自從通用運動控制技術(shù)出現(xiàn)25年以來，在供應(yīng)商搜尋的視野中，包裝機械行業(yè)始終被視為首選的市場推廣目標(biāo)。包裝行業(yè)到處是整條的機械流水線，對更高的速度、扭矩、精度和動態(tài)性能等都有極高的要求，這些要求非常適合伺服應(yīng)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(xié)同的多軸運動控制也無處不在。

　　如今，高柔性運轉(zhuǎn)和針對產(chǎn)能最大化的連續(xù)驅(qū)動需求給供應(yīng)商提出了極大的挑戰(zhàn)，同時也是莫大的機遇，新型運動控制產(chǎn)品變得愈發(fā)強勁而緊湊，新的體系結(jié)構(gòu)可以為范圍更廣的包裝機械應(yīng)用提供全面技術(shù)解決方案。

　　這里有一系列應(yīng)用簡介可以展示自動化和運動控制解決方案的持續(xù)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(chǎn)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(biāo)準化任務(wù)的客制化模塊。套件可以提供間歇或連續(xù)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(qū)動器的SIMOTIOND運動控制器，SIMOTIOND系列驅(qū)動的拖動和功率部件，數(shù)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(shè)備中實現(xiàn)PLC和運動控制編程。

　　軟件庫提供了一種根據(jù)OMAC(開放模塊體系結(jié)構(gòu)控制)標(biāo)準的包裝機械自動化指導(dǎo)原則進行開發(fā)的運行模式管理程序，并具有可以連接采用PackML規(guī)范的上層系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(biāo)校正或滑動補償?shù)谋∧に瓦M，預(yù)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(shè)施，操作人員就可以從庫中選取適當(dāng)?shù)能浖K以實現(xiàn)所需的變化。

　　單獨的部件控制包括回零、點動和位置偏置設(shè)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(xié)調(diào)一致。當(dāng)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(yōu)化機器的循環(huán)節(jié)拍需要采用運動覆蓋技術(shù)，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(xié)調(diào)性的可視化監(jiān)測。

　　UVA包裝公司是一家生產(chǎn)立式和臥式連續(xù)填充和封裝機械的制造商，正在使用Easy Set套件。在新型連續(xù)運動立式制袋機上應(yīng)用該套件使該機器僅用了一半預(yù)計時間就得以完成，由于不必親自實現(xiàn)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(shù)訣竅，從而提高機器的性能。

　　基于以太網(wǎng)的運動控制簡化超高速直線貼標(biāo)機

　　采用以太網(wǎng)Powerlink運動控制部件簡化了Harland機器系統(tǒng)公司的電氣系統(tǒng)構(gòu)建過程，該公司是一家超高速直線貼標(biāo)機制造商。

　　Harland公司產(chǎn)品開發(fā)部經(jīng)理Tec Wright介紹說：“以太網(wǎng)Powerlink技術(shù)可以幫助我們以更簡潔、更模塊化的方式設(shè)計我們的電氣系統(tǒng)，這意味著我們能夠為客戶更快捷地構(gòu)建系統(tǒng)。”

　　“高速以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)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(biāo)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(tǒng)充分縮減了Harland公司Mercury系列貼標(biāo)系統(tǒng)最新改進的硬件和配線工作量，該機型可以在一分鐘內(nèi)為多達275個產(chǎn)品在前后兩面貼裝壓敏標(biāo)簽。

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

　　Mercury系列機型的高速度結(jié)合針對不同類型產(chǎn)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(biāo)頭分別需要若干高速輸入以實現(xiàn)產(chǎn)品對準，主控制器還必須動態(tài)調(diào)整電子凸輪的運動輪廓以實現(xiàn)不同產(chǎn)品類型的快速切換。

　　這種復(fù)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(xiàn)典型的雙頭結(jié)構(gòu)，一種全新的采用Baldor公司以太網(wǎng)Powerlink控制器的系統(tǒng)配置則可以將控制器數(shù)量縮減為三套，該技術(shù)還可以幫Harland公司降低系統(tǒng)構(gòu)建的復(fù)雜性。主機上安裝的所有伺服驅(qū)動器和I/O都由菊花鏈式以太網(wǎng)電纜進行互聯(lián)，節(jié)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(yīng)用于包裝噴繪市場

　　一個技術(shù)領(lǐng)先的印刷和標(biāo)簽系統(tǒng)制造商在三個月之內(nèi)就開發(fā)出一種基于PC的新式控制系統(tǒng)以贏得新興的包裝噴繪市場。

　　“從過去對工業(yè)PC的零經(jīng)驗起步，一直到完成產(chǎn)品，這一過程 簡直毫無障礙，” Imaje北美公司的技術(shù)經(jīng)理Damon Schingeck說到, “在基于PC的系統(tǒng)中集成Imaje公司的代碼和協(xié)議非常順利。”

　　該項目推出的新型管足式系統(tǒng)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(tǒng)支持同時運行的多重打印機，且Imaje公司的打印機采用連續(xù)供墨進行噴繪印刷。該方法以靜電對墨滴充電，然后偏轉(zhuǎn)墨滴，將其噴著在包裝表面，打印頭無需直接接觸產(chǎn)品。

　　為實現(xiàn)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(fā)環(huán)境，允許的代碼尺寸和數(shù)據(jù)區(qū)大小都遠遠超過常規(guī)PLC的容量。 TwinCAT PLC可以集成四個多任務(wù)PLC，在每個PLC運行系統(tǒng)中都可以包含四個任務(wù)。開發(fā)和運行系統(tǒng)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(tǒng)通過傳送系統(tǒng)

　　處理包裝的移動，一旦由電眼或編碼器檢測到包裝，系統(tǒng)就從一個安全數(shù)據(jù)庫中下載一條絕對代碼，并以Imaje噴繪打印機標(biāo)識每一件產(chǎn)品。系統(tǒng)可以為多達每分鐘22件的產(chǎn)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(jiān)控，可以確保這些推廣信息不重復(fù)，而且系統(tǒng)具有防篡改和無錯設(shè)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(chǎn)線末端的包裝、抓取和放置或者碼放應(yīng)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(fā)的這種新系統(tǒng)采用一種來自Bosch Rexroth公司針對機器人和裝卸任務(wù)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(shè)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(chǎn)品堆放起來，送至一臺或多臺傳送系統(tǒng)，并將這些產(chǎn)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(biāo)準的真空抓取器拾取單個產(chǎn)品并根據(jù)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(qū)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(tǒng)解決方案提供極快的控制器性能，可以在僅僅60微秒之內(nèi)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(tǒng)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(yīng)用的專用技術(shù)功能塊。

　　該應(yīng)用使用Emkon公司的離線碼放系統(tǒng)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(tǒng)的指令語句并將其轉(zhuǎn)化為指定的坐標(biāo)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(shù)

　　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(zhuǎn)換系統(tǒng)，伺服驅(qū)動的進料和事件索引系統(tǒng)，并應(yīng)用了Pack ML標(biāo)準包裝庫函數(shù)。

　　Model TL-10型機器最關(guān)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(yè)自動化公司的ACOPOS系列伺服驅(qū)動的三套傳輸系統(tǒng)完成。包裝袋隨機進料后，料口傳輸系統(tǒng)將產(chǎn)品傳送到裝載站，并在每個產(chǎn)品之間留有適當(dāng)?shù)拈g隔;第二級產(chǎn)品定位傳輸系統(tǒng)引導(dǎo)包裝袋向前移動并分為四組;第三級裝載區(qū)域的傳輸系統(tǒng)使四組目標(biāo)接近抓取站，在這里產(chǎn)品被機器人手臂裝入箱體或包裝袋。三組傳輸系統(tǒng)執(zhí)行的任務(wù)雖然不同，但始終保持同步。

　　另一個關(guān)鍵工藝是箱體支放和傳送系統(tǒng)，系統(tǒng)采用伺服驅(qū)動的移動梁結(jié)構(gòu)，可以為包裝袋裝載站正確支放箱體。貝加萊公司的伺服驅(qū)動結(jié)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(fā)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(fā)中還采用了標(biāo)準化的Pack ML包裝函數(shù)庫，Pack ML的目標(biāo)在于提供包裝流水線類型、機器狀態(tài)模型、以及包裝機之間的通訊約定“標(biāo)簽”的命名規(guī)則。一項關(guān)鍵創(chuàng)舉在于將ISA S88批次制造標(biāo)準的優(yōu)點引入包裝過程，為一臺機器與另一臺之間創(chuàng)立了獨立于機器制造商的、更好的接口關(guān)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(chǎn)品，足以創(chuàng)建可通過輕易添加即插即用的機器人單元來提升產(chǎn)能的系統(tǒng)。機器人不僅能高速抓取產(chǎn)品，也可以追蹤產(chǎn)品，從而提升系統(tǒng)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(gòu)裝箱生產(chǎn)線，以獲取更高的生產(chǎn)能力。

　　新系統(tǒng)采用ELAU公司的開放式體系結(jié)構(gòu)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(yīng)用軟件開發(fā)的運動學(xué)軟件功能。

　　盡管視覺系統(tǒng)可以作為選配件接入，Adabot機器人還是通過編碼器實現(xiàn)與送進皮帶的標(biāo)準同步操作，并將其作為允許系統(tǒng)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(chǎn)品，機器人就可以在箱體內(nèi)的任意位置放置產(chǎn)品。這種靈活性使得Adabot機器人可以執(zhí)行A、B和U包裝模式，或者任意組合，實現(xiàn)這一切只需在HMI上簡單調(diào)整配方。

　　系統(tǒng)實現(xiàn)

　　了一種精致的機電設(shè)計，無需利用分度系統(tǒng)去移動、旋轉(zhuǎn)和堆積產(chǎn)品。設(shè)計中未采用拖動帶、皮帶中轉(zhuǎn)，或者無需在逆行的包裝材料和機器人之間裝卸產(chǎn)品。由于在高速條件下，拖動帶的運動不夠平穩(wěn)，無法正確裝卸產(chǎn)品，因而機械的流線化設(shè)計至關(guān)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(fù)用特性賦予工程師無需額外編程就可以輕松調(diào)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(shù)量。在編程環(huán)境中每個機器人都是一個任務(wù)，而且該任務(wù)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(gòu)有助于縮減設(shè)計時間

　　Combi包裝系統(tǒng)公司是一家技術(shù)領(lǐng)先的美國箱式包裝設(shè)備制造商，該公司采用的直接標(biāo)記訪問技術(shù)可以使工程操作和編程時間縮減10%～30%左右。

　　Combi公司供應(yīng)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(tǒng)。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(tǒng)，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(zhuǎn)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(biāo)記，此后就可以無限次地復(fù)用對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫記錄。

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

　　這種直接標(biāo)記訪問技術(shù)是開發(fā)客戶故障檢修和診斷的“狀態(tài)篩選”功能的主要推動力。狀態(tài)篩選系統(tǒng)跟蹤機器事件的先后順序，允許維護人員監(jiān)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(tǒng)還有標(biāo)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(xié)同運動性能。運動的協(xié)同性有助于Combi系統(tǒng)提高其抓取和放置系統(tǒng)的速度和產(chǎn)能，幫助最終用戶成倍削減平均工作循環(huán)。工程師可以無縫連接變頻驅(qū)動，伺服驅(qū)動和Allen-Bradley公司的MP系列及TL系列伺服電機，以便最大化產(chǎn)能，延長機器結(jié)構(gòu)和安裝框架的使用壽命，加強電機的診斷和監(jiān)控。