuteczności mycia przez zakład, zabezpieczenia nastaw poziomami uprawnień oraz zapisania ich w dokumentacji i kopii projektu panelu. Program o innej sekwencji faz wymaga już zmiany w sterowniku.

Jak długo trwa cykl mycia CIP?

Typowo od 45 do 90 min dla zbiornika i od 1,5 do 2,5 h dla pasteryzatora z pełnym programem alkalicznym, kwaśnym i dezynfekcją termiczną; krótkie płukanie rurociągu między produktami trwa kilka minut, ale nie jest pełnym cyklem CIP. Pomiar przewodności skraca płukania, natomiast odliczanie czasu fazy od osiągnięcia warunków na powrocie wydłuża cykl względem prostego zegara – w zamian daje pewność, że cały obieg był myty w zadanych warunkach.

Jakie normy obowiązują dla maszyn w przemyśle spożywczym?

Wymagania higieniczne dla maszyn określają PN-EN 1672-2:2021-05 i PN-EN ISO 14159:2008, wymagania dla materiałów w strefie spożywczej – rozporządzenie (WE) nr 1935/2004, zasady higieny produkcji – rozporządzenia (WE) nr 852/2004 i 853/2004, a bezpieczeństwo maszyn – dyrektywa 2006/42/WE (od 20 stycznia 2027 r. rozporządzenie (UE) 2023/1230) oraz PN-EN ISO 12100 i PN-EN ISO 13849-1. Do 19 stycznia 2027 r. domniemanie zgodności w zakresie higieny daje wydanie PN-EN 1672-2+A1:2009 (edycja 2020 nie figuruje w wykazie norm zharmonizowanych do dyrektywy 2006/42/WE); od 20 stycznia 2027 r. rozstrzyga wykaz norm do rozporządzenia (UE) 2023/1230, który należy sprawdzić przed powołaniem się na domniemanie.

Wycena automatyzacji w Twoim zakładzie spożywczym

Modernizacja sterowania istniejącej maszyny mieści się w przedziale 30–50 tys. zł, półautomat – 50–150 tys. zł, stanowisko zrobotyzowane – 150–500 tys. zł; wymiana samego panelu operatorskiego jest zwykle tańsza – w opisanej mleczarni zrealizowano ją w niecały tydzień od zamówienia. Składniki kosztów omówiono we wpisie „Ile kosztuje automatyzacja linii produkcyjnej”. O miejscu w tych przedziałach decydują wykonanie higieniczne komponentów, zakres rejestracji danych i ilość pracy w krótkich oknach między produkcją a myciem.

Jeśli w Twoim zakładzie stacja CIP, pasteryzator albo linia pakująca pracuje na sterowaniu, dla którego kończą się części, albo jeśli parametry procesu nadal zapisujesz ręcznie – pokaż nam instalację. Przyjeżdżamy i razem z Twoim technologiem oglądamy sterowanie oraz dokumentację, a w ciągu 48 h od wizyty przesyłamy wstępną wycenę z zakresem prac. Wizyta i wstępna ocena są bezpłatne i do niczego nie zobowiązują.

Zadzwoń: +48 796 019 414, napisz na biuro@automation.net.pl albo wypełnij formularz kontaktowy. Realizacje prowadzimy w całej Polsce.

Furniture production automation: what makes the sector different

Furniture production automation differs from automation in the metal or food sectors in four respects, all of which have to be settled at the concept stage.

First, the material is not consistent. Timber and wood-based panels are held to dimensional tolerances far wider than anything you would accept on a turned metal part. A component may be bowed or twisted, an edge is not always straight, and a change in moisture content alters the dimensions mainly across the grain – the length of the component stays very nearly constant. Wood-based panel behaves differently from solid timber: it holds its dimensions better but swells in thickness and grips a fastener less firmly near the edge. The most common source of deviation is a change in storage conditions between delivery and assembly.

Second, variety is the rule, not the exception. A furniture manufacturer rarely produces a single size. A bed box comes in several widths, sometimes in several heights, and in versions with or without a storage compartment. A cell that handles one size has very limited use in this sector – it earns its place only on a product with high, stable volume.

Third, size and weight. Bed box components are large and awkward to grip: long, flat and prone to deflection. This has more influence on the choice of gripper and robot than the weight of the part itself. The robot class is usually decided by the permissible moment and moment of inertia at the wrist axes – calculated for the part and gripper together, the gripper often being the heavier of the two – and by the distance of the centre of gravity from the flange, rather than by nominal payload.

Fourth, the working environment. Dust and chips settle on the vision system’s optics and on sensors, and compressed air of the wrong purity class for particles, water and oil (classified under ISO 8573-1) causes more downtime in a woodworking plant than the robot ever does. Air treatment, sensor enclosures and access for cleaning are planned at the design stage, not after commissioning.

Assembling bed boxes – where the problem lies

A bed box is a structural component of an upholstered product: its geometry decides whether the slatted base seats squarely and whether the finished bed rocks. Assembly consists of bringing the components together at the corners and fastening them with staples or nails. The operation is simple, and that is precisely why it causes trouble: it is monotonous, noisy and carried out in an awkward posture, while at the same time determining the geometry of the finished product. A box assembled out of square is caught at inspection – or, in some cases, reaches the consumer.

Then come the staffing issues, rarely raised at the start of a conversation about automation. Turnover at this station is generally higher than elsewhere, training a new operator takes time, and one person’s absence halts a section of the line. Output depends not on what the machines can do, but on who has turned up for work that day.

It is also worth checking how close the components being handled come to manual handling limits. In Poland these limits are set by the regulation on occupational health and safety in manual handling operations (consolidated text, Journal of Laws of 2018, item 1139) at 30 kg for men in repetitive work and 50 kg for occasional handling, and at 12 kg and 20 kg respectively for women; where the load is carried above shoulder height the limits fall to 21 kg and 35 kg for men and 8 kg and 14 kg for women. With bed box components, however, the constraint is often not weight but size and posture, and the regulation covers those too.

How the robotic cell is built

A robotic bed box assembly cell is a work cell, built around a six-axis robot, a vision system and a feeding unit, in which the robot brings bed box components together at the corners and fastens them with staples or nails, holding the box square despite variation in the material within its incoming tolerance.

The robot itself is the least troublesome part of the project – it is everything around it that decides the outcome.

• Gripper – holds a long, deflection-prone component without distorting it and without leaving a mark on a surface that is still visible in the finished product.
• Fastening unit – a stapler or nailer with its magazine (sticks of staples or a coil of nails), fastener feed and jam detection. One decision has to be taken at the concept stage: whether the tool is mounted on the robot arm or stays fixed in the jig while the robot presents the component. That choice governs cycle time and how the cell is accessed when clearing a jam. The recoil of driving a fastener acts on the component and on the gripper – and, with the tool on the arm, on the robot wrist as well – and the design has to react it, or the part shifts mid-joint.
• Vision system – establishes the actual position of the component in the feed plane rather than assuming it arrived in its nominal position. It corrects positional uncertainty only; it does not compensate for bow, twist or variation in thickness, which are taken up by mechanical location and by the compliance of the jig. Where the material can be located against hard stops, mechanical location is often cheaper and more reliable than vision.
• Locating jig and feeding – the geometry of the finished box is set by the datum faces of the jig, with the pneumatics doing no more than clamping the component against them, always to a hard stop. The clamping sequence matters: the wrong order locks an error in rather than compensating for it. The corner also has to stay square while the fastener is driven. Feeding has to deliver components in a repeatable orientation and singulated – vision corrects position, but it will not separate two boards stuck together.
• PLC control – runs the operating sequence and handles signals from the line.
• Safety-related control system – built on a safety relay or safety controller and kept separate from process control; it implements the safety functions – emergency stop, guard interlocking, safe stop – independently of the process PLC.
• In-process checking – repeatability of motion on its own confirms nothing. The cell checks that the component is present and correctly oriented before fastening, confirms that each fastener has been driven (not merely that the tool has fired), signals an empty magazine and, with knotty timber, checks that fasteners are fully seated. Without this, a missed fastener surfaces at final inspection, which is exactly where it surfaced before automation.
• Operator panel – gives operators the operating status and diagnostics without anyone having to fetch a service laptop. Its value lies in what the messages say: they should name the event in the language of the process – magazine empty, output buffer full, component not detected – rather than repeat controller error codes. The panel also guides the operator through the restart after a stop.

Component selection is covered in more detail on our page about robotic workstations, and the full description of this project can be found in the bed box assembly robot case study.

Safety and regulatory compliance

The starting point is a risk assessment carried out in line with EN ISO 12100: determining the limits of the cell, identifying hazards, estimating and evaluating the risk, then reducing it by the three-step method – iteratively, until an acceptable level is reached. The protective measures follow from its outcome, not the other way round.

A required performance level (PLr) is determined in accordance with EN ISO 13849-1 separately for each safety function. The category classifies the architecture of the safety-related control system and is a separate concept from PL; conflating the two is a common source of misunderstanding during acceptance testing. For the principal safety functions of such cells – the stop on opening a guard and on interrupting a light curtain – the PLr usually comes out at PL d, implemented in a Category 3 architecture, unless the risk assessment indicates otherwise.

Under EN ISO 13850, an emergency stop requires a manually actuated device with a latching action. A button on a touchscreen is not an emergency stop, no matter how it has been programmed. The emergency stop also remains a complementary protective measure – it does not replace a guard and is not credited as a risk-reduction measure in its own right.

For robotic cells the relevant standard is EN ISO 10218-1 together with EN ISO 10218-2, which covers integration. Applying a harmonised standard is voluntary: it confers a presumption of conformity with the essential requirements where that edition has been cited in the Official Journal of the European Union, while the obligation itself follows from the legal instrument, not from the standard. EN ISO 10218 is the reference both for a new installation and for a substantial modification of a cell already in service; it does not apply retrospectively to cells in service that have not been so modified.

Which legal instrument applies is decided by the date the cell is put into service: up to and including 19 January 2027 it is Directive 2006/42/EC, and from 20 January 2027 it is Regulation (EU) 2023/1230. A cell made up of a robot and the machinery working with it constitutes an assembly of machinery: before being put into service it requires its own risk assessment, technical file, instructions, declaration of conformity – an EC declaration up to 19 January 2027, an EU declaration from 20 January 2027 – and CE marking. For a cell already in service the duty rests with the end user as employer, under the minimum requirements of Directive 2009/104/EC as transposed into national law.

A separate question is the opening in the guarding through which material enters and leaves: it has to let the product through without letting a person through. This is achieved with a tunnel whose length follows from the safety distances in EN ISO 13857, or by muting a light curtain – temporarily suspending its protective function while the product passes, controlled by at least two independent sensors; muting is itself a safety function with its own PLr. Where the opening admits a whole body, it must also be impossible for a person to remain inside undetected, and the reset control must be outside the guarded space with a view of it. Equally important is planned access for clearing jams and refilling fasteners – if every such task requires a lengthy restart procedure, an incentive to defeat the interlocking device arises, and EN ISO 14119 requires that incentive to be designed out.

What this means for the end user: the risk assessment, technical file, instructions and declaration of conformity are part of the contract, not a separate line item. The declaration of conformity for the assembly of machinery is issued by the integrator as its manufacturer. The end user receives the complete documentation, and the cell carries the CE marking.

Changeover without calling the integrator

In practice, this is the point that most often decides whether a cell stays in daily use or is taken out of service. A furniture manufacturer changes size several times within a single shift, not once a quarter. If every such changeover requires the integrator, the robot stops being a tool and becomes a cost.

The answer is to give operators parameters rather than the program itself. On the operator panel, the operator selects a recipe – a stored set of settings for a given box size – and the cell reconfigures itself. A new variant is added as a further entry to the list, without touching the code.

A recipe covers only what is parametric in the software. If changing size means moving a stop, a guide rail or the spacing of suction cups, the changeover stays manual – which is why the jig is designed so that every size locates against the same datum corner and any adjustable elements are motorised. The extent to which a recipe may change positions is bounded by the space covered by the risk assessment. The recipe limit is not itself a protective measure, however – the restricted space is set by safety-rated axis and space limiting in the robot’s safety controller or by mechanical stops, and the guarding covers the whole of that space regardless of how much of it the current recipe uses.

Integrating a robot into an existing production process

A cell is rarely installed on a greenfield site. Here it was linked into a running line by conveyors and interstage buffers that decouple the robot’s cycle from that of the neighbouring stations. The buffer is part of the design, not an add-on – without it, any stoppage on one side immediately halts the other. Its capacity follows from the typical stoppage time of the neighbouring station divided by the cycle time – that is, the number of pieces the cell can produce or consume before its neighbour restarts. A buffer sized for micro-stoppages offers no protection against stoppages running to ten or fifteen minutes, so the starting point is a measurement of the actual distribution of downtime on the line, not a figure someone quotes.

Production data is exchanged with the supervisory system over Modbus TCP. The pace of work, by contrast, is set by buffer-level signals and process interlocks handled in the controller and, where they travel over a network, supervised by a watchdog at both ends. Modbus TCP is neither deterministic nor a safety protocol: it is suitable for exchanging production data, not for carrying safety-function signals. Those belong to the dedicated safety control system and, where they travel over a network, to a safety protocol such as PROFIsafe, CIP Safety or FSoE.

Installation and commissioning were planned so that production did not have to stop – at a site running three shifts that is a hard constraint, not a preference. The result at this furniture manufacturer: a cycle of around 40–45 seconds per box, output up by more than 40%, and three-shift working without adding staff. Integrating a cell with existing machinery is also discussed in our article on whether to retrofit a machine or buy a new one.

When furniture production automation pays off, and when it does not

Not every assembly station is worth automating, and we say so before quoting rather than after commissioning. The table below sets out the factors that most often settle the question in furniture production.

A practical rule: where at least three of the seven conditions in the left-hand column are met, the cell is worth quoting for. Two conditions settle the matter on their own – if the bottleneck lies elsewhere, or production is one-off, the remaining entries do not matter.

Where the right-hand column prevails, an intermediate solution is usually the sounder choice: a semi-automatic station supporting the operator, better material feeding, or retrofitting the control system of the machine that actually limits throughput. It is also worth comparing a robot with dedicated equipment: for a single, unchanging size, a nailing machine or a case clamp is often faster and cheaper than a robotic cell. The robot has the advantage where variants differ not merely in size but in construction – the number of components or the placement of fasteners – and where the same arm is expected to take on a further operation in time. For a change of size alone, a nailing machine with motorised stops does the job just as well. We apply the same logic when assessing when robotic palletising pays off.

What decides whether a cell is used every day is the amount of changeover handed to the operators. What decides whether it is accepted at all is something quite different: most of the time goes not into programming the robot, but into agreeing exactly what the cell should do when things go wrong – a defective component, a full buffer, a cycle interrupted by the operator, an empty fastener magazine. Each case needs a decision on who decides and what happens to the part. An end user arriving at the meeting with answers to those questions shortens the project more than any choice of hardware.

Frequently asked questions

How much does a robotic bed box assembly cell cost?

A robotic cell typically means an outlay in the region of PLN 150,000–500,000 (roughly €35,000–€115,000 at current rates) and three to six months of work. Where a project falls within that range depends on the number of sizes handled, the extent of the protective measures the risk assessment calls for, and how the cell is linked into the existing line. The site visit is free of charge, and a quotation with cost ranges and an estimated payback period follows within 48 hours of the visit.

Can a robot cope with timber of varying dimensions?

Yes, provided the locating jig is properly designed and the positional uncertainty of the incoming component is taken out either by a vision system or by locating against hard stops. Bow, twist and variation in thickness are taken up by mechanical location and the compliance of the jig. Without both of these, the cell will only work on material of consistent geometry, which furniture production does not offer.

Can the robot handle several box sizes?

Yes, provided the list of sizes is known at the design stage. Each variant is stored as a recipe on the operator panel, and changeover comes down to picking an entry from a list – provided the adjustable elements of the jig are motorised and every size locates against the same datum corner. What matters is establishing at the outset which parameters are to be editable without involving the integrator, and within what limits – the boundary is the space covered by the risk assessment.

Do we need a robot programmer to run the cell?

No. The cell is operated, after training, by the person who previously did the job by hand. The panel shows the operating status and diagnostic messages, so the team can deal with routine situations unaided. The cell is also set up for remote diagnostics over an internet connection – the integrator can check the state of the controller and the robot without visiting the site. The end user receives the complete documentation of the cell: the risk assessment, as-built drawings and schematics, the instructions and the declaration of conformity; the cell carries the CE marking.

Does production have to stop during installation?

Not necessarily. The work is planned in stages and the cell is linked into the line during production windows agreed with the end user. In the project described here, integration took place without interrupting production.

Does modifying an existing cell require new CE marking?

Not always. It depends on whether the change amounts to a substantial modification. The test has two limbs: a new hazard must arise or the existing risk must increase, and the protective measures in place must be insufficient, so that new ones have to be added or rebuilt. Adding a simple guard without interfering with the safety-related control system is not a substantial modification. We assess each case before work begins.

Can the cell be extended later?

Yes, if this was provided for in the design. Spare capacity in the control system, spare inputs and outputs, room in the cabinet and headroom in the compressed-air supply cost little at the build stage and make it easy to add another operation later. Spare reach on the robot costs more than it appears: moving up a robot size also enlarges the guarded area and the floor space occupied. An extension always requires the risk assessment to be updated; only its outcome decides whether the change is a substantial modification entailing a fresh conformity assessment.

What a bed box assembly cell costs and how to get a quotation

Where a project falls within the PLN 150,000–500,000 range (roughly €35,000–€115,000 at current rates) depends above all on the number of sizes, the extent of the protective measures and how the cell is linked into the line; delivery takes three to six months. What goes into that figure is broken down in our article on how much production line automation costs.

If assembly, fastening or packing sets the pace of your line, start by showing us the process. We come to you, measure cycle times and say plainly whether automating that particular operation makes sense – including when the answer is no. The visit and the initial assessment are free of charge and commit you to nothing; a quotation with cost ranges and an estimated payback period follows within 48 hours of the visit.

Call +48 796 019 414, write to biuro@automation.net.pl or use the contact form. We are an industrial automation integrator based in Poland, delivering projects throughout the country.

Automatyzacja produkcji mebli a specyfika branży

Automatyzacja produkcji mebli różni się od rozwiązań stosowanych w przemyśle metalowym czy spożywczym pod czterema względami, które należy uwzględnić już na etapie koncepcji.

Po pierwsze – materiał nie jest powtarzalny. Drewno i materiały drewnopochodne mają tolerancje wymiarowe nieporównywalne z detalem toczonym z metalu. Element bywa wygięty lub skręcony, krawędź nie zawsze jest prosta, a zmiana wilgotności przekłada się na wymiar przede wszystkim w poprzek włókien – długość elementu pozostaje przy tym praktycznie stała. Inaczej zachowują się materiały drewnopochodne: płyta trzyma wymiar lepiej niż drewno lite, ale pęcznieje na grubość i słabiej utrzymuje łącznik przy krawędzi. Najczęstszym źródłem odchyłek jest zmiana warunków składowania między dostawą a montażem.

Po drugie – wariantowość jest regułą, nie wyjątkiem. Producent mebli rzadko wytwarza jeden format. Skrzynia łóżka występuje w kilku szerokościach, czasem w kilku wysokościach i w wersjach z pojemnikiem lub bez. Stanowisko obsługujące jeden format ma w tej branży znikomą przydatność produkcyjną – sprawdza się wyłącznie przy wyrobie o dużym i stabilnym wolumenie.

Po trzecie – gabaryty i masa. Elementy skrzyni łóżka są duże, a przy tym niewygodne do chwytania: długie, płaskie, podatne na ugięcie. Wpływa to na dobór chwytaka i robota silniej niż sama masa detalu. O klasie robota przesądzają zwykle dopuszczalny moment na osiach nadgarstka i moment bezwładności ładunku, liczone łącznie dla detalu i chwytaka – którego masa bywa większa od masy detalu – oraz odległość środka ciężkości od kołnierza, a nie nominalny udźwig.

Po czwarte – środowisko pracy. Pył i wióry osiadają na optyce systemu wizyjnego i na czujnikach, a sprężone powietrze o nieodpowiedniej klasie czystości dla cząstek stałych, wody i oleju (klasyfikacja wg PN-ISO 8573-1) bywa w zakładzie drzewnym częstszą przyczyną przestojów niż sam robot. Przygotowanie powietrza, obudowy czujników i dostęp do czyszczenia planuje się na etapie projektu, nie po uruchomieniu.

Zbijanie skrzyń i stelaży łóżek – istota problemu

Skrzynia łóżka jest elementem konstrukcyjnym mebla tapicerowanego: od jej geometrii zależy, czy stelaż osadzi się równo i czy gotowy wyrób nie będzie się chwiał. Montaż polega na złożeniu elementów w narożnikach i połączeniu ich zszywkami lub gwoździami. Operacja pozostaje prosta technologicznie, lecz uciążliwa: monotonna, głośna i wykonywana w wymuszonej pozycji, a przy tym decydująca o geometrii wyrobu. Skrzynia zbita bez zachowania kąta prostego zostaje zatrzymana na kontroli, a w części przypadków trafia do klienta końcowego.

Dochodzą do tego uwarunkowania kadrowe, rzadko podnoszone na wstępie rozmowy o robotyzacji: rotacja na tym stanowisku jest z reguły wyższa niż na pozostałych, wdrożenie nowego pracownika wymaga czasu, a absencja jednej osoby zatrzymuje odcinek linii. Wydajność wyznaczają wówczas nie możliwości maszyn, lecz dostępność obsady w danym dniu.

Warto też sprawdzić, jak blisko przenoszone elementy są limitów ręcznych prac transportowych. Rozporządzenie w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy ręcznych pracach transportowych (t.j. Dz.U. 2018 poz. 1139) ustala dla mężczyzn 30 kg przy podnoszeniu stałym i 50 kg przy dorywczym, a dla kobiet odpowiednio 12 i 20 kg; przy przenoszeniu powyżej obręczy barkowej granice są niższe – 21 i 35 kg dla mężczyzn oraz 8 i 14 kg dla kobiet. Przy elementach skrzyni ograniczeniem bywa jednak nie masa, lecz gabaryt i wymuszona pozycja, a te przepis również obejmuje.

Budowa zrobotyzowanego stanowiska

Zrobotyzowane stanowisko do zbijania skrzyń to układ zbudowany wokół robota sześcioosiowego, systemu wizyjnego i zespołu podawania, w którym robot składa elementy skrzyni łóżka w narożnikach i łączy je zszywkami lub gwoździami, utrzymując kąt prosty mimo zmienności materiału mieszczącej się w tolerancji wejściowej.

Sam robot jest przy tym najmniej problematyczną częścią projektu – o wyniku przesądzają podzespoły towarzyszące.

• Chwytak – utrzymuje długi, podatny na ugięcie element bez odkształcenia i bez pozostawiania śladu na powierzchni widocznej po montażu.
• Jednostka łącząca – zszywacz lub gwoździarka wraz z magazynem łączników (laski zszywek albo zwój gwoździ), ich podawaniem i detekcją zacięcia. Rozstrzygnięcia wymaga już na etapie koncepcji, czy narzędzie jest zamocowane na ramieniu robota, czy pozostaje nieruchome w przyrządzie, do którego robot podaje element – od tego zależy czas cyklu i sposób dostępu przy usuwaniu zacięć. Siła odrzutu przy wbijaniu działa na detal i na chwytak, a przy narzędziu na ramieniu także na nadgarstek robota; układ musi ją przejąć, inaczej element przesuwa się w trakcie łączenia.
• System wizyjny – wyznacza rzeczywiste położenie detalu w płaszczyźnie podawania, zamiast przyjmować, że został on podany w położeniu nominalnym. Koryguje wyłącznie niepewność położenia; wypaczenia, skręcenia ani różnic grubości nie kompensuje – te przejmuje bazowanie mechaniczne i podatność przyrządu. Tam, gdzie materiał da się ustalić zderzakami, bazowanie mechaniczne bywa tańsze i pewniejsze od wizji.
• Przyrząd bazujący i podawanie – geometrię gotowej skrzyni wyznaczają powierzchnie bazowe przyrządu, a układ pneumatyczny jedynie dociska do nich element, zawsze do twardego zderzaka. Istotna jest kolejność dociskania: niewłaściwa utrwala błąd zamiast go skompensować. Kąt musi być utrzymany również w chwili wbijania łącznika. Podawanie ma dostarczać elementy w powtarzalnej orientacji i z separacją sztuk – wizja koryguje położenie, ale nie rozdzieli dwóch sklejonych listew.
• Sterowanie PLC – prowadzi sekwencję pracy i obsługuje sygnały z linii.
• Układ sterowania związany z bezpieczeństwem – zbudowany na przekaźniku bezpieczeństwa albo sterowniku bezpieczeństwa, odrębnie od sterowania procesem; to on realizuje funkcje bezpieczeństwa – zatrzymanie awaryjne, blokowanie osłon, bezpieczne zatrzymanie – niezależnie od sterownika procesowego.
• Kontrola w procesie – sama powtarzalność ruchu niczego nie potwierdza. Stanowisko sprawdza obecność i orientację detalu przed łączeniem, potwierdza wbicie (nie samo wyzwolenie narzędzia), sygnalizuje brak łącznika w magazynie, a przy drewnie z sękami kontroluje dobicie. Bez tego pominięte wbicie zostaje wykryte dopiero na kontroli końcowej, czyli tam, gdzie wykrywano je przed wdrożeniem.
• Panel operatorski – udostępnia operatorowi podgląd pracy i komunikaty diagnostyczne bez użycia komputera serwisowego. O jego wartości decyduje treść komunikatów: powinny nazywać zdarzenie w języku procesu – brak łącznika w magazynie, bufor wyjściowy pełny, detal niewykryty – a nie powielać kody błędów sterownika. Panel prowadzi też krok po kroku procedurę wznowienia po zatrzymaniu.

Dobór komponentów omawiamy szerzej na stronie robotyzacji i automatyzacji stanowisk, a pełny opis tego wdrożenia znajduje się w realizacji robota do zbijania skrzyń.

Bezpieczeństwo i zgodność z przepisami

Punktem wyjścia jest ocena ryzyka prowadzona zgodnie z PN-EN ISO 12100: wyznaczenie granic stanowiska, identyfikacja zagrożeń, oszacowanie i ewaluacja ryzyka, a następnie redukcja metodą trzech kroków – iteracyjnie, aż do poziomu akceptowalnego. Środki ochronne wynikają z jej rezultatu, nie odwrotnie.

Wymagany poziom zapewnienia bezpieczeństwa (PLr) wyznacza się według PN-EN ISO 13849-1 osobno dla każdej funkcji bezpieczeństwa. Kategoria to klasyfikacja architektury układu sterowania, a PL – osiągnięty wynik; łączenie obu pojęć w jedno określenie jest źródłem nieporozumień na etapie odbioru. Dla głównych funkcji bezpieczeństwa takich stanowisk – zatrzymania po otwarciu osłony i po naruszeniu kurtyny – PLr wypada zwykle na PL d, realizowany w architekturze kategorii 3, o ile ocena ryzyka nie wskaże inaczej.

Zatrzymanie awaryjne wymaga ręcznie uruchamianego elementu z blokadą, zgodnie z PN-EN ISO 13850. Przycisk na ekranie dotykowym nie jest zatrzymaniem awaryjnym, niezależnie od tego, jak został zaprogramowany. Zatrzymanie awaryjne pozostaje przy tym środkiem uzupełniającym – nie zastępuje osłony i nie jest zaliczane do środków redukcji ryzyka.

Dla stanowisk zrobotyzowanych właściwa jest norma PN-EN ISO 10218-1 wraz z PN-EN ISO 10218-2, dotyczącą integracji. Stosowanie normy zharmonizowanej jest dobrowolne: daje domniemanie zgodności z wymaganiami zasadniczymi, o ile dane wydanie zostało przywołane w Dzienniku Urzędowym UE, natomiast sam obowiązek wynika z aktu prawnego, a nie z normy. Norma jest punktem odniesienia zarówno przy nowej instalacji, jak i przy istotnej modyfikacji stanowiska już użytkowanego; wobec stanowisk użytkowanych bez takiej modyfikacji nie działa wstecz.

O tym, który akt prawny znajduje zastosowanie, decyduje data oddania stanowiska do użytku: do 19 stycznia 2027 r. włącznie jest to dyrektywa 2006/42/WE, a od 20 stycznia 2027 r. – rozporządzenie (UE) 2023/1230. Stanowisko złożone z robota i maszyn współpracujących stanowi zespół maszyn: przed oddaniem do użytku wymaga własnej oceny ryzyka, dokumentacji technicznej, instrukcji, deklaracji zgodności – do 19 stycznia 2027 r. deklaracji zgodności WE, od 20 stycznia 2027 r. deklaracji zgodności UE – oraz oznakowania CE. Za stanowisko już użytkowane odpowiada pracodawca, w zakresie wymagań minimalnych wynikających z rozporządzenia Ministra Gospodarki z 30 października 2002 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy w zakresie użytkowania maszyn przez pracowników podczas pracy (Dz.U. 2002 nr 191 poz. 1596, z późn. zm.), wdrażającego dyrektywę 2009/104/WE.

Osobnym zagadnieniem jest otwór przelotowy w osłonie, przez który wchodzi i wychodzi materiał: ma przepuszczać detal, nie przepuszczając człowieka. Realizuje się to tunelem, którego długość wynika z odległości bezpieczeństwa wg PN-EN ISO 13857, albo mutingiem kurtyny świetlnej – czasowym zawieszeniem jej funkcji na czas przejścia detalu, sterowanym co najmniej dwoma niezależnymi czujnikami; muting sam jest funkcją bezpieczeństwa z własnym PLr. Przy otworze umożliwiającym wejście całym ciałem trzeba ponadto wykluczyć, że osoba pozostanie wewnątrz strefy niewykryta, a przycisk resetu umieścić poza strefą, z widokiem na jej wnętrze. Równie istotny jest przewidziany dostęp do usuwania zacięć i uzupełniania łączników – jeżeli każda taka czynność wymaga długiej procedury wznowienia, powstaje zachęta do obejścia urządzenia blokującego, którą PN-EN ISO 14119 każe wyeliminować już w projekcie.

Co z tego wynika dla zakładu: ocena ryzyka, dokumentacja techniczna, instrukcja i deklaracja zgodności wchodzą w zakres zlecenia, a nie stanowią osobnej pozycji. Deklarację zgodności dla zespołu maszyn wystawia integrator jako jego producent. Zakład otrzymuje komplet dokumentacji, a stanowisko nosi oznakowanie CE.

Przezbrojenie na inny format bez udziału integratora

Jest to czynnik, który w praktyce najczęściej przesądza o tym, czy stanowisko pozostanie w bieżącej eksploatacji, czy zostanie wyłączone z użytkowania. Producent mebli przechodzi na inny format wielokrotnie w ciągu jednej zmiany roboczej, nie zaś raz na kwartał. Jeżeli każde takie przezbrojenie wymaga interwencji integratora, stanowisko przestaje pełnić funkcję narzędzia produkcyjnego i staje się wyłącznie pozycją kosztową.

Rozwiązaniem jest udostępnienie operatorowi parametrów procesu, a nie kodu programu. Operator wybiera na panelu operatorskim recepturę – zapisany zestaw ustawień dla danego formatu skrzyni – po czym stanowisko przestawia się automatycznie. Nowy wariant dopisuje się jako kolejną pozycję listy, bez ingerencji w kod.

Receptura obejmuje jednak tylko to, co jest parametryczne w oprogramowaniu. Jeżeli zmiana formatu wymaga przestawienia zderzaka, prowadnicy albo rozstawu przyssawek, przezbrojenie pozostaje ręczne – dlatego przyrząd projektuje się tak, aby wszystkie formaty bazowały do jednego narożnika, a elementy nastawne miały napęd. Zakres, w jakim receptura może zmieniać położenia, ogranicza się przy tym do przestrzeni objętej oceną ryzyka. Samo ograniczenie w recepturze nie jest jednak środkiem ochronnym – przestrzeń ograniczoną wyznacza ograniczenie osi i przestrzeni o klasie bezpieczeństwa w sterowaniu robota albo zderzaki mechaniczne, a osłony obejmują całą tę przestrzeń, niezależnie od tego, ile z niej wykorzystuje bieżąca receptura.

Integracja robota z istniejącym procesem produkcji

Stanowisko rzadko powstaje w pustym obiekcie. W tym przypadku włączono je w działającą linię za pomocą przenośników i buforów międzyoperacyjnych, które uniezależniają takt pracy robota od taktu stanowisk sąsiednich. Bufor jest tu założeniem konstrukcyjnym, a nie dodatkiem – bez niego postój po jednej stronie natychmiast unieruchamia drugą. Jego pojemność wynika z czasu typowego zatrzymania sąsiedniego stanowiska podzielonego przez czas taktu – czyli z liczby sztuk, które stanowisko zdąży wyprodukować albo zużyć, zanim sąsiad ruszy. Bufor dobrany do mikroprzestojów nie zabezpiecza przed zatrzymaniami liczonymi w kilkunastu minutach, dlatego punktem wyjścia jest pomiar rzeczywistego rozkładu przestojów na linii, a nie wartość deklarowana.

Dane produkcyjne wymieniane są z systemem nadrzędnym protokołem Modbus TCP. Samo tempo pracy wyznaczają natomiast sygnały zapełnienia buforów i blokady procesowe realizowane na poziomie sterownika, a jeżeli przechodzą siecią – z nadzorem czasu po obu stronach. Modbus TCP nie jest protokołem deterministycznym ani protokołem bezpieczeństwa: nadaje się do wymiany danych produkcyjnych, natomiast nie do przesyłania sygnałów funkcji bezpieczeństwa. Te realizuje wydzielony układ sterowania, a przy transmisji sieciowej – protokół bezpieczeństwa (PROFIsafe, CIP Safety, FSoE).

Montaż i uruchomienie zaplanowano tak, aby produkcja nie została przerwana – w zakładzie pracującym na trzy zmiany jest to wymaganie brzegowe, a nie preferencja. Efekt u tego producenta mebli: cykl zbijania jednej skrzyni około 40–45 sekund, wydajność wyższa o ponad 40% i praca na trzy zmiany bez zwiększania obsady. Zagadnienie integracji z istniejącym parkiem maszynowym omawiamy też we wpisie o tym, czy modernizować maszynę, czy kupić nową.

Kryteria opłacalności robotyzacji produkcji mebli

Nie każde stanowisko montażowe warto robotyzować i mówimy o tym przed wyceną, a nie po wdrożeniu. Robotyzacja produkcji mebli opłaca się w określonych warunkach; poniższe zestawienie porządkuje te, które najczęściej przesądzają o wyniku takiej oceny.

Reguła praktyczna: jeżeli spełnione są co najmniej trzy z siedmiu warunków lewej kolumny, stanowisko zrobotyzowane warto wyceniać. Dwa warunki są przy tym rozstrzygające same w sobie – jeżeli wąskie gardło leży gdzie indziej albo produkcja jest jednostkowa, pozostałe pozycje nie mają znaczenia.

Przy przewadze kolumny prawej racjonalniejsze bywa rozwiązanie pośrednie: półautomat wspierający operatora, poprawa podawania materiału albo modernizacja sterowania maszyny faktycznie ograniczającej przepustowość. Warto też porównać robota z rozwiązaniem dedykowanym: przy jednym, niezmiennym formacie zbijarka lub prasa ramowa z dociskami bywa szybsza i tańsza od stanowiska zrobotyzowanego. Robot ma przewagę tam, gdzie warianty różnią się nie tylko wymiarem, lecz konstrukcją – liczbą elementów albo rozmieszczeniem łączników – oraz tam, gdzie to samo ramię ma z czasem przejąć kolejną operację. Przy samej zmianie wymiaru zbijarka z nastawnymi zderzakami radzi sobie równie dobrze. Podobną logikę stosujemy przy ocenie, kiedy opłaca się robot paletyzujący.

O tym, czy stanowisko będzie codziennie używane, przesądza zakres przezbrojenia oddany operatorowi. O terminie odbioru przesądza natomiast inny czynnik: najwięcej czasu pochłania nie zaprogramowanie robota, lecz uzgodnienie zachowania stanowiska w sytuacjach nietypowych. Przy elemencie wybrakowanym, przy zapełnionym buforze, przy przerwaniu cyklu przez operatora, przy braku łącznika w magazynie – każdy z tych przypadków wymaga decyzji, kto ją podejmuje i co dzieje się z detalem. Przygotowanie odpowiedzi na te pytania przed rozpoczęciem projektu skraca jego czas realizacji silniej niż jakikolwiek wybór sprzętu.

Pytania i odpowiedzi

Ile kosztuje zrobotyzowane stanowisko do zbijania skrzyń?

Stanowisko zrobotyzowane to wydatek rzędu 150–500 tys. zł, a realizacja zajmuje 3–6 miesięcy. O miejscu w widełkach decydują: liczba obsługiwanych formatów, zakres środków bezpieczeństwa wynikający z oceny ryzyka oraz sposób wpięcia w istniejącą linię. Wycenę z widełkami kosztów i szacowanym zwrotem przekazujemy w ciągu 48 h od wizyty, a sama wizyta jest bezpłatna.

Czy robot poradzi sobie z drewnem o zmiennych wymiarach?

Tak, pod warunkiem że przyrząd bazujący jest właściwie zaprojektowany, a niepewność położenia podawanego detalu wybiera system wizyjny albo bazowanie zderzakami. Wypaczenia, skręcenia i różnice grubości przejmuje bazowanie mechaniczne oraz podatność przyrządu. Bez obu tych rozwiązań stanowisko zadziała wyłącznie na materiale o powtarzalnej geometrii, czego w produkcji mebli nie ma.

Czy robot poradzi sobie z kilkoma formatami skrzyń?

Tak, pod warunkiem że lista formatów jest znana na etapie projektu. Każdy wariant zapisuje się jako recepturę wybieraną z panelu operatorskiego, a przezbrojenie sprowadza się do wskazania pozycji na liście – pod warunkiem, że elementy nastawne przyrządu mają napęd, a wszystkie formaty bazują do jednego narożnika. Kluczowe jest ustalenie na początku, które parametry mają być edytowalne bez udziału integratora i w jakim zakresie – granicę wyznacza przestrzeń objęta oceną ryzyka.

Czy do obsługi robota potrzebny jest programista?

Nie. Stanowisko obsługuje, po przeszkoleniu, operator dotychczas wykonujący tę operację ręcznie. Panel prezentuje stan pracy i komunikaty diagnostyczne, dzięki czemu operator rozwiązuje typowe sytuacje samodzielnie. Stanowisko przygotowuje się też do zdalnej diagnostyki przez połączenie internetowe – integrator może sprawdzić stan sterowania i robota bez wizyty w zakładzie. Zakład otrzymuje komplet dokumentacji stanowiska: ocenę ryzyka, dokumentację powykonawczą, instrukcję oraz deklarację zgodności; stanowisko nosi oznakowanie CE.

Czy trzeba zatrzymać produkcję na czas montażu?

Nie jest to konieczne. Prace planuje się etapami, a włączenie stanowiska w linię odbywa się w oknach uzgodnionych z zakładem. W opisywanym wdrożeniu integracja przebiegła bez przerywania ciągłości produkcji.

Czy modernizacja stanowiska wymaga nowego oznakowania CE?

Nie zawsze. Zależy to od tego, czy zmiana jest istotną modyfikacją. Kryterium jest złożone: musi pojawić się nowe zagrożenie albo wzrosnąć ryzyko, a jednocześnie zaistnieć konieczność dodania lub przebudowy środków ochronnych. Dodanie prostej osłony bez ingerencji w układ sterowania bezpieczeństwem istotną modyfikacją nie jest. Każdy przypadek oceniamy przed rozpoczęciem prac.

Czy stanowisko można później rozbudować?

Tak, jeśli przewidziano to w projekcie. Rezerwa w sterowaniu, wolne wejścia i wyjścia, miejsce w szafie oraz zapas wydajności sprężonego powietrza są na etapie budowy tanie, a umożliwiają późniejsze dodanie kolejnej operacji. Zapas zasięgu robota jest natomiast kosztowny: przejście o klasę wyżej powiększa również strefę objętą osłonami i zajmowaną powierzchnię. Rozbudowa zawsze wymaga aktualizacji oceny ryzyka; dopiero jej wynik przesądza, czy zmiana jest istotną modyfikacją pociągającą ponowną ocenę zgodności.

Koszt stanowiska do zbijania skrzyń i zamówienie wyceny

O miejscu w widełkach 150–500 tys. zł decydują przede wszystkim liczba formatów, zakres środków bezpieczeństwa i sposób wpięcia w linię; czas realizacji to 3–6 miesięcy. Tę kwotę rozkładamy na czynniki we wpisie o tym, ile kosztuje automatyzacja linii produkcyjnej.

Jeśli u Ciebie w zakładzie zbijanie, montaż albo pakowanie wyznacza rytm całej linii, zacznij od pokazania nam tego procesu. Przyjeżdżamy, mierzymy czasy i mówimy wprost, czy robotyzacja tej konkretnej operacji ma sens – także wtedy, gdy odpowiedź brzmi „nie warto”. Wizyta i wstępna ocena są bezpłatne i do niczego nie zobowiązują; wycenę z widełkami kosztów i szacowanym zwrotem otrzymujesz w ciągu 48 h od wizyty.

Zadzwoń: +48 796 019 414, napisz na biuro@automation.net.pl albo wypełnij formularz kontaktowy. Realizacje prowadzimy w całej Polsce.

This article sets out the criteria for that decision from the perspective of an industrial automation integrator based in Poland, working nationwide, which supplies palletising and depalletising systems tailored to a particular production line.

End-of-line processes commonly robotised

End-of-line automation covers everything between the last packing machine and the loaded vehicle. The tasks commonly handed over to a robot include:

• palletising cartons, trays, shrink-wrapped packs and crates in a repeatable pattern;
• palletising bags – animal feed, flour, granular products, construction chemicals such as cement and tile adhesive – with fork or clamp grippers;
• depalletising of incoming goods or empty packaging onto the line;
• case packing, often combined with palletising in one cell;
• handling of finished assemblies such as wooden crates or furniture components.

Packaging automation upstream of the pallet – carton erecting, filling, closing, labelling – is frequently addressed in the same project or the step before it. A carton forming machine built on a Xinje XC-series PLC for a packaging-industry client is an example; a palletiser is then a natural next element of such a line.

Robot throughput versus manual work

A comparison in units per hour is misleading if it ignores the shape of the shift. An operator stacking bags achieves one rate at the start of a shift and typically a lower one at its end, and is bound by manual handling limits (in Poland, 30 kg for men and 12 kg for women in regular work, 50 kg and 20 kg occasionally, with lower limits for lifting above shoulder height); a robot keeps the same cycle time on the first and the last pallet, on every shift. The benefit of a palletising robot therefore lies less in peak speed than in constant, predictable throughput that can be planned against the upstream line. It also removes the lifting that often makes end-of-line positions hard to staff.

The throughput of a robotic palletiser depends on unit mass, stacking pattern, layer height and whether the gripper picks one unit or a whole row; quoting a number without knowing the product would be speculation. As a reference point, one of the company’s published projects – a robotic crate assembly station for the timber industry – reaches more than 400 cycles per hour and raised output by over 40% compared with the previous manual process. This is an assembly application, not a palletising one; it illustrates the class of repeatable handling task in which a robot outperforms manual work.

Selecting a robot and gripper for palletising

Selection begins with the product, not the robot; the following need to be established first:

• unit mass, dimensions and their variability between batches;
• required throughput in cycles per hour, including peaks;
• pallet height and pattern, number of formats and time available for changeover;
• reach to the furthest column on the furthest pallet;
• payload, calculated together with the gripper, not for the product alone;
• required repeatability and the time allowed for pallet changeover.

Three classes of robot are used for palletising:

The company has experience with Fairino collaborative robots, including the FR10 and FR20 models (payload 10 kg and 20 kg respectively), which represent the cobot class in the table. The reach of arms in this class (of the order of 1.4–1.8 m) is usually insufficient to build a full-height pallet on two positions; the station then needs a lifting column as an additional axis, which must be allowed for both in the price and in the risk assessment.

The gripper is frequently harder to specify than the robot itself. Vacuum grippers suit cartons and film-wrapped packs but are sensitive to surface quality – dusty, porous or perforated board reduces holding force – and with heavier cartons the load is carried by the lid closure, so poorly sealed cases need full-area suction or a gripper with underside support. Fork grippers (with a top clamp) handle bags regardless of surface condition; clamp grippers need units that tolerate side pressure — multipacks and light cartons are handled with a clamp plus underside support, or with vacuum and a foam plate; combined grippers serve several product types at the cost of mass and complexity. Gripper trials on the actual product should precede the final layout.

Station requirements: space, infeed and safety

A robotic palletiser requires a pallet zone – usually two positions, so that one pallet is loaded while the other is exchanged – plus the robot’s working envelope and safety zone. In existing plants the obstacle is frequently not the robot itself but the lack of room for full pallets and a forklift route outside the guarded area. On the infeed side, a conveyor with a positioning stop and a presence sensor is typical, so that the robot picks each unit in a known orientation.

Safety design follows from the risk assessment, not from the type of robot. Industrial palletisers operate within fixed guarding with interlocked doors; the pallet changeover zone is usually protected by light curtains or area scanners — and because a person can walk fully into that zone, restarting after a curtain interruption requires a manual reset from a point with a clear view of the zone, or a presence-detecting scanner. If the robot is to keep working on the second pallet position while the first is being changed, the safety system must confine the robot’s motion to the closed position — via safe zone monitoring in the robot controller or a safety controller, with a separate protective device for each position; without that function the robot must stop for every changeover so that a full pallet can be removed while the robot continues on the second position. Safety functions may be implemented with safety relays or a safety controller — provided the required performance level is achieved (typically PL d, category 3 under EN ISO 13849-1 and EN ISO 10218-1 for robotic stations, unless the risk assessment indicates otherwise) — including over networks such as PROFIsafe, CIP Safety or FSoE; a hard-wired circuit is not the only compliant solution. The choice rests with the integrator; what matters to the buyer is that the safety system falls within the scope of the station’s risk assessment, documentation and CE marking. Under EN ISO 13850 the emergency stop must be a manually operated, latching device with positive opening contacts – typically a mushroom-head push-button – and a touchscreen button does not meet this requirement. Collaborative operation of cobots is governed by EN ISO 10218 – the 2025 edition of part -2 absorbed the former ISO/TS 15066, including permissible forces and pressures; reduced guarding is the outcome of a documented risk assessment, not an attribute of the cobot itself.

Where a robot is added to an existing line, Regulation (EU) 2023/1230 – replacing Directive 2006/42/EC from 20 January 2027 – treats a change in risk, not in output, as the criterion for a substantial modification. Which act applies is decided by the date the station is put into service, so with a 3–6-month lead time, projects ordered in the second half of 2026 should be run under the Regulation from the outset.

What determines the price of a palletising station

A palletising cell, like any complete robotic workstation, falls within PLN 150,000–500,000 net (approx. EUR 35,000–115,000). Position within that range depends mainly on the robot class and payload, the gripper (often a significant share of the price), the number of pallet positions and conveyors, the extent of guarding, integration with the upstream control system, and the number of formats to be programmed. Simpler semi-automatic machines without a robot lie within PLN 50,000–150,000 (EUR 12,000–35,000).

The lead time for a robotic station is 3–6 months from contract to acceptance. Payback periods for well-matched projects are 12–36 months, and a well-chosen first project typically pays for itself within 12–24 months. Where a project lands in that range depends above all on the number of shifts and the number of manual palletising posts the robot takes over: with three-shift operation payback sits near the lower end, with a single shift and a single operator near the upper end or beyond it; the assumptions are discussed in the article on how much production line automation costs. The scope of supply for robotic workstations is described on the offer page.

When a palletising robot is not justified

End-of-line automation is not the right first step in every plant. The case for a palletising robot is weak where:

• very low repeatability of units, where each pallet is effectively different;
• frequent format changes without time for changeover — a new pattern is generated in software in minutes, but where formats need different grippers or different infeed datums, the changeover takes time and erodes the gain;
• no floor space for the pallet zone and a separate forklift route;
• units of unstable geometry – loosely filled bags of variable shape are demanding for vacuum and clamp grippers alike;
• throughput so low that the robot would stand idle for most of the shift.

The alternative is then a semi-automatic solution (PLN 50,000–150,000, approx. EUR 12,000–35,000 — e.g. a vacuum manipulator that lets the operator guide a carton without bearing its weight; the scale of effect is illustrated by the shaver head assembly machine: threefold throughput at zero defects), or the first project may lie elsewhere on the line. The article on where to start with production automation describes how to identify the station where automation pays back fastest, and the article on what production process robotisation is sets out the general criteria for such a decision.

The same arithmetic applies to assembly: a separate article covers furniture production automation, using a robotic bed box assembly cell as the example.

Frequently asked questions

How much does a robotic palletiser cost?

A robotic palletising cell, like any robotic workstation, is priced within PLN 150,000–500,000 net (approx. EUR 35,000–115,000), depending on robot class, gripper, pallet positions, guarding and integration. Semi-automatic machines without a robot fall within PLN 50,000–150,000 (EUR 12,000–35,000). A quotation follows within 48 hours of the site survey.

Can a cobot palletise without a safety fence?

Not as a rule. A collaborative robot may operate with reduced guarding only when a documented risk assessment confirms — EN ISO 10218-1/-2 applies to every robotic station regardless of robot type, with collaborative operation covered by the 2025 edition of part -2 — that forces, pressures and speeds remain within permissible limits for the specific gripper and product. The outcome may equally be a scanner-monitored zone with reduced speed on approach, or conventional guarding.

How long does it take to implement a palletising station?

For a robotic station, 3–6 months from signing the contract to acceptance, covering design, gripper trials, manufacture, installation, safety validation and training. Payback is expected within 12–36 months; a well-chosen first project usually pays back within 12–24 months.

Does adding a robot to an existing line require new CE marking?

Usually, yes. Under Regulation (EU) 2023/1230, which replaces Directive 2006/42/EC from 20 January 2027, the criterion for a substantial modification is a change in risk not covered by the existing protective measures – not an increase in output. Adding a robot generally introduces new hazards, so a risk assessment of the modified assembly is needed in any case.

Which products are difficult for a palletising robot?

Units of unstable or variable geometry – loosely filled bags, bundles without a fixed shape, cartons whose surface is unsuitable for vacuum grippers – and lines where the format changes every few pallets. A bag-flattening conveyor, a combined gripper or a larger pattern library may help, but the added cost must be weighed against the base case.

Request a quote

If you palletise by hand today and want to know whether a robot is justified on your line, send a short description of the product, the current throughput and a photo of the end of the line. For the site survey it helps to have ready: a list of formats with unit mass and dimensions, the pallet patterns, volume per shift and number of shifts, a sketch or photos of the space at the end of the line, and the utilities available (compressed air, power supply). Site surveys are carried out across Poland, and you will receive a quotation within 48 hours of the survey. Call +48 796 019 414, write to biuro@automation.net.pl or use the contact form.

Automation Dariusz Kulik is an industrial automation integrator based in Białystok, Poland, in business since 2014 and projects delivered nationwide.

Niniejszy wpis porządkuje kryteria, którymi należy się kierować, rozważając automatyzację pakowania i robotyzację końcówki linii w zakładzie spożywczym, meblarskim lub opakowaniowym. Omówiono procesy typowo poddawane automatyzacji, różnice w wydajności między robotem a pracą ręczną, zasady doboru robota i chwytaka, wymagania wobec stanowiska, strukturę kosztów oraz sytuacje, w których robot paletyzujący nie znajduje uzasadnienia ekonomicznego. Pojęcia podstawowe wyjaśniono we wpisie Czym jest robotyzacja procesów produkcyjnych.

Automatyzacja pakowania: które procesy końcówki linii poddaje się robotyzacji

Pojęcie końcówki linii obejmuje operacje wykonywane po zakończeniu właściwej produkcji: formowanie i zamykanie kartonów, pakowanie zbiorcze, etykietowanie, paletyzację, owijanie palety folią oraz — na wejściu do zakładu — depaletyzację surowców i opakowań. Automatyzacja pakowania rzadko obejmuje wszystkie te etapy jednocześnie; w praktyce robotyzacji poddaje się zwykle najpierw operację o największym obciążeniu fizycznym i najbardziej powtarzalnym charakterze.

• Paletyzacja — układanie kartonów, worków, zgrzewek lub wiader na palecie według zadanego schematu; jeden z najczęstszych przedmiotów robotyzacji ze względu na masę jednostek i monotonię ruchu.
• Depaletyzacja — rozbiórka palet z półproduktami lub pustymi opakowaniami na wejściu linii.
• Pakowanie zbiorcze — wkładanie jednostek detalicznych do kartonu lub tacy; wymaga większej precyzji i często chwytaków wieloelementowych.
• Formowanie i zamykanie kartonów — operacja zwykle realizowana przez maszynę specjalizowaną, nie przez robota; przykładem z portfolio Automation jest urządzenie do formowania kartonów na sterowniku PLC serii XC.
• Owijanie i etykietowanie palet — etapy końcowe, które po zrobotyzowaniu paletyzacji naturalnie włącza się w jeden ciąg sterowania.

Wydajność robota a praca ręczna

Zasadnicza różnica między robotem a pracownikiem nie dotyczy prędkości pojedynczego ruchu, lecz stałości wydajności w czasie. Robot paletyzujący utrzymuje stały czas cyklu na początku i pod koniec zmiany, w porze nocnej i w okresie urlopowym; nie podlega zmęczeniu ani ograniczeniom wynikającym z przepisów o ręcznych pracach transportowych, które limitują masę i częstotliwość dźwiganych ładunków (przy pracy stałej 12 kg dla kobiet i 30 kg dla mężczyzn, przy dorywczej odpowiednio 20 i 50 kg, a przy podnoszeniu powyżej obręczy barkowej jeszcze mniej — rozporządzenie w sprawie bhp przy ręcznych pracach transportowych, t.j. Dz.U. 2018 poz. 1139). Wydajność pracy ręcznej jest z natury zmienna i zależy od obsady, kondycji pracownika oraz rotacji kadr.

Rzeczywista wydajność stanowiska paletyzującego zależy od masy jednostki, drogi przenoszenia, typu chwytaka i liczby jednostek pobieranych jednocześnie — należy ją ustalać dla każdej linii osobno; katalogowa wydajność producenta dotyczy cyklu znormalizowanego i jest punktem wyjścia, nie gwarancją. Orientacyjnie: cobot z pojedynczym pobraniem osiąga kilka do kilkunastu cykli na minutę, robot 4-osiowy 20–30 cykli na minutę w cyklu znormalizowanym (w rzeczywistej aplikacji zwykle mniej), a pobieranie wielokrotne lub warstwowe zwielokrotnia liczbę jednostek na cykl. Dla ilustracji skali efektu warto przywołać opublikowaną realizację Automation: zrobotyzowane stanowisko montażu skrzyń drewnianych osiągnęło ponad 400 cykli na godzinę i wzrost wydajności o ponad 40% względem pracy ręcznej. Należy podkreślić, że jest to proces montażowy, a nie paletyzacja — liczby te obrazują efekt robotyzacji powtarzalnej operacji, nie zaś wydajność robota paletyzującego.

Dobór robota i chwytaka do paletyzacji

Dobór robota rozpoczyna się od parametrów ładunku i linii, a nie od katalogu producenta. Należy ustalić:

• masę i wymiary jednostki ładunkowej;
• wymaganą wydajność w cyklach na godzinę;
• wysokość i schemat ułożenia palety, w tym wymagania stabilności stosu (schemat przeplatany, przekładki, owijanie);
• liczbę obsługiwanych formatów;
• zasięg potrzebny do obsługi wszystkich pozycji palet;
• udźwig liczony łącznie z masą chwytaka;
• wymaganą powtarzalność;
• czas dostępny na wymianę pełnej palety oraz sposób podawania pustych palet i przekładek — jeżeli ma je obsługiwać robot, chwytak potrzebuje dodatkowej funkcji, co zwiększa jego masę i koszt.

Stosowane klasy robotów zestawiono w tabeli.

Przykładem robotów współpracujących, z którymi Automation pracuje, są coboty Fairino FR10 i FR20 o udźwigu odpowiednio 10 i 20 kg. Ich zasięg (rzędu 1,4–1,8 m) zwykle nie wystarcza do ułożenia palety pełnej wysokości z dwóch pozycji — stanowisko wymaga wtedy kolumny podnoszącej jako dodatkowej osi, którą należy ująć zarówno w cenie, jak i w ocenie ryzyka. Udźwig nominalny należy każdorazowo pomniejszyć o masę chwytaka wraz z osprzętem — dla chwytaka podciśnieniowego z ramą i generatorem próżni może to być kilka kilogramów, co w przypadku mniejszych cobotów istotnie zawęża zakres obsługiwanych jednostek.

Chwytak bywa trudniejszym elementem projektu niż sam robot. Chwytaki podciśnieniowe sprawdzają się przy kartonach i jednostkach owiniętych folią, lecz są wrażliwe na jakość powierzchni, perforację i zapylenie, a przy cięższych kartonach ciężar przenosi zamknięcie wieka — słabo zaklejone opakowania wymagają ssawek na całej powierzchni lub chwytaka z podparciem. Chwytaki widłowe (z dociskiem górnym) przenoszą worki niezależnie od stanu powierzchni; chwytaki klamrowe wymagają jednostek znoszących ścisk boczny — zgrzewki i lekkie kartony chwyta się klamrą z podparciem dolnym lub podciśnieniem z płytą piankową, wymagają jednak miejsca na wsunięcie wideł i odpowiedniego odstępu między jednostkami na przenośniku. Chwytaki kombinowane łączą obie funkcje kosztem masy i złożoności. Wybór chwytaka powinien poprzedzać ostateczny dobór robota, ponieważ masa i wymiary chwytaka wpływają zarówno na wymagany udźwig, jak i na zasięg.

Wymagania stanowiska paletyzującego: miejsce, podawanie, bezpieczeństwo

Stanowisko paletyzujące zajmuje więcej miejsca, niż wynika z zasięgu robota. Należy przewidzieć strefę robota, co najmniej jedną, a zwykle dwie pozycje palet (aby wymiana pełnej palety nie zatrzymywała linii), dojazd dla wózka widłowego lub paletowego oraz miejsce na przenośnik wejściowy. Podawanie jednostek wymaga przenośnika z bazowaniem, czujnika obecności i najczęściej ogranicznika ustalającego pozycję jednostki przed pobraniem; bez powtarzalnej pozycji pobrania powtarzalność robota traci znaczenie. Owijarka i etykieciarka stanowią kolejne elementy linii i mogą zostać włączone w ten sam układ sterowania.

Bezpieczeństwo stanowiska opiera się na wygrodzeniu z ryglowanymi drzwiami oraz kurtynach świetlnych lub skanerach laserowych chroniących strefę wymiany palety; ponieważ do strefy palety można wejść całym ciałem, wznowienie pracy po przerwaniu kurtyny wymaga ręcznego resetu z miejsca, z którego widać całą strefę, albo skanera wykrywającego obecność osoby. Jeżeli robot ma pracować na drugiej pozycji palety podczas wymiany pierwszej, układ bezpieczeństwa musi ograniczać przestrzeń jego ruchu do pozycji zamkniętej — przez bezpieczne monitorowanie stref w kontrolerze robota lub w sterowniku bezpieczeństwa, z osobnym urządzeniem ochronnym dla każdej pozycji; bez takiej funkcji robot musi zostać zatrzymany na czas każdej wymiany. Funkcje bezpieczeństwa mogą być realizowane przez przekaźnik bezpieczeństwa lub sterownik bezpieczeństwa, pod warunkiem osiągnięcia wymaganego poziomu zapewnienia bezpieczeństwa (dla stanowisk zrobotyzowanych typowo PL d, kat. 3 wg PN-EN ISO 13849-1 i PN-EN ISO 10218-1, o ile ocena ryzyka nie wskaże inaczej), w tym za pośrednictwem sieci przemysłowej (PROFIsafe, CIP Safety, FSoE) — ograniczenie do obwodu przewodowego nie jest wymogiem normatywnym. Dobór rozwiązania należy do integratora; dla zamawiającego istotne jest, że układ bezpieczeństwa wchodzi w zakres oceny ryzyka, dokumentacji i oznakowania CE stanowiska. Zatrzymanie awaryjne zgodne z PN-EN ISO 13850 wymaga ręcznego przycisku grzybkowego z blokadą i wymuszonym rozwarciem styków; funkcji tej nie spełnia przycisk na ekranie dotykowym. PN-EN ISO 10218-1/-2 obowiązuje dla każdego stanowiska zrobotyzowanego niezależnie od typu robota; wymagania dla pracy współbieżnej z człowiekiem, w tym dopuszczalne siły i naciski, zawiera obecnie część -2 (jej wydanie z 2025 r. wchłonęło wcześniejszą specyfikację ISO/TS 15066) — tryb współpracy wynika z oceny ryzyka konkretnego zastosowania, nie z samego typu robota.

Od 20 stycznia 2027 r. rozporządzenie (UE) 2023/1230 zastępuje dyrektywę maszynową 2006/42/WE; o tym, który akt ma zastosowanie, decyduje data oddania stanowiska do użytku, więc przy 3–6-miesięcznym czasie realizacji projekty zamawiane w drugiej połowie 2026 r. należy od razu prowadzić według rozporządzenia. Dodanie robota do istniejącej linii należy ocenić pod kątem istotnej modyfikacji, przy czym kryterium stanowi zmiana ryzyka, a nie wzrost wydajności. Zakres prac integratora w tym obszarze — od oceny ryzyka po dokumentację — opisano na stronie usługi robotyzacja i automatyzacja stanowisk.

Składniki ceny stanowiska paletyzującego

Koszt stanowiska zrobotyzowanego, w tym paletyzującego, mieści się w przedziale 150–500 tys. zł netto. Na cenę składają się: robot z kontrolerem, chwytak (często projektowany indywidualnie), przenośniki wejściowe i bazowanie, wygrodzenie wraz z układem bezpieczeństwa, sterowanie i integracja z istniejącą linią, zaprogramowanie schematów paletyzacji dla wszystkich formatów, dokumentacja techniczna i oznakowanie CE, a także uruchomienie i szkolenie obsługi. Dolna część przedziału odpowiada zazwyczaj stanowiskom z jedną pozycją palety, jednym formatem i prostym chwytakiem; górna — stanowiskom wieloformatowym z dwiema pozycjami palet, owijarką i rozbudowanym układem bezpieczeństwa.

Czas realizacji stanowiska zrobotyzowanego wynosi 3–6 miesięcy od podpisania umowy do odbioru. Okres zwrotu z inwestycji wynosi zazwyczaj 12–36 miesięcy; dla dobrze dobranego pierwszego projektu, obejmującego operację o największym obciążeniu i najwyższej powtarzalności, realny jest okres 12–24 miesięcy. O miejscu w tym przedziale decyduje przede wszystkim liczba zmian i liczba etatów przy paletyzacji, które robot przejmuje: przy pracy trzyzmianowej zwrot wypada bliżej dolnej granicy, przy jednej zmianie i jednej osobie — bliżej górnej lub poza nią. Pełne zestawienie składników kosztu i metodę liczenia zwrotu przedstawiono we wpisie Ile kosztuje automatyzacja linii produkcyjnej.

Sytuacje, w których robot paletyzujący nie znajduje uzasadnienia

Robotyzacja końcówki linii nie jest celem samym w sobie. Należy rozważyć rezygnację z robota lub odłożenie decyzji, gdy występuje co najmniej jedna z poniższych okoliczności:

• bardzo niska powtarzalność jednostek — różne wymiary, masy i opakowania w ramach jednej zmiany, bez możliwości ich pogrupowania;
• częste zmiany formatu bez czasu na przezbrojenie — schemat generuje się dziś w oprogramowaniu w minuty, lecz jeżeli formaty wymagają różnych chwytaków lub innego bazowania, przezbrojenie zajmuje czas i pochłania zysk z robotyzacji;
• brak miejsca na strefę palet i dojazd — wygrodzenie, pozycje palet i przenośnik zajmują powierzchnię, której nie można pozyskać kosztem ciągów komunikacyjnych;
• jednostki o niestabilnej geometrii — luźno wypełnione worki o zmiennym kształcie stanowią wyzwanie zarówno dla chwytaka, jak i dla stabilności palety;
• niski wolumen — jeżeli paletyzacja zajmuje pracownikowi ułamek zmiany, zwrot z inwestycji wykracza poza akceptowalny horyzont.

W takich przypadkach alternatywą bywa półautomat (50–150 tys. zł; np. manipulator podciśnieniowy, którym pracownik prowadzi karton bez dźwigania jego masy, albo stanowisko z podnośnikiem palety utrzymującym stałą wysokość odkładania — skalę efektu pokazuje półautomat montażu głowicy golarki: trzykrotny wzrost wydajności przy zerowej liczbie braków) lub reorganizacja stanowiska ręcznego z podnośnikiem i stołem obrotowym. Kolejność działań przy pierwszym projekcie automatyzacji omówiono we wpisie Automatyzacja produkcji — od czego zacząć.

Ten sam rachunek dotyczy montażu: w osobnym wpisie opisujemy, kiedy opłaca się automatyzacja produkcji mebli na przykładzie zrobotyzowanego zbijania skrzyń łóżek.

Pytania i odpowiedzi

Czy robot paletyzujący zawsze wymaga wygrodzenia?

Nie zawsze. W praktyce paletyzacyjnej roboty 4- i 6-osiowe pracują za pełnym wygrodzeniem z ryglowanymi drzwiami, a strefa wymiany palety jest chroniona kurtyną świetlną lub skanerem; normatywnie wymagane jest zabezpieczenie całej strefy ruchu robota, a rozwiązania bez ogrodzenia (monitorowanie prędkości i odległości skanerami) są dopuszczalne, lecz przy typowych masach jednostek i prędkościach rzadko przechodzą ocenę ryzyka. Coboty mogą pracować z ograniczonym wygrodzeniem, lecz wyłącznie po ocenie ryzyka według PN-EN ISO 10218-1/-2; przy większych masach jednostek i prędkościach ocena ta często prowadzi do wygrodzenia przynajmniej części strefy. Współpraca z człowiekiem nie wynika z typu robota, lecz z wyniku oceny ryzyka konkretnego zastosowania.

Jaki udźwig robota jest potrzebny do paletyzacji kartonów o masie 15 kg?

W praktyce co najmniej klasa udźwigu 20 kg przy pojedynczym pobraniu i lekkim chwytaku; pobieranie dwóch kartonów naraz (30 kg plus chwytak) wymaga wyższej klasy. Udźwig należy liczyć łącznie z chwytakiem. Chwytak podciśnieniowy z ramą i generatorem próżni może ważyć kilka kilogramów, a przy pobieraniu dwóch kartonów jednocześnie obciążenie rośnie do 30 kg plus masa chwytaka. Robot o udźwigu nominalnym 20 kg obsłuży zatem pojedyncze kartony 15 kg wyłącznie z lekkim chwytakiem, a rzeczywisty udźwig zależy dodatkowo od położenia środka ciężkości ładunku względem kołnierza robota (miejsca mocowania chwytaka); pobieranie wielokrotne wymaga wyższej klasy udźwigu. Zaleca się pozostawienie marginesu na przyszłe formaty.

Ile trwa wdrożenie stanowiska paletyzującego?

Realizacja stanowiska zrobotyzowanego trwa 3–6 miesięcy od podpisania umowy do odbioru. Etapy obejmują oględziny i analizę linii, projekt koncepcyjny, dobór i próby chwytaka, montaż, integrację ze sterowaniem linii, odbiór i szkolenie obsługi. Wycena przygotowywana jest w 48 godzin od oględzin, a projekty realizowane są w całej Polsce.

Czy dołożenie robota do istniejącej linii wymaga ponownej oceny zgodności?

Z reguły tak. Kryterium istotnej modyfikacji stanowi zmiana ryzyka, nie wzrost wydajności. Robot wprowadza nowe zagrożenia — strefę ruchu, możliwość zgniecenia, nowe interfejsy z linią — dlatego ocena zgodności jest z reguły konieczna co najmniej w zakresie nowego stanowiska i jego połączeń z istniejącą linią; zakres oceny dla pozostałej części linii zależy od wyniku analizy istotnej modyfikacji. Od 20 stycznia 2027 r. podstawą jest rozporządzenie (UE) 2023/1230; ocena ryzyka, dokumentacja i oznakowanie CE nowego stanowiska oraz jego połączeń z linią należą do zakresu prac integratora; odpowiedzialność za pozostałą część linii zależy od umowy i wyniku analizy istotnej modyfikacji — podmiot, który dokonuje istotnej modyfikacji, przejmuje obowiązki producenta zmodyfikowanej maszyny.

Czy cobot nadaje się do paletyzacji w małym zakładzie?

Tak, przy lekkich jednostkach i umiarkowanym takcie. Coboty Fairino FR10 i FR20, z którymi Automation pracuje, mają udźwig odpowiednio 10 i 20 kg, od którego należy odjąć masę chwytaka. Cobot zazwyczaj nie przewyższa pracownika prędkością pojedynczego ruchu; jego zaletą jest stałość wydajności przez całą zmianę i kompaktowa zabudowa. Stanowisko z cobotem wymaga jednak oceny ryzyka jak każde inne stanowisko zrobotyzowane.

Wycena

Jeśli rozważasz paletyzację robotem w swoim zakładzie, zacznij od oględzin linii. Na oględziny warto przygotować: listę formatów z masą i wymiarami jednostek, schematy ułożenia palet, wolumen na zmianę i liczbę zmian, szkic lub zdjęcia miejsca przy końcu linii oraz informację o dostępnych mediach (sprężone powietrze, zasilanie). Automation Dariusz Kulik to integrator automatyki przemysłowej z Białegostoku, od 2014 roku realizujący projekty w całej Polsce. Wycenę otrzymasz w 48 godzin od oględzin. Zadzwoń pod numer +48 796 019 414, napisz na biuro@automation.net.pl lub wypełnij formularz kontaktowy.

What is an HMI panel and what does it do on a machine?

An HMI panel (Human Machine Interface) is the interface between the operator and the machine: a touchscreen that presents the state of the process and permits its modification. The panel does not perform machine control – this is the function of the PLC. It reads process values from the controller and writes setpoints back to it, while the process control logic should remain on the controller side.

On a typical machine the HMI panel performs four functions:

• process visualisation – temperature, pressure, part count, cycle phase;
• modification of parameters and recipes;
• alarm handling together with alarm history;
• basic diagnostics (a view of the I/O).

There are two exceptions to the principle of locating logic in the controller, and both require verification before a replacement is quoted. The first is all-in-one HMI+PLC units, in which the controller is physically located within the panel enclosure; replacing the panel then means replacing the entire control system. The second, encountered more frequently, concerns panels in which a previous contractor placed part of the logic in panel scripts or macros. In such cases the interface genuinely participates in controlling the machine, and its replacement requires that logic to be reconstructed as well. For this reason we begin by establishing where the program is physically located.

HMI panels and machine safety

One issue is a source of serious misunderstanding: a standard HMI panel does not constitute a safety device. Emergency stops, light curtains and guard interlocks must be implemented as safety functions in their own right – to the Performance Level derived from the machine risk assessment in accordance with EN ISO 13849-1, and independently of the standard control system, so that they remain operative even if the interface has frozen. In practice this requires a safety relay, a safety controller or a safety-rated fieldbus, rather than a graphical element on a touchscreen.

The decisive argument is, however, a formal one: EN ISO 13850 requires the emergency stop actuator to be manually operated, with direct opening action and a latching function – a red mushroom head against a yellow background. A button rendered on a touchscreen does not satisfy this requirement, irrespective of how the output stage is constructed.

Exceptions exist and are worth noting: handheld and mobile panels equipped with an integrated emergency stop and enabling switch, and panels carrying certified safety functions over a safety fieldbus. Such devices are, however, specified as safety components from the design stage; a general-purpose operator panel does not fulfil that role. Compliance matters relating to modernisation are discussed in more detail in our post on machine retrofits.

Selecting an operator panel: eight criteria

Panel datasheets closely resemble one another. The differences that determine the success of an implementation are concentrated in eight areas:

1. Screen size, touch technology and legibility. What matters is not the size of the display but its capacity to present simultaneously the information the operator requires. A simple machine with a few setpoints is adequately served by a 4.3-inch or 7-inch panel; visualising a line comprising fifteen or so parameters together with trend charts requires 10 inches or more. Touch technology is at times of greater consequence: a resistive solution functions with any glove and through a protective film, but wears in areas of frequent contact; a capacitive screen is more durable and clearer, yet water droplets remaining after washdown may be interpreted as a touch. Where the panel is mounted outside the line of sight, increasing the diagonal does not resolve the problem – the viewing angles of the display should be verified instead.
2. Operating conditions and IP rating. The protection rating is declared separately for the front of the panel and for its rear: the front is exposed to conditions at the workstation, while the rear remains enclosed within the cabinet, so requirements for it are considerably lower. For the front, at least IP65 is normally assumed – dust-tight and protected against water jets; where the workstation is cleaned with a pressurised jet, IP66; and where cleaning is carried out with high-pressure hot water, IP69K. The declared rating is achieved only with the gasket correctly seated and the specified clamp torque observed. Chemical resistance is a separate matter: the IP code does not describe the resistance of the front to cleaning agents, solvents or oils, which must be verified in the datasheet independently. The operating temperature range also requires checking: in an unheated building, winter temperatures may fall below the datasheet value.
3. Hazardous areas as a separate category. Where the workstation lies within a hazardous area – whether the atmosphere is gaseous or arises from combustible dust – installation of a standard panel is inadmissible irrespective of its IP rating. It is necessary either to specify equipment certified to ATEX for the zone in question or – generally the simpler and less costly option – to relocate the panel outside the zone. The point of departure remains the plant explosion protection document and zone classification, not the device datasheet.
4. Communication protocols and transmission throughput. The panel must support the protocol appropriate to the interface of the controller in use. Controllers from a single manufacturer are frequently offered with several distinct interfaces – serial, fieldbus and Ethernet-based – and a panel prepared for one of them will not communicate with the others. The physical layer must also be taken into account: RS-232, RS-422 or RS-485, termination and connectors. Throughput requires verification as well as compatibility: reading several hundred tags over a serial link operating at 9600 bit/s results in refresh intervals of the order of seconds, which reduces the usability of the interface and causes loss of continuity in trend plots.
5. Memory and recipes. Where a dozen or more product variants are manufactured, recipes stored in the panel constitute the least costly means of shortening changeover – one of those measures that raise output without investment in a new machine, as discussed in our guide to automation costs. The number of sets accommodated by the memory and the possibility of exporting them require confirmation: recipes stored solely within the panel are lost together with the device.
6. Data and alarm logging. Time-stamped alarm history permits fault diagnosis to be shortened from hours to minutes, although its usefulness depends on three factors: the presence of a real-time clock with battery backup and the manner in which the battery is replaced (once depleted, timestamps cease to be reliable), the capacity of the memory expressed as days of logging before the oldest records are overwritten, and the possibility of exporting data to a USB memory stick or a memory card.
7. Ports, expansion and remote access. An additional serial port, Ethernet to the plant network and USB for project transfer constitute desirable provision; reserving one free port is advisable, as the need to connect a barcode reader or label printer arises more frequently than is assumed at the design stage. Where the panel is to be connected to a network, the presence of a web server and VNC should be established. Remote access should be implemented by means of a VPN router, not by forwarding a port to a public address.
8. Mechanical fit, power supply and availability over time. The panel cut-out and mounting depth are subject to verification – a new panel rarely corresponds to the dimensions of the aperture left by the previous device, so an adapter plate or a new cabinet door must be allowed for in the quotation. The headroom of the existing 24 V DC supply should be checked, and where the panel is mounted directly on the machine, the permissible vibration level. The period for which the manufacturer declares availability of the series also requires confirmation; a panel represents a purchase with a horizon of a decade, and this criterion is at times more significant than a difference of a few hundred zloty in price.

Information omitted from datasheets

Configuration software and licensing

The panel constitutes only the hardware layer; the actual value is represented by the HMI project. The cost of the configuration software, the necessity of a hardware dongle and the possibility of opening the project independently several years later all require confirmation. Software free of licence fees and requiring no dongle reduces the cost of every subsequent modification.

Method and duration of project transfer

Transferring the screens over USB takes approximately one minute, whereas over a slow serial link it may take a quarter of an hour. At the commissioning stage, where the number of corrections reaches several dozen, this difference translates into a full working day.

Behaviour following a power failure

The capacity of the panel to resume operation automatically and to retain its setpoints requires verification. Once power is restored, the machine should start in a safe state and await a deliberate restart, rather than resuming the interrupted cycle. Where the setpoints are physically retained should also be established: the panel generally transmits a value to the controller only at the moment of change, so that if the relevant memory area in the controller is not retentive, the controller resumes operation from zero values while the panel continues to display the previous figure.

Principles of operator interface design

Hardware selection constitutes half of the matter. The other half is determined by the screen design – in our experience it has been the more frequent cause of unsuccessful implementations, rather than an unsuitable choice of panel. We apply the following principles:

• Machine state legible without interaction. An operator entering the shop floor should recognise at a single glance whether the machine is running, waiting, or has been stopped by an alarm.
• Indication that data is no longer current. Interruption of the link to the controller does not manifest itself as a fault – the panel continues to present the last values read, which the operator interprets as current. We routinely employ a watchdog counter and an unambiguous loss-of-communication message.
• Alarm text indicates the required action. The message „Error 217” remains useless. The message „No part in feeder – refill the hopper” enables the operator to remove the cause independently, without engaging the maintenance department.
• Alarm hierarchy and identification of the primary cause. Alarms that stop the machine should be separated from warnings and informational messages. A single fault generally generates a dozen or more secondary messages, so the first event should be recorded and highlighted – it is that event which indicates the cause.
• Three levels of access rather than a single password. The operator modifies parameters within their scope of duties: recipe selection, clearing a counter. The setter has access to changeover parameters. Maintenance personnel have access to timings, calibrations and diagnostics. Each level requires a separate password and automatic logout.
• A dedicated diagnostic screen. I/O status, communication status, running-hours counters and a list of recent alarms gathered on a single screen constitute the element that most substantially shortens fault rectification.
• Touch elements adapted to operation with gloves. Large fields with adequate spacing are required; operating a screen with a wet, gloved hand differs fundamentally from operating consumer devices.
• Confirmation restricted to irreversible operations. For irreversible operations confirmation is justified; applied to every action it becomes reflexive within a short time and loses its protective function.
• A uniform layout across all screens and a maximum of two levels of depth. A function placed in a third-level submenu remains, in practice, unused.
• The terminology of the operator, not the engineer. The appropriate description is „Feeder speed”, not „Setpoint AI3”. Where personnel from abroad work the shift, a second language version should be provided for from the outset – its subsequent addition incurs a higher cost.
• Legibility under actual conditions. Contrast should be assessed at the workstation, under the lighting genuinely present there and from the distance at which the operator will observe the panel – not on an office monitor.

An effective test of the design is assessment of the completed interface by an operator not involved in the implementation. Each hesitation indicates a point requiring correction, and a correction introduced before handover takes minutes, whereas one made afterwards entails a separate site visit.

Xinje HMI panels as an alternative solution

In the implementations we deliver we employ Xinje TS5 series HMI panels, available in a 7-inch variant with a resolution of 800×480 and a 10.1-inch variant at 1024×600. They are built around a 1 GHz Cortex-A7 processor with 128 MB of memory and a display rendering 16.77 million colours with a resistive touchscreen; the front carries an IP65 rating and the supply is 24 V DC. Complete offer, selection guidance and knowledge base: Xinje.pl store (in Polish), run by our company.

Communication provision comprises two serial ports – COM1 as RS232/RS485 and COM2 as RS232/RS485/RS422 – a 10/100 Mbit/s Ethernet port supporting Modbus TCP, and a USB socket for removable media. A significant property is that both ports operate independently, allowing several devices to be served simultaneously. The E, W and 4G variants differ in their external communication: Ethernet only, Wi-Fi and a 4G modem respectively.

The panels are configured in the TouchWin Pro environment. Three properties are relevant to the criteria discussed above: retentive registers, in which recipes and setpoints are held across a power failure; built-in communication status registers, which permit the loss-of-communication indication described in the design principles to be implemented; and support for eight interface languages. A project can be downloaded over USB, the local network or removable media, and can equally be uploaded from the panel – which matters when taking over a machine from another contractor.

At comparable functionality the cost of a TS series panel represents a fraction of the price of an equivalent from a widely recognised brand, which in many cases determines whether a modernisation is undertaken at all.

Two examples from practice follow. At a dairy plant a Xinje panel replaced a damaged Siemens panel on a CIP station: the screen layout was reproduced on a one-for-one basis on a display of greater legibility, the alarms and data history were retained, and communication with the Siemens S7-300 controller was established over PROFINET, without intervention in the controller itself. A saving of approximately 70% was obtained against the price of the original panel, with completion in less than a week from order and no requirement for operator retraining, as the screens retained their previous appearance. The details are presented in our project record: CIP station modernisation in a dairy plant. How a CIP station is built and controlled is explained in our article on automation in the food industry.

The second case is a semi-automatic machine for assembling shaver heads. The implementation tripled assembly output, although from the perspective of the operator interface a different property is more significant: settings are modified from the panel, without the involvement of a programmer. This is precisely the effect to which the recipe criterion refers – elimination of dependence on the integrator’s availability. Why the rotary table of this machine is driven by a servo drive rather than a VFD is explained in our article on servo drive sizing.

The practical side of these topics — scope of work, budget bands and lead times — is described on the HMI panels and PLC controllers service page.

Frequently asked questions

What is the difference between an HMI panel and a PLC?

The PLC performs the control logic: it reads sensor signals and controls the drives. The HMI panel functions as an interface – it presents values originating from the controller and writes operator setpoints back to it. In a typical arrangement the machine can operate without the panel, as the whole of the logic resides in the controller. This principle does not extend to panels with an integrated controller, or to those in which part of the logic has been written into panel macros.

Which HMI panel should be selected for a simple machine?

For a machine equipped with a few setpoints and a part counter, a 4.3-inch or 7-inch panel supporting the protocol of the controller in use is generally sufficient. Decisive importance attaches to matching the protocol, the touch technology and the IP rating to the conditions prevailing at the workstation; screen size remains a secondary criterion.

Can an HMI panel be replaced without replacing the PLC?

This is possible provided that the new panel supports the controller communication interface and that an address map and tag list are available. One matter is worth establishing at the outset: with older Siemens controllers (S7-300/400 over MPI or PROFIBUS) a third-party panel reads data without modification on the controller side, whereas on newer designs (S7-1200/1500) access by external devices requires enabling within the controller. This does not amount to rewriting the program, but it does require entering the controller project and must be settled before quotation. Five conditions for a panel replacement are presented in our post on machine retrofits.

Is a STOP button on the HMI panel sufficient as an emergency stop?

No. A button rendered on a touchscreen cannot serve as the emergency stop actuator – EN ISO 13850 requires a manually operated mushroom-head device with a latching function and direct opening action. The safety function itself must operate independently of the standard control system, to the Performance Level derived from the risk assessment in accordance with EN ISO 13849-1. A „STOP” element on the panel performs a process stop, not an emergency stop.

What does replacing an operator panel cost?

The panel itself generally costs a few thousand zloty excluding VAT, depending on size and specification. The second item is reconstruction of the screens together with commissioning – on a one-for-one replacement this is completed within a few working days. The whole remains a fraction of the PLN 30,000–50,000 (approx. €7,000–12,000) range applicable to a full control system retrofit, which we set out in our guide to automation costs.

Let us match a panel to your machine

Selection of a panel begins with establishing what it is to communicate with and the conditions under which it will operate. We will visit, examine the controller, the interface and the conditions at the workstation, and then propose a solution together with a screen design intelligible to the operator without additional instruction. On handover we provide the HMI project files and the access passwords, so that altering an alarm threshold in subsequent years does not require contacting us. The wider scope of work on a machine is set out in our automation and robotics services.

The visit is free of charge and without obligation, and a budget quotation is provided within 48 hours of the visit. We operate in Białystok and throughout the Podlaskie region of north-eastern Poland, and deliver larger projects elsewhere in Poland. Examples of our work are presented in completed projects.

📞 Call: +48 796 019 414
✉️ biuro@automation.net.pl
📍 Automation Dariusz Kulik, Ciesielska 2/20, 15-542 Białystok, Poland – contact details

Panel HMI – co to jest i do czego służy w maszynie

Panel HMI (Human Machine Interface) to interfejs między operatorem a maszyną: dotykowy wyświetlacz, który prezentuje stan procesu i umożliwia jego modyfikację. Panel nie realizuje sterowania maszyną – jest to zadanie sterownika PLC. Odczytuje on ze sterownika wartości procesowe i zapisuje w nim nastawy, natomiast logika sterowania procesem powinna pozostawać po stronie sterownika.

W typowej maszynie panel HMI realizuje cztery funkcje:

• wizualizację procesu – temperatura, ciśnienie, licznik sztuk, faza cyklu;
• zmianę parametrów i receptur;
• obsługę alarmów wraz z ich historią;
• podstawową diagnostykę (podgląd wejść i wyjść).

Od zasady lokowania logiki w sterowniku istnieją dwa wyjątki, które należy zweryfikować przed sporządzeniem wyceny wymiany. Pierwszy stanowią panele HMI+PLC typu all-in-one, w których sterownik znajduje się fizycznie w obudowie panelu; wymiana panelu oznacza wówczas wymianę całego układu sterowania. Drugi, spotykany częściej, dotyczy paneli, w których poprzedni wykonawca umieścił fragment logiki w skryptach lub makrach panelu. W takim przypadku interfejs faktycznie uczestniczy w sterowaniu maszyną, a jego wymiana wymaga odtworzenia również tej logiki. Dlatego zaczynamy od sprawdzenia, gdzie fizycznie znajduje się program.

Panel HMI a bezpieczeństwo maszyny

Jedna kwestia bywa źródłem poważnych nieporozumień: standardowy panel HMI nie stanowi elementu bezpieczeństwa. Wyłącznik awaryjny, kurtyna świetlna oraz wyłącznik krańcowy drzwi muszą być realizowane jako funkcje bezpieczeństwa – o poziomie zapewnienia bezpieczeństwa (PL) wynikającym z oceny ryzyka maszyny zgodnie z PN-EN ISO 13849-1 i niezależnie od sterowania procesowego, tak aby zachowywały działanie również w przypadku zawieszenia interfejsu. W praktyce oznacza to zastosowanie przekaźnika bezpieczeństwa, sterownika bezpieczeństwa albo bezpiecznej sieci obiektowej, nie zaś elementu graficznego na ekranie dotykowym.

Rozstrzygający argument ma jednak charakter formalny: norma PN-EN ISO 13850 wymaga, aby element uruchamiający zatrzymanie awaryjne był uruchamiany ręcznie, z wymuszonym rozwarciem styków i z funkcją blokowania – w postaci czerwonego przycisku grzybkowego na żółtym tle. Przycisk odwzorowany na ekranie dotykowym nie spełnia tego wymagania niezależnie od sposobu wykonania części wykonawczej.

Istnieją wyjątki, o których warto wiedzieć: panele mobilne wyposażone w przycisk grzybkowy i przycisk czuwaka oraz panele przenoszące certyfikowane funkcje bezpieczeństwa po sieci bezpiecznej. Urządzenia te są jednak specyfikowane jako komponenty bezpieczeństwa od etapu projektowania; standardowy panel operatorski tej roli nie pełni. Zagadnienia formalne związane z modernizacją omówiliśmy szerzej we wpisie poświęconym modernizacji maszyn.

Dobór panelu operatorskiego – osiem kryteriów

Karty katalogowe paneli są do siebie zbliżone. Różnice decydujące o powodzeniu wdrożenia koncentrują się w ośmiu obszarach:

1. Przekątna, typ ekranu i czytelność. Istotna jest nie wielkość wyświetlacza, lecz jego zdolność do jednoczesnego prezentowania informacji wymaganych przez operatora. Dla prostej maszyny z kilkoma nastawami wystarcza przekątna 4,3 lub 7 cali; wizualizacja linii obejmującej kilkanaście parametrów oraz wykresy wymaga 10 cali lub więcej. Większe znaczenie ma niekiedy technologia ekranu: rozwiązanie rezystancyjne działa z dowolną rękawicą oraz przez folię ochronną, lecz ulega zużyciu w miejscach częstego dotyku; ekran pojemnościowy jest trwalszy i czytelniejszy, jednak krople wody pozostałe po myciu mogą zostać zinterpretowane jako dotknięcie. Przy montażu poza linią wzroku zwiększanie przekątnej nie rozwiązuje problemu – należy zweryfikować kąty widzenia matrycy.
2. Warunki pracy i stopień ochrony IP. Stopień ochrony deklaruje się osobno dla frontu panelu i dla jego części tylnej: front jest wystawiony na warunki panujące na stanowisku, tył pozostaje osłonięty wnętrzem szafy, wobec czego wymagania wobec niego są znacznie niższe. Dla frontu przyjmuje się zwykle co najmniej IP65, czyli pyłoszczelność i odporność na strugę wody; tam, gdzie stanowisko jest myte strumieniem pod ciśnieniem – IP66; a przy myciu wodą gorącą pod wysokim ciśnieniem – IP69K. Deklarowany stopień ochrony uzyskuje się wyłącznie przy prawidłowo osadzonej uszczelce i zachowaniu momentu dokręcenia zacisków montażowych. Odporność chemiczna stanowi zagadnienie odrębne: kod IP nie opisuje odporności frontu na środki myjące, rozpuszczalniki ani oleje, co należy zweryfikować w karcie katalogowej niezależnie. Sprawdzenia wymaga również zakres temperatur pracy: w hali nieogrzewanej temperatura w okresie zimowym może spaść poniżej wartości katalogowej.
3. Strefy zagrożenia wybuchem jako odrębna kategoria. Jeżeli stanowisko znajduje się w strefie zagrożenia wybuchem – dotyczy to zarówno atmosfer gazowych, jak i pyłów palnych – zabudowa standardowego panelu jest niedopuszczalna niezależnie od stopnia ochrony IP. Konieczne jest zastosowanie urządzenia z certyfikatem ATEX właściwym dla danej strefy albo – rozwiązanie zwykle prostsze i tańsze – wyniesienie panelu poza strefę. Punktem wyjścia pozostaje dokument zabezpieczenia przed wybuchem oraz klasyfikacja stref w zakładzie, nie zaś karta katalogowa urządzenia.
4. Protokoły komunikacyjne i wydajność transmisji. Panel musi obsługiwać protokół właściwy dla interfejsu zastosowanego sterownika. Sterowniki jednego producenta bywają wyposażane w kilka odmiennych interfejsów – szeregowy, obiektowy oraz ethernetowy – a panel przystosowany do jednego z nich nie zapewni komunikacji z pozostałymi. Uwzględnić należy również warstwę fizyczną: RS-232, RS-422 lub RS-485, terminację oraz złącza. Weryfikacji wymaga także wydajność, nie wyłącznie zgodność: odczyt kilkuset zmiennych łączem szeregowym o przepływności 9600 bit/s skutkuje czasem odświeżania rzędu sekund, co obniża użyteczność interfejsu i powoduje utratę ciągłości przebiegu na wykresach trendu.
5. Pamięć i receptury. Przy produkcji kilkunastu wariantów wyrobu receptury zapisane w panelu stanowią najtańszy sposób skrócenia przezbrojenia – jest to jedna ze zmian podnoszących wydajność bez inwestycji w nową maszynę, co omówiliśmy w przewodniku po kosztach automatyzacji. Ustalenia wymaga liczba zestawów mieszczących się w pamięci oraz możliwość ich eksportu: receptury zapisane wyłącznie w panelu zostają utracone wraz z urządzeniem.
6. Rejestracja danych i alarmów. Historia alarmów opatrzona znacznikiem czasu pozwala skrócić diagnostykę awarii z godzin do minut, jej użyteczność zależy jednak od trzech czynników: obecności zegara czasu rzeczywistego z podtrzymaniem oraz sposobu wymiany baterii (po jej wyczerpaniu znaczniki czasu tracą wiarygodność), pojemności pamięci wyrażonej w dniach rejestracji przed nadpisaniem najstarszych rekordów oraz możliwości eksportu danych na pamięć USB lub kartę.
7. Porty, rozbudowa i dostęp zdalny. Dodatkowy port szeregowy, Ethernet do sieci zakładowej oraz USB do transferu projektu stanowią wyposażenie pożądane; jeden port wolny warto zarezerwować, ponieważ potrzeba dołączenia czytnika kodów lub drukarki etykiet pojawia się częściej, niż zakłada się na etapie projektu. W przypadku włączenia panelu do sieci należy sprawdzić obecność serwera WWW oraz VNC. Dostęp zdalny realizuje się przez router VPN, nie zaś przez przekierowanie portu na adres publiczny.
8. Mechanika, zasilanie i dostępność w perspektywie lat. Weryfikacji podlega wycięcie montażowe oraz głębokość zabudowy – nowy panel rzadko odpowiada wymiarom otworu po urządzeniu dotychczasowym, wobec czego w wycenie należy uwzględnić płytę adaptacyjną albo nowe drzwi szafy. Sprawdzić należy zapas mocy istniejącego zasilacza 24 V DC, a przy montażu bezpośrednio na maszynie – dopuszczalny poziom drgań. Ustalenia wymaga również deklarowany przez producenta okres dostępności serii; panel stanowi zakup o horyzoncie dekady, a kryterium to bywa istotniejsze niż różnica kilkuset złotych w cenie.

Informacje pomijane w kartach katalogowych

Oprogramowanie narzędziowe i licencja

Panel stanowi wyłącznie warstwę sprzętową; właściwą wartość reprezentuje projekt wizualizacji. Ustalenia wymaga koszt oprogramowania narzędziowego, konieczność stosowania klucza sprzętowego oraz możliwość samodzielnego otwarcia projektu w perspektywie kilku lat. Środowisko wolne od opłat licencyjnych i niewymagające klucza obniża koszt każdej późniejszej modyfikacji.

Sposób i czas wgrywania projektu

Transfer wizualizacji przez USB trwa około minuty, natomiast wolnym łączem szeregowym może zająć kilkanaście minut. Na etapie uruchomienia, gdy liczba poprawek sięga kilkudziesięciu, różnica ta przekłada się na pełny dzień roboczy.

Zachowanie po zaniku zasilania

Weryfikacji wymaga zdolność panelu do samoczynnego powrotu do pracy oraz zachowanie nastaw. Po przywróceniu napięcia maszyna powinna uruchomić się w stanie bezpiecznym i oczekiwać na świadomy restart, nie zaś wznawiać przerwany cykl. Sprawdzić należy również, gdzie nastawy są fizycznie przechowywane: panel przesyła wartość do sterownika zwykle wyłącznie w momencie jej zmiany, wobec czego brak podtrzymania odpowiedniego obszaru pamięci w sterowniku powoduje, że po zaniku zasilania sterownik rozpoczyna pracę od wartości zerowych, podczas gdy panel nadal prezentuje wartość poprzednią.

Zasady projektowania interfejsu operatorskiego

Dobór sprzętu stanowi połowę zagadnienia. Drugą połowę wyznacza projekt wizualizacji – w naszej praktyce częstszą przyczyną nieudanych wdrożeń był właśnie on, nie zaś nietrafiony dobór panelu. Stosujemy następujące zasady:

• Stan maszyny czytelny bez interakcji. Operator wchodzący na halę powinien jednym spojrzeniem rozpoznać, czy maszyna pracuje, oczekuje, czy została zatrzymana alarmem.
• Sygnalizacja nieaktualności danych. Przerwanie łącza ze sterownikiem nie manifestuje się jako awaria – panel prezentuje nadal ostatnio odczytane wartości, które operator interpretuje jako bieżące. Standardowo stosujemy licznik nadzorujący oraz jednoznaczny komunikat o utracie komunikacji.
• Treść alarmu wskazuje działanie. Komunikat „Błąd 217” pozostaje bezużyteczny. Komunikat „Brak detalu w podajniku – uzupełnij zasobnik” umożliwia operatorowi samodzielne usunięcie przyczyny bez angażowania służb utrzymania ruchu.
• Hierarchia alarmów i wskazanie przyczyny pierwotnej. Alarmy zatrzymujące maszynę należy oddzielić od ostrzeżeń i komunikatów informacyjnych. Pojedyncza usterka generuje zwykle kilkanaście komunikatów wtórnych, dlatego zdarzenie pierwsze powinno być rejestrowane i wyróżniane – to ono wskazuje przyczynę.
• Trzy poziomy uprawnień zamiast jednego hasła. Operator modyfikuje parametry związane z jego zakresem obowiązków: wybór receptury, kasowanie licznika. Ustawiacz dysponuje parametrami przezbrojenia. Służby serwisowe mają dostęp do czasów, kalibracji i diagnostyki. Każdy poziom wymaga odrębnego hasła oraz automatycznego wylogowania.
• Wydzielony ekran diagnostyczny. Stan wejść i wyjść, status komunikacji, liczniki czasu pracy oraz lista ostatnich alarmów zgromadzone na jednym ekranie stanowią element najsilniej skracający czas usuwania awarii.
• Elementy dotykowe dostosowane do obsługi w rękawicy. Wymagane są duże pola o odpowiednim rozstawie; obsługa ekranu mokrą dłonią w rękawicy różni się zasadniczo od obsługi urządzeń konsumenckich.
• Potwierdzenia ograniczone do operacji nieodwracalnych. Przy operacjach nieodwracalnych potwierdzenie jest uzasadnione; stosowane przy każdej czynności staje się po krótkim czasie odruchem i traci funkcję zabezpieczającą.
• Jednolity układ wszystkich ekranów oraz maksymalnie dwa poziomy zagłębienia. Funkcja umieszczona w trzecim podmenu pozostaje w praktyce nieużywana.
• Terminologia operatora, nie inżyniera. Właściwym opisem jest „Prędkość podajnika”, nie „Setpoint AI3”. Jeżeli na zmianie pracują osoby z zagranicy, drugą wersję językową należy przewidzieć od początku – jej późniejsze dodanie generuje wyższy koszt.
• Czytelność w warunkach rzeczywistych. Kontrast należy oceniać na stanowisku, przy oświetleniu faktycznie tam występującym i z odległości, z jakiej operator będzie obserwował panel – nie zaś na monitorze biurowym.

Skutecznym sprawdzianem projektu jest ocena gotowego interfejsu przez operatora niezaangażowanego we wdrożenie. Każde jego zawahanie wskazuje miejsce wymagające korekty, a poprawka wprowadzona przed odbiorem wymaga kilku minut, podczas gdy po odbiorze wiąże się z odrębną wizytą.

Panel HMI Xinje jako rozwiązanie zamienne

W realizowanych wdrożeniach stosujemy panele HMI Xinje serii TS5, dostępne w wariancie 7-calowym o rozdzielczości 800×480 oraz 10,1-calowym o rozdzielczości 1024×600. Wyposażono je w procesor Cortex-A7 1 GHz, 128 MB pamięci oraz wyświetlacz o głębi 16,77 mln kolorów z rezystancyjnym panelem dotykowym; front odpowiada stopniowi ochrony IP65, a zasilanie realizowane jest napięciem 24 V DC. Wybór modelu ułatwia zestawienie paneli w sklepie Xinje.pl.

Wyposażenie komunikacyjne obejmuje dwa porty szeregowe – COM1 w standardzie RS232/RS485 oraz COM2 w standardzie RS232/RS485/RS422 – port Ethernet 10/100 Mb/s z obsługą Modbus TCP, a także gniazdo USB przeznaczone na pamięć przenośną. Istotną właściwością jest niezależna praca obu portów, pozwalająca obsługiwać kilka urządzeń jednocześnie. Warianty oznaczane literami E, W oraz 4G różnią się sposobem komunikacji zewnętrznej: odpowiednio wyłącznie Ethernet, Wi-Fi oraz modem 4G.

Panele konfiguruje się w środowisku TouchWin Pro. Z perspektywy omówionych wyżej kryteriów istotne są trzy właściwości: rejestry trwałe, w których przechowuje się receptury i nastawy zachowywane po zaniku zasilania; wbudowane rejestry statusu komunikacji, umożliwiające realizację sygnalizacji utraty łącza opisanej w zasadach projektowania; oraz obsługa ośmiu wersji językowych interfejsu. Projekt można wgrać przez USB, sieć lokalną lub pamięć przenośną, a także odczytać z panelu, co ma znaczenie przy przejmowaniu maszyny po innym wykonawcy.

Przy porównywalnej funkcjonalności koszt panelu serii TS stanowi ułamek ceny odpowiednika marki rozpoznawalnej, co w wielu przypadkach przesądza o podjęciu modernizacji.

Poniżej dwa przykłady z praktyki. W zakładzie mleczarskim panel Xinje zastąpił uszkodzony panel Siemens na stacji CIP: odwzorowano układ ekranów w stosunku jeden do jednego na wyświetlaczu o większej czytelności, zachowano alarmy oraz historię danych, a komunikację ze sterownikiem Siemens S7-300 uruchomiono po PROFINET, bez ingerencji w sam sterownik. Uzyskano około 70% oszczędności względem ceny oryginalnego panelu, realizację w czasie krótszym niż tydzień od zamówienia oraz brak konieczności szkolenia operatorów, ponieważ ekrany zachowały dotychczasowy wygląd. Szczegóły przedstawiliśmy w realizacji modernizacja stacji CIP w mleczarni. Jak zbudowana jest i jak działa stacja CIP, opisaliśmy we wpisie o automatyzacji w przemyśle spożywczym.

Drugi przypadek stanowi półautomat do montażu głowicy golarki. Wdrożenie przyniosło trzykrotny wzrost wydajności montażu, jednak z perspektywy interfejsu operatorskiego istotniejsza jest inna właściwość: zmiana ustawień odbywa się z poziomu panelu, bez udziału programisty. Jest to dokładnie ten efekt, którego dotyczy kryterium receptur – eliminacja zależności od dostępności integratora. Dlaczego stół obrotowy tej maszyny jest napędzany serwonapędem, a nie falownikiem, wyjaśniamy we wpisie o doborze serwonapędu.

Praktyczną stronę tych zagadnień — zakres prac, widełki budżetu i czas realizacji — opisano na stronie usługi panele HMI i sterowniki PLC.

Pytania i odpowiedzi

Czym różni się panel HMI od sterownika PLC?

Sterownik PLC realizuje logikę sterowania: odczytuje sygnały z czujników i steruje napędami. Panel HMI pełni funkcję interfejsu – prezentuje wartości pochodzące ze sterownika i zapisuje w nim nastawy wprowadzone przez operatora. W układzie typowym maszyna może pracować bez panelu, ponieważ całość logiki znajduje się w sterowniku. Zasada ta nie obejmuje paneli z wbudowanym sterownikiem ani takich, w których część logiki zapisano w makrach panelu.

Jaki panel HMI wybrać do prostej maszyny?

Dla maszyny wyposażonej w kilka nastaw i licznik sztuk wystarcza zwykle panel o przekątnej 4,3 lub 7 cali obsługujący protokół zastosowanego sterownika. Decydujące znaczenie ma dopasowanie protokołu, technologii ekranu oraz stopnia ochrony do warunków panujących na stanowisku; przekątna pozostaje kryterium wtórnym.

Czy można wymienić panel HMI bez wymiany sterownika PLC?

Jest to możliwe pod warunkiem, że nowy panel obsługuje interfejs komunikacyjny sterownika oraz że dostępna jest mapa adresów i lista tagów. Jedną kwestię warto ustalić na wstępie: w starszych sterownikach Siemens (S7-300/400 po MPI lub PROFIBUS) panel innego producenta odczytuje dane bez modyfikacji po stronie sterownika, natomiast w konstrukcjach nowszych (S7-1200/1500) dostęp urządzeń zewnętrznych wymaga odblokowania w sterowniku. Nie stanowi to przepisania programu, wymaga jednak wejścia w projekt sterownika i musi zostać ustalone przed wyceną. Pięć warunków wymiany panelu przedstawiliśmy we wpisie o modernizacji maszyn.

Czy przycisk STOP na panelu HMI wystarczy jako zatrzymanie awaryjne?

Nie. Przycisk odwzorowany na ekranie dotykowym nie może pełnić funkcji elementu uruchamiającego zatrzymanie awaryjne – norma PN-EN ISO 13850 wymaga przycisku grzybkowego uruchamianego ręcznie, z funkcją blokowania i wymuszonym rozwarciem styków. Sama funkcja bezpieczeństwa musi działać niezależnie od sterowania procesowego, o poziomie PL wynikającym z oceny ryzyka zgodnie z PN-EN ISO 13849-1. Element „STOP” na panelu realizuje zatrzymanie procesowe, nie awaryjne.

Ile kosztuje wymiana panelu operatorskiego?

Koszt samego panelu wynosi zwykle kilka tysięcy złotych netto, zależnie od przekątnej i wykonania. Drugą pozycję stanowi odtworzenie wizualizacji oraz uruchomienie – przy wymianie w stosunku jeden do jednego zamyka się to w kilku dniach roboczych. Całość pozostaje ułamkiem widełek pełnej modernizacji sterowania maszyny (30–50 tys. zł netto), które podaliśmy w przewodniku po kosztach automatyzacji.

Dobierzmy panel do Twojej maszyny

Dobór panelu rozpoczyna się od ustalenia, z jakim urządzeniem ma się komunikować oraz w jakich warunkach będzie pracował. Przyjedziemy, sprawdzimy sterownik, interfejs i warunki na stanowisku, a następnie zaproponujemy rozwiązanie wraz z projektem wizualizacji zrozumiałym dla operatora bez dodatkowej instrukcji. Po odbiorze przekazujemy źródła projektu panelu oraz hasła dostępowe, dzięki czemu zmiana progu alarmowego w kolejnych latach nie wymaga kontaktu z nami. Zakres prac obejmujących całą maszynę przedstawiliśmy w ofercie automatyzacji i robotyzacji.

Wizyta jest bezpłatna i do niczego nie zobowiązuje, a wycenę otrzymujesz w ciągu 48 godzin od oględzin. Działamy w Białymstoku i całym województwie podlaskim – w tym w okolicach Suwałk i Łomży – a większe projekty realizujemy w całej Polsce. Przykłady wdrożeń znajdziesz w realizacjach.

📞 Zadzwoń: +48 796 019 414
✉️ biuro@automation.net.pl
📍 Automation Dariusz Kulik, ul. Ciesielska 2/20, 15-542 Białystok – dane kontaktowe