Speed, safety and structural changes to the flange perforating machine

The family-owned company Flowrox Oy in Lappeenranta manufactures flow regulating and control devices for industrial use. The company needed to replace the old machine that was used to make holes in the hose valve flange with a new one. Comatec Group’s subsidiary Insinööritoimisto Metso designed a new device that brought significant advantages compared to the previous one.

Hose valve assembled on piping. If the holes of the flange and the tube flange don’t align installation is not possible.

Flowrox has over 40 years of experience in elastomer technology relating to industrial valves, pumps and systems. Flowrox’s products are environmentally friendly and cost efficient solutions for demanding shutdown, adjustment and pumping uses.

Hose valves are one of Flowrox’s products.

They are suited for locking and regulation applications that are used to process erosive and corrosive sludges, powders and coarse substances. The hose valve structure includes three parts: the valve hose, the body and an actuator. The valve structure and hose material are customized according to the customer’s process environment.

The hose itself has a hose part and flanges at both ends. The flanges have holes that fit into the tube’s matching holes for installation purposes. If the holes of the hose and the tube don’t align, installation is not possible. Because of this, it is of utmost importance that the perforating machine works flawlessly.

Turnkey delivery

The perforation of one hose is now 16 seconds faster. The number of valve hoses manufactured each year amounts to 18.300, so this saves a lot of time. At the moment, it takes 3.9 minutes to perforate one hose. However, the new machine’s best characteristic is reliability of operation.

“We had an old machine that was at the end of its life cycle. We couldn’t really get spare parts for the old machine, it didn’t function reliably anymore and we needed to replace it with a new, modern machine,” says Flowrox’s Sourcing and Procurement Manager Toni Turkkila about the assignment’s background.

“We chose Insinööritoimisto Metso to be our design partner in this project through a call for tenders. We have cooperated with them for a long time in designing our products, so we believed the cooperation would be flexible also in this case. They already know us and our products, and they know how to use this machine. They were located close by, and of course, price was one factor in the call for tenders,” says Toni Turkkila.

Insinööritoimisto Metso Oy designed a hose valve flange perforating machine for Flowrox on a turnkey basis.

“The planning work involved the design of mechanical, electronic and pneumatic parts. We also carried out installation supervision of the mechanics. For electrical contracting, we requested quotations and monitored electrical installation work. The project also included logic programming, implementation and user training, says Insinööritoimisto Metso’s Managing Director, Esko Seppänen.

“Our mechanical designers started planning from zero. We planned the machine, its movements and its structures exactly as specified in the starting values.”

The electrical, automation and application design was started once the mechanics plan created using Solidworks had
been completed and saved into the Flowrox system. The circuit diagram was created with Autocad. The application design, as well as the user interface, was realised via Siemens’ TIA portal. The control panel is operated with a touch screen and was built as an HMI solution that can be implemented exactly as desired.

“Application design played a major role in the planning. Nowadays, it can be combined with machine safety issues. This way, it can be controlled with the same system,” says Engineering Manager Antti Lautamies.

Safe movement control

Letkunrei’ityskoneen liikkeenohjaus koostuu neljästä servoakselista. Jokaista akselia ohjaa servomoottori. Niillä akselit ajetaan taulukon mukaisesti siihen kohtaan, johon reikä lävistetään. Takaisinkytkentä on toteutettu absoluuttiantureilla.

Samaan ohjaimeen on yhdistetty tavallinen ja turvalogiikka. Se helpottaa suunnittelua ja käyttöönottoa. Tämä on integroitu ja tehokas tapa ohjata esimerkiksi moottoreita, kun vaaditaan tietty prosessiturvallisuustaso.

Turvasanomat saadaan väylää pitkin taajuusmuuttajille ja siten muun muassa hätäpysäytykset hoidettua ilman, että tarvitaan relepohjaista hätäseisjärjestelmää. Järjestelmä havaitsee automaattisesti sellaiset häiriöt tai viat, joiden vuoksi koneen pitää pysähtyä. Esimerkiksi momenttirajat ovat sellaiset, että kone pystyy tunnistamaan, jos jokin menee akselin väliin. Tällöin turvalogiikka pysäyttää koneen.

– Kun turva-ja ohjauspuoli on yhdistetty samaan ohjauslogiikkaan, diagnostiikka häiriötilanteissa on kattava. Vika on hyvin helppo paikallistaa, Antti toteaa.

– Servoakseleita ohjaa servo-ohjaimet, jotka on toteutettu Siemens S120 -servo-ohjausjärjestelmällä. Tämä on liitetty ohjauslogiikkaan Profinet-kenttäväylällä. Turvapysäytykset kulkevat Profinet-väylää pitkin Profisafe-sanomilla.

– Esimerkiksi koneessa on yksi turvaovi ja neljä hätäseispainiketta. Ovi avautuu vasta, kun prosessi on pysäytettynä turvalliseen tilaan. Samalla kaikki neljä servoakselia turvapysäytetään eli estetään mahdollinen vahinkokäynnistyminen, joka on kaikkein suurin riskitekijä näissä koneissa, kun katsotaan tapaturmatilastoja, Antti toteaa.

Merkittävä parannus aikaisempaan vastaavaan koneeseen on se, että saimme ratkaistua rakenteellisen ongelman ja reiät tehdään samanaikaisesti letkun molempiin päihin. Näin ne ovat täsmälleen samassa kohdassa kummassakin laipassa ja se parantaa huomattavasti letkuventtiilin laatua.

Erikokoisten letkuventtiilien reiät eivät ole samankokoisia, joten koneessa on kasetti, jossa on kuusi eri kokoista meistiä. Standardi kertoo tarvittavan reiän koon letkun koon mukaan. Käyttäjän käyttöliittymässä antamien arvojen perusteella kasetti pyörähtää oikeaan kohtaan. Yhdystanko huolehtii siitä, että molemmissa letkun päissä on oikea meisti, oikeassa kohdassa.

– Laite on myös tuplanopea, koska se tekee molemmat puolet yhtä aikaa itsenäisesti ja automaattisesti. Sitä ei tarvitse käyttää manuaalisesti, Esko sanoo.

– Rei’itys toimii suljetussa tilassa turvallisesti. Kenenkään ei tarvitse olla työskentelemässä laitteen lähellä, joten myös laitteen käytön turvallisuus parantui.

– Turvalogiikka vahtii ovea ja varmistaa, että se on kiinni ja kuitattu. On täysin mahdotonta, että oven saisi auki siten, että turvalogiikka ohitettaisiin. Laite on turvallisuuden kannalta täysin idioottivarma, Antti toteaa.

User training

“User training was very easy on both instructor and students, thanks to a user-friendly control system,” says Antti, who was responsible for training the users.

“I had built a very simple user interface, so the user training didn’t take long.” The user interface has very clear options. The operator’s console has a few buttons, and the entire layout is user-friendly. Anyone is able to learn quickly how to operate the machine.

“The holes perforated in hose flanges are specified in the valve standard according to hose size. There are over a thousand of them. They have all been pre-entered into the machine’s control system. All the shaft values and parameters are predefined. The user only needs to enter the correct table value and press a button. The machine will automatically perforate the right number of holes at the correct locations.”

We got what we wanted

“We were hoping to get a new machine as quickly as possible, because the old machine was already living on borrowed time. We didn’t expect the new machine to be a copy of the old one, but instead something new and more efficient. Now we have a machine that corresponds to today’s requirements. We got what we were looking for. The machine is now in use and still under development,” concludes Toni Turkkila.

TEXT: Taina Syrjänen
PHOTOS: Esko Seppänen and Flowrox Oy