绝佳的包装机械的解决方案

　　自从通用运动控制技术出现25年以来，在供应商搜寻的视野中，包装机械行业始终被视为首选的市场推广目标。包装行业到处是整条的机械流水线，对更高的速度、扭矩、精度和动态性能等都有极高的要求，这些要求非常适合伺服应用。针对电子齿轮、电子凸轮和套准控制的先进运动控制软件是包装机械的基本要求，其中严密协同的多轴运动控制也无处不在。

　　如今，高柔性运转和针对产能最大化的连续驱动需求给供应商提出了极大的挑战，同时也是莫大的机遇，新型运动控制产品变得愈发强劲而紧凑，新的体系结构可以为范围更广的包装机械应用提供全面技术解决方案。

　　这里有一系列应用简介可以展示自动化和运动控制解决方案的持续进展及其为包装机械提供的越来越好的全面解决方案。

　　自动包装机使管状制袋的交付时间减半

　　来自西门子公司的新型制袋机综合自动化套件可以使产品交付时间的缩减高达50%。SIMOTION?Easy Set制袋和包裹套件由自动化硬件和一套软件库组成，其中包含了针对标准化任务的客制化模块。套件可以提供间歇或连续的立式制袋机和流式包裹机所需的特性，而且还可以扩充其他高级选项。硬件组成包括基于驱动器的SIMOTIOND运动控制器，SIMOTIOND系列驱动的拖动和功率部件，数字和模拟I/O，HMI以及供电电源。该运动控制器允许在单一设备中实现PLC和运动控制编程。

　　软件库提供了一种根据OMAC(开放模块体系结构控制)标准的包装机械自动化指导原则进行开发的运行模式管理程序，并具有可以连接采用PackML规范的上层系统的数据接口。

　　开放式软件模块自动操作管状制袋机，包括横向热封，带色标校正或滑动补偿的薄膜送进，预进料，以及带自整定的温度控制。

　　软件库可以简化机器所需的不同自动化要求，如果需要额外的交叉热封设施，操作人员就可以从库中选取适当的软件模块以实现所需的变化。

　　单独的部件控制包括回零、点动和位置偏置设定等，都由手动模式完成。试车和机器初始化也由手动模式完成，同时可以获得操作装置上提供的诊断信息的支持。

　　在自动运行中，机器的运动部件保持协调一致。当定量给料、薄膜送进和横向热封等运动必须匹配时需要自动运行。优化机器的循环节拍需要采用运动覆盖技术，一种称为“同步分组点动”的功能可以为不停机运行提供部件级运动协调性的可视化监测。

　　UVA包装公司是一家生产立式和卧式连续填充和封装机械的制造商，正在使用Easy Set套件。在新型连续运动立式制袋机上应用该套件使该机器仅用了一半预计时间就得以完成，由于不必亲自实现那些基本功能，因而工程师可以全神贯注地施展他们特有的针对工艺过程的技术诀窍，从而提高机器的性能。

　　基于以太网的运动控制简化超高速直线贴标机

　　采用以太网Powerlink运动控制部件简化了Harland机器系统公司的电气系统构建过程，该公司是一家超高速直线贴标机制造商。

　　Harland公司产品开发部经理Tec Wright介绍说：“以太网Powerlink技术可以帮助我们以更简洁、更模块化的方式设计我们的电气系统，这意味着我们能够为客户更快捷地构建系统。”

　　“高速以太网网络具有充足的带宽，目前足够让我们以极高的灵活性来定制贴标机，或者添加额外特性，这种需求总是会在试车阶段甚至安装就绪之后被提出来。”

　　新系统充分缩减了Harland公司Mercury系列贴标系统最新改进的硬件和配线工作量，该机型可以在一分钟内为多达275个产品在前后两面贴装压敏标签。

　　Harland公司的直线机型主要由两大基础构成。核心机器具有六个伺服电机轴，处理产品在传输器上的送进、定位和稳定;再配上具有一对步进电机轴的贴标头模块，为瓶子的前后两面贴附标签。四组便于自动更换的贴标头允许在连续生产中更换标签料盘而无需停下生产线。

　　Mercury系列机型的高速度结合针对不同类型产品的可编程性，使其有能力向运动控制硬件实时下达指令。主控制器和贴标头分别需要若干高速输入以实现产品对准，主控制器还必须动态调整电子凸轮的运动轮廓以实现不同产品类型的快速切换。

　　这种复杂性加上多重高速输入等需求意味着以前的Mercury系列机型需要七套独立的运动控制器来实现典型的双头结构，一种全新的采用Baldor公司以太网Powerlink控制器的系统配置则可以将控制器数量缩减为三套，该技术还可以帮Harland公司降低系统构建的复杂性。主机上安装的所有伺服驱动器和I/O都由菊花链式以太网电缆进行互联，节省了连线和空间，也省去了大量的安装操作。

　　基于PC 的安全控制应用于包装喷绘市场

　　一个技术领先的印刷和标签系统制造商在三个月之内就开发出一种基于PC的新式控制系统以赢得新兴的包装喷绘市场。

　　“从过去对工业PC的零经验起步，一直到完成产品，这一过程 简直毫无障碍，” Imaje北美公司的技术经理Damon Schingeck说到, “在基于PC的系统中集成Imaje公司的代码和协议非常顺利。”

　　该项目推出的新型管足式系统如今被称作Imaje ProControl-ITM型，适用于宽泛的多种包装形式，包括盒装、瓶装以及其他塑料容器和袋装。系统支持同时运行的多重打印机，且Imaje公司的打印机采用连续供墨进行喷绘印刷。该方法以静电对墨滴充电，然后偏转墨滴，将其喷着在包装表面，打印头无需直接接触产品。

　　为实现控制，Imaje公司选用了Beckhoff公司的CP6502型嵌入式平板电脑，可以在单一机箱中同时提供硬件HMI和控制器，平板电脑以TwinCAT PLC软件作为控制平台。

　　该软件具备IEC 61131-3特性并具有强大的32位编程开发环境，允许的代码尺寸和数据区大小都远远超过常规PLC的容量。 TwinCAT PLC可以集成四个多任务PLC，在每个PLC运行系统中都可以包含四个任务。开发和运行系统可以由单一PC完成，也可以通过 TCP/IP进行远程编程。

　　ProControl-ITM系统通过传送系统

　　处理包装的移动，一旦由电眼或编码器检测到包装，系统就从一个安全数据库中下载一条绝对代码，并以Imaje喷绘打印机标识每一件产品。系统可以为多达每分钟22件的产品下载和分配打印。通过采用“下载后注销记录”的特性和打印验证监控，可以确保这些推广信息不重复，而且系统具有防篡改和无错设计。

　　Consistently Flexible Android Palletizing Robot

　　一种颇具成本效益的新型装卸单元可以为生产线末端的包装、抓取和放置或者码放应用提供独特而且轻便灵活的码垛/卸垛操作解决方案。Emkon公司开发的这种新系统采用一种来自Bosch Rexroth公司针对机器人和装卸任务的可延展自动化解决方案。

　　PZ 1-K Android系列码放单元的独特之处在于它被设计成完全自主的、能立即使用的模块，能够安装在辊子上方作为立式码放单元使用。该单元将单个产品堆放起来，送至一台或多台传送系统，并将这些产品单件包裹或集中包裹为占用1到6个托盘空间的大包装。一个标准的真空抓取器拾取单个产品并根据指定的布局堆放，可以有不同的码放布局并加入衬纸。

　　Android单元一共有六套由Bosch Rexroth公司的IndraDrive系列驱动器控制的伺服轴，四套用于分层码放，两套用于衬纸摆放。Emkon公司的Android 装卸单元利用基于IndraMotion MLC控制器的运动逻辑平台，可以为多达16个伺服轴的操作提供中间级控制功能。

　　该系统解决方案提供极快的控制器性能，可以在仅仅60微秒之内处理多达1000条PLC语句，而且在单一硬件单元中整合了逻辑和运动控制。该系统采用IEC 61131-3和PLCopen，具备针对直线六轴插补、拾取和放置以及码放应用的专用技术功能块。

　　该应用使用Emkon公司的离线码放系统生成处理程序， Bosch Rexroth公司的一个处理模块用来解释来自离线码放系统的指令语句并将其转化为指定的坐标轴运动。目前的操作配置为四个主控轴加上两个手动轴，还可以满足简单的比例缩放需求。

　　机器人顶部装载机采用最新取放技术

　　一种机器人顶部装载装箱机出自Sabel工程公司，具有快捷而可靠的无工具转换系统，伺服驱动的进料和事件索引系统，并应用了Pack ML标准包装库函数。

　　Model TL-10型机器最关键的地方是装载过程中包装袋的精密分段输送，由采用贝加莱工业自动化公司的ACOPOS系列伺服驱动的三套传输系统完成。包装袋随机进料后，料口传输系统将产品传送到装载站，并在每个产品之间留有适当的间隔;第二级产品定位传输系统引导包装袋向前移动并分为四组;第三级装载区域的传输系统使四组目标接近抓取站，在这里产品被机器人手臂装入箱体或包装袋。三组传输系统执行的任务虽然不同，但始终保持同步。

　　另一个关键工艺是箱体支放和传送系统，系统采用伺服驱动的移动梁结构，可以为包装袋装载站正确支放箱体。贝加莱公司的伺服驱动结合 Bosch Rexroth公司的传动装置可以为装载过程提供平滑而精确的箱体定位，箱体纸板从储存库中分发出来，完成底部折叠后，箱体支起并移入装载位置，一旦箱体被装满，即被挪开并送至封箱工作站。

　　机器的软件功能采用B&R公司的Automation Studio软件工具编制，此外，在软件开发中还采用了标准化的Pack ML包装函数库，Pack ML的目标在于提供包装流水线类型、机器状态模型、以及包装机之间的通讯约定“标签”的命名规则。一项关键创举在于将ISA S88批次制造标准的优点引入包装过程，为一台机器与另一台之间创立了独立于机器制造商的、更好的接口关系。

　　AdabotTM 为包装机添加机器人

　　来自Fallas自动化公司的R700 AdabotTM机器人装箱机可以飞速追踪和抓取产品，足以创建可通过轻易添加即插即用的机器人单元来提升产能的系统。机器人不仅能高速抓取产品，也可以追踪产品，从而提升系统的总体速度。通过添加多达四台机器人单元，能扩展机器人装箱机，并轻松重构装箱生产线，以获取更高的生产能力。

　　新系统采用ELAU公司的开放式体系结构的PacDriveTM自动化控制器，直接向PacDrive控制器中插入新的机器人模块就能提供机器人单元的扩展能力。一套机器人软件库可提供简化应用软件开发的运动学软件功能。

　　尽管视觉系统可以作为选配件接入，Adabot机器人还是通过编码器实现与送进皮带的标准同步操作，并将其作为允许系统软件为机器人手臂提供精确控制的解决方案。无需移动箱体或整理产品，机器人就可以在箱体内的任意位置放置产品。这种灵活性使得Adabot机器人可以执行A、B和U包装模式，或者任意组合，实现这一切只需在HMI上简单调整配方。

　　系统实现

　　了一种精致的机电设计，无需利用分度系统去移动、旋转和堆积产品。设计中未采用拖动带、皮带中转，或者无需在逆行的包装材料和机器人之间装卸产品。由于在高速条件下，拖动带的运动不够平稳，无法正确装卸产品，因而机械的流线化设计至关重要。箱体的分段传输由Schneider电气公司的PLC进行控制。

　　机器人软件库的模块化和可复用特性赋予工程师无需额外编程就可以轻松调整机器人手臂尺寸、运动轮廓、传送带高度带以及抓取距离等的能力。添加机器人单元时，只需不到一分钟的时间就可以决定机器人的数量。在编程环境中每个机器人都是一个任务，而且该任务可以轻而易举地在PacDrive控制器程序中进行添加和删除。

　　集成架构有助于缩减设计时间

　　Combi包装系统公司是一家技术领先的美国箱式包装设备制造商，该公司采用的直接标记访问技术可以使工程操作和编程时间缩减10%～30%左右。

　　Combi公司供应一系列的箱式包装机，包括落差装箱机、抓取和放置单元以及卧式装载机，还有箱式包装线中的箱体支放系统。不过，面对客户的不同需求，仍要求Combi公司去寻访更多的可扩展机器控制器。Combi公司最终选用Allen-Bradley公司的CompactLogixTM可编程自动化控制器(PAC)作为所有机器的主控制系统，这样做的主要原因在于那些非常熟悉的客户早已将其用作控制器平台了。

　　转向这一方法的主要好处之一在于只需在RSLogixTM 5000编程软件中一次性定义机器的代码标记，此后就可以无限次地复用对应的数据库记录。

　　“过去，在我们的机器上进行PLC标记编程非常复杂，需要大量的工作，以及额外的控制器和其他引入标记的设备，” Combi公司的一名电气工程师 Brian Boltz说，“不过现在好了，标记保持在控制器里，我们可以在系统的任何地方引用它们，这可以极大地缩短我们的开发时间。”

　　这种直接标记访问技术是开发客户故障检修和诊断的“状态筛选”功能的主要推动力。状态筛选系统跟踪机器事件的先后顺序，允许维护人员监视实时PanelView终端上的图块，从而轻松地识别和诊断任何问题。

　　Combi系统还有标准化的智能电机控制解决方案，可以减少电机接线时间，保证协同运动性能。运动的协同性有助于Combi系统提高其抓取和放置系统的速度和产能，帮助最终用户成倍削减平均工作循环。工程师可以无缝连接变频驱动，伺服驱动和Allen-Bradley公司的MP系列及TL系列伺服电机，以便最大化产能，延长机器结构和安装框架的使用寿命，加强电机的诊断和监控。