絕佳的包裝機械的解決方案

　　自從通用運動控制技術出現25年以來，在供應商搜尋的視野中，包裝機械行業始終被視為首選的市場推廣目標。包裝行業到處是整條的機械流水線，對更高的速度、扭矩、精度和動態性能等都有極高的要求，這些要求非常適合伺服應用。針對電子齒輪、電子凸輪和套準控制的先進運動控制軟件是包裝機械的基本要求，其中嚴密協同的多軸運動控制也無處不在。

　　如今，高柔性運轉和針對產能最大化的連續驅動需求給供應商提出了極大的挑戰，同時也是莫大的機遇，新型運動控制產品變得愈發強勁而緊湊，新的體系結構可以為范圍更廣的包裝機械應用提供全面技術解決方案。

　　這里有一系列應用簡介可以展示自動化和運動控制解決方案的持續進展及其為包裝機械提供的越來越好的全面解決方案。

　　自動包裝機使管狀制袋的交付時間減半

　　來自西門子公司的新型制袋機綜合自動化套件可以使產品交付時間的縮減高達50%。SIMOTION?Easy Set制袋和包裹套件由自動化硬件和一套軟件庫組成，其中包含了針對標準化任務的客制化模塊。套件可以提供間歇或連續的立式制袋機和流式包裹機所需的特性，而且還可以擴充其他高級選項。硬件組成包括基于驅動器的SIMOTIOND運動控制器，SIMOTIOND系列驅動的拖動和功率部件，數字和模擬I/O，HMI以及供電電源。該運動控制器允許在單一設備中實現PLC和運動控制編程。

　　軟件庫提供了一種根據OMAC(開放模塊體系結構控制)標準的包裝機械自動化指導原則進行開發的運行模式管理程序，并具有可以連接采用PackML規范的上層系統的數據接口。

　　開放式軟件模塊自動操作管狀制袋機，包括橫向熱封，帶色標校正或滑動補償的薄膜送進，預進料，以及帶自整定的溫度控制。

　　軟件庫可以簡化機器所需的不同自動化要求，如果需要額外的交叉熱封設施，操作人員就可以從庫中選取適當的軟件模塊以實現所需的變化。

　　單獨的部件控制包括回零、點動和位置偏置設定等，都由手動模式完成。試車和機器初始化也由手動模式完成，同時可以獲得操作裝置上提供的診斷信息的支持。

　　在自動運行中，機器的運動部件保持協調一致。當定量給料、薄膜送進和橫向熱封等運動必須匹配時需要自動運行。優化機器的循環節拍需要采用運動覆蓋技術，一種稱為“同步分組點動”的功能可以為不停機運行提供部件級運動協調性的可視化監測。

　　UVA包裝公司是一家生產立式和臥式連續填充和封裝機械的制造商，正在使用Easy Set套件。在新型連續運動立式制袋機上應用該套件使該機器僅用了一半預計時間就得以完成，由于不必親自實現那些基本功能，因而工程師可以全神貫注地施展他們特有的針對工藝過程的技術訣竅，從而提高機器的性能。

　　基于以太網的運動控制簡化超高速直線貼標機

　　采用以太網Powerlink運動控制部件簡化了Harland機器系統公司的電氣系統構建過程，該公司是一家超高速直線貼標機制造商。

　　Harland公司產品開發部經理Tec Wright介紹說：“以太網Powerlink技術可以幫助我們以更簡潔、更模塊化的方式設計我們的電氣系統，這意味著我們能夠為客戶更快捷地構建系統。”

　　“高速以太網網絡具有充足的帶寬，目前足夠讓我們以極高的靈活性來定制貼標機，或者添加額外特性，這種需求總是會在試車階段甚至安裝就緒之后被提出來。”

　　新系統充分縮減了Harland公司Mercury系列貼標系統最新改進的硬件和配線工作量，該機型可以在一分鐘內為多達275個產品在前后兩面貼裝壓敏標簽。

　　Harland公司的直線機型主要由兩大基礎構成。核心機器具有六個伺服電機軸，處理產品在傳輸器上的送進、定位和穩定;再配上具有一對步進電機軸的貼標頭模塊，為瓶子的前后兩面貼附標簽。四組便于自動更換的貼標頭允許在連續生產中更換標簽料盤而無需停下生產線。

　　Mercury系列機型的高速度結合針對不同類型產品的可編程性，使其有能力向運動控制硬件實時下達指令。主控制器和貼標頭分別需要若干高速輸入以實現產品對準，主控制器還必須動態調整電子凸輪的運動輪廓以實現不同產品類型的快速切換。

　　這種復雜性加上多重高速輸入等需求意味著以前的Mercury系列機型需要七套獨立的運動控制器來實現典型的雙頭結構，一種全新的采用Baldor公司以太網Powerlink控制器的系統配置則可以將控制器數量縮減為三套，該技術還可以幫Harland公司降低系統構建的復雜性。主機上安裝的所有伺服驅動器和I/O都由菊花鏈式以太網電纜進行互聯，節省了連線和空間，也省去了大量的安裝操作。

　　基于PC 的安全控制應用于包裝噴繪市場

　　一個技術領先的印刷和標簽系統制造商在三個月之內就開發出一種基于PC的新式控制系統以贏得新興的包裝噴繪市場。

　　“從過去對工業PC的零經驗起步，一直到完成產品，這一過程 簡直毫無障礙，” Imaje北美公司的技術經理Damon Schingeck說到, “在基于PC的系統中集成Imaje公司的代碼和協議非常順利。”

　　該項目推出的新型管足式系統如今被稱作Imaje ProControl-ITM型，適用于寬泛的多種包裝形式，包括盒裝、瓶裝以及其他塑料容器和袋裝。系統支持同時運行的多重打印機，且Imaje公司的打印機采用連續供墨進行噴繪印刷。該方法以靜電對墨滴充電，然后偏轉墨滴，將其噴著在包裝表面，打印頭無需直接接觸產品。

　　為實現控制，Imaje公司選用了Beckhoff公司的CP6502型嵌入式平板電腦，可以在單一機箱中同時提供硬件HMI和控制器，平板電腦以TwinCAT PLC軟件作為控制平臺。

　　該軟件具備IEC 61131-3特性并具有強大的32位編程開發環境，允許的代碼尺寸和數據區大小都遠遠超過常規PLC的容量。 TwinCAT PLC可以集成四個多任務PLC，在每個PLC運行系統中都可以包含四個任務。開發和運行系統可以由單一PC完成，也可以通過 TCP/IP進行遠程編程。

　　ProControl-ITM系統通過傳送系統

　　處理包裝的移動，一旦由電眼或編碼器檢測到包裝，系統就從一個安全數據庫中下載一條絕對代碼，并以Imaje噴繪打印機標識每一件產品。系統可以為多達每分鐘22件的產品下載和分配打印。通過采用“下載后注銷記錄”的特性和打印驗證監控，可以確保這些推廣信息不重復，而且系統具有防篡改和無錯設計。

　　Consistently Flexible Android Palletizing Robot

　　一種頗具成本效益的新型裝卸單元可以為生產線末端的包裝、抓取和放置或者碼放應用提供獨特而且輕便靈活的碼垛/卸垛操作解決方案。Emkon公司開發的這種新系統采用一種來自Bosch Rexroth公司針對機器人和裝卸任務的可延展自動化解決方案。

　　PZ 1-K Android系列碼放單元的獨特之處在于它被設計成完全自主的、能立即使用的模塊，能夠安裝在輥子上方作為立式碼放單元使用。該單元將單個產品堆放起來，送至一臺或多臺傳送系統，并將這些產品單件包裹或集中包裹為占用1到6個托盤空間的大包裝。一個標準的真空抓取器拾取單個產品并根據指定的布局堆放，可以有不同的碼放布局并加入襯紙。

　　Android單元一共有六套由Bosch Rexroth公司的IndraDrive系列驅動器控制的伺服軸，四套用于分層碼放，兩套用于襯紙擺放。Emkon公司的Android 裝卸單元利用基于IndraMotion MLC控制器的運動邏輯平臺，可以為多達16個伺服軸的操作提供中間級控制功能。

　　該系統解決方案提供極快的控制器性能，可以在僅僅60微秒之內處理多達1000條PLC語句，而且在單一硬件單元中整合了邏輯和運動控制。該系統采用IEC 61131-3和PLCopen，具備針對直線六軸插補、拾取和放置以及碼放應用的專用技術功能塊。

　　該應用使用Emkon公司的離線碼放系統生成處理程序， Bosch Rexroth公司的一個處理模塊用來解釋來自離線碼放系統的指令語句并將其轉化為指定的坐標軸運動。目前的操作配置為四個主控軸加上兩個手動軸，還可以滿足簡單的比例縮放需求。

　　機器人頂部裝載機采用最新取放技術

　　一種機器人頂部裝載裝箱機出自Sabel工程公司，具有快捷而可靠的無工具轉換系統，伺服驅動的進料和事件索引系統，并應用了Pack ML標準包裝庫函數。

　　Model TL-10型機器最關鍵的地方是裝載過程中包裝袋的精密分段輸送，由采用貝加萊工業自動化公司的ACOPOS系列伺服驅動的三套傳輸系統完成。包裝袋隨機進料后，料口傳輸系統將產品傳送到裝載站，并在每個產品之間留有適當的間隔;第二級產品定位傳輸系統引導包裝袋向前移動并分為四組;第三級裝載區域的傳輸系統使四組目標接近抓取站，在這里產品被機器人手臂裝入箱體或包裝袋。三組傳輸系統執行的任務雖然不同，但始終保持同步。

　　另一個關鍵工藝是箱體支放和傳送系統，系統采用伺服驅動的移動梁結構，可以為包裝袋裝載站正確支放箱體。貝加萊公司的伺服驅動結合 Bosch Rexroth公司的傳動裝置可以為裝載過程提供平滑而精確的箱體定位，箱體紙板從儲存庫中分發出來，完成底部折疊后，箱體支起并移入裝載位置，一旦箱體被裝滿，即被挪開并送至封箱工作站。

　　機器的軟件功能采用B&R公司的Automation Studio軟件工具編制，此外，在軟件開發中還采用了標準化的Pack ML包裝函數庫，Pack ML的目標在于提供包裝流水線類型、機器狀態模型、以及包裝機之間的通訊約定“標簽”的命名規則。一項關鍵創舉在于將ISA S88批次制造標準的優點引入包裝過程，為一臺機器與另一臺之間創立了獨立于機器制造商的、更好的接口關系。

　　AdabotTM 為包裝機添加機器人

　　來自Fallas自動化公司的R700 AdabotTM機器人裝箱機可以飛速追蹤和抓取產品，足以創建可通過輕易添加即插即用的機器人單元來提升產能的系統。機器人不僅能高速抓取產品，也可以追蹤產品，從而提升系統的總體速度。通過添加多達四臺機器人單元，能擴展機器人裝箱機，并輕松重構裝箱生產線，以獲取更高的生產能力。

　　新系統采用ELAU公司的開放式體系結構的PacDriveTM自動化控制器，直接向PacDrive控制器中插入新的機器人模塊就能提供機器人單元的擴展能力。一套機器人軟件庫可提供簡化應用軟件開發的運動學軟件功能。

　　盡管視覺系統可以作為選配件接入，Adabot機器人還是通過編碼器實現與送進皮帶的標準同步操作，并將其作為允許系統軟件為機器人手臂提供精確控制的解決方案。無需移動箱體或整理產品，機器人就可以在箱體內的任意位置放置產品。這種靈活性使得Adabot機器人可以執行A、B和U包裝模式，或者任意組合，實現這一切只需在HMI上簡單調整配方。

　　系統實現

　　了一種精致的機電設計，無需利用分度系統去移動、旋轉和堆積產品。設計中未采用拖動帶、皮帶中轉，或者無需在逆行的包裝材料和機器人之間裝卸產品。由于在高速條件下，拖動帶的運動不夠平穩，無法正確裝卸產品，因而機械的流線化設計至關重要。箱體的分段傳輸由Schneider電氣公司的PLC進行控制。

　　機器人軟件庫的模塊化和可復用特性賦予工程師無需額外編程就可以輕松調整機器人手臂尺寸、運動輪廓、傳送帶高度帶以及抓取距離等的能力。添加機器人單元時，只需不到一分鐘的時間就可以決定機器人的數量。在編程環境中每個機器人都是一個任務，而且該任務可以輕而易舉地在PacDrive控制器程序中進行添加和刪除。

　　集成架構有助于縮減設計時間

　　Combi包裝系統公司是一家技術領先的美國箱式包裝設備制造商，該公司采用的直接標記訪問技術可以使工程操作和編程時間縮減10%～30%左右。

　　Combi公司供應一系列的箱式包裝機，包括落差裝箱機、抓取和放置單元以及臥式裝載機，還有箱式包裝線中的箱體支放系統。不過，面對客戶的不同需求，仍要求Combi公司去尋訪更多的可擴展機器控制器。Combi公司最終選用Allen-Bradley公司的CompactLogixTM可編程自動化控制器(PAC)作為所有機器的主控制系統，這樣做的主要原因在于那些非常熟悉的客戶早已將其用作控制器平臺了。

　　轉向這一方法的主要好處之一在于只需在RSLogixTM 5000編程軟件中一次性定義機器的代碼標記，此后就可以無限次地復用對應的數據庫記錄。

　　“過去，在我們的機器上進行PLC標記編程非常復雜，需要大量的工作，以及額外的控制器和其他引入標記的設備，” Combi公司的一名電氣工程師 Brian Boltz說，“不過現在好了，標記保持在控制器里，我們可以在系統的任何地方引用它們，這可以極大地縮短我們的開發時間。”

　　這種直接標記訪問技術是開發客戶故障檢修和診斷的“狀態篩選”功能的主要推動力。狀態篩選系統跟蹤機器事件的先后順序，允許維護人員監視實時PanelView終端上的圖塊，從而輕松地識別和診斷任何問題。

　　Combi系統還有標準化的智能電機控制解決方案，可以減少電機接線時間，保證協同運動性能。運動的協同性有助于Combi系統提高其抓取和放置系統的速度和產能，幫助最終用戶成倍削減平均工作循環。工程師可以無縫連接變頻驅動，伺服驅動和Allen-Bradley公司的MP系列及TL系列伺服電機，以便最大化產能，延長機器結構和安裝框架的使用壽命，加強電機的診斷和監控。