無論是處理餅干、牙膏、醫(yī)藥或化妝品，合同包裝商都總是處于要快速做出改變生產(chǎn)模式以滿足其客戶的各種紙板包裝要求的壓力之下。為了滿足這種需要，伊利諾伊州Northlake地區(qū)的合同包裝商Packaging Division Industries有限責(zé)任公司（PDI）安裝了Ultra Packaging公司的伺服驅(qū)動的垂直紙板包裝機(jī)。位于伊利諾伊州Bensenville的原始設(shè)備制造商Ultra Packaging公司生產(chǎn)紙板包裝設(shè)備，為包裝行業(yè)提供服務(wù)已經(jīng)超過了13年，熟悉其客戶在改變生產(chǎn)模式方面所面臨的挑戰(zhàn)。 [align=center] 圖1：使用伺服系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：紙板豎起軸的電子凸輪線 可以精確控制產(chǎn)品位置，與傳送帶的速度同步。[/align] 傳統(tǒng)的垂直紙板包裝機(jī)依賴于機(jī)械動力軸和連桿將紙板箱直立起來并使之在機(jī)器上移動。在尋求改善機(jī)器有效運(yùn)行時(shí)間的過程中，Ultra Packaging公司分析了機(jī)械紙板包裝機(jī)的不足之處，包括機(jī)器維護(hù)和故障檢修所需的時(shí)間，更重要的是隨產(chǎn)品改變而轉(zhuǎn)換包裝機(jī)所需的時(shí)間。該公司想簡化這些任務(wù)，減少執(zhí)行這些任務(wù)所要做的工作。 　　 在其最新的機(jī)器設(shè)計(jì)中，Ultra Packaging公司采用了全伺服GEN III包裝自動化方案，成功地將其垂直紙板包裝機(jī)上面的機(jī)械控制運(yùn)動轉(zhuǎn)換成了來自于Bosch Rexroth公司電子驅(qū)動及控制技術(shù)小組的伺服馬達(dá)及驅(qū)動系統(tǒng)。 　　 為了理解垂直紙板包裝機(jī)上的伺服控制運(yùn)動所帶來的好處，我們來看看Ultra Packaging公司的Veronica紙板包裝機(jī)的功能。伺服馬達(dá)用來控制機(jī)器的關(guān)鍵部位，提供紙板箱、產(chǎn)品、紙板合頁褶縫與粘接的精確同步。平的空白卡紙直立起來形成紙板箱，然后被放到穿過機(jī)器的傳送帶上。在這個(gè)過程中，紙板箱底部封閉，產(chǎn)品從紙板箱頂部的開口裝進(jìn)去。然后紙板箱上部封閉、膠合。整個(gè)過程必須由伺服系統(tǒng)緊密同步，以避免機(jī)器頻繁卡住紙板箱。 　　 在這個(gè)過程中，使用了七個(gè)Bosch Rexroth EcoDriver Cs驅(qū)動器和MSC小型交流伺服馬達(dá)提供機(jī)器的同步化、凸輪分配和粘接功能。伺服驅(qū)動器用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的SERCOS數(shù)字光纖網(wǎng)絡(luò)控制，為系統(tǒng)里的每個(gè)交流伺服系統(tǒng)提供32位的命令信號和診斷分析反饋。 　　 該機(jī)器沒有使用傳統(tǒng)的可編程控制器做運(yùn)動控制，而是用Bosch Rexroth的高性能PPC（PowerPC）運(yùn)動與運(yùn)動控制器進(jìn)行控制。這個(gè)緊湊的架式系統(tǒng)在所有軸向上都提供了全部同步化運(yùn)動，以及對機(jī)器上的24伏直流I/O連接的邏輯編程。模擬I/O連接到以可調(diào)速度運(yùn)行紙板匣子和出料傳送帶的兩個(gè)交流驅(qū)動器上。Ultra Packaging選擇這個(gè)控制系統(tǒng)是看中了其多軸向同步化能力及其堵塞或掉電后無需復(fù)位就可恢復(fù)生產(chǎn)的能力。 Veronica的伺服控制使我們的生產(chǎn)線開機(jī)時(shí)間更長而關(guān)機(jī)時(shí)間、故障檢修和維護(hù)時(shí)間都更短。 對于Ultra Packaging公司來說，Veronica型號這種以伺服系統(tǒng)為中心的設(shè)計(jì)是第一次，而這種設(shè)計(jì)在業(yè)界也比較獨(dú)特。Veronica提供每分鐘20到120個(gè)的持續(xù)式或間歇式紙板包裝速度，所支持的紙板箱規(guī)格范圍很廣，從小至2×0.75×4.5英寸，到大至10×4×12英寸。而其最主要的特點(diǎn)就是所說的快速而簡單的生產(chǎn)模式切換能力。 　　 Ultra Packaging公司副總裁Bob Stockus表示，“對于需要頻繁切換生產(chǎn)模式的合同包裝商或其它涉及包裝的企業(yè)來說，與常見的30到90分鐘的機(jī)械改變所需時(shí)間相比，Veronica 10分鐘的典型切換時(shí)間是一個(gè)頗具吸引力、可節(jié)省成本的特點(diǎn)?！? 　　 據(jù)Stockus稱，一個(gè)生產(chǎn)商從寬度（從左到右的尺度）為7.5英寸的谷類食品包裝盒到寬度為1.75英寸的牙膏盒只需要3秒鐘時(shí)間，而在機(jī)械式紙板包裝機(jī)上做這種切換需要10到12分鐘。與此類似，垂直方向上（深度）的尺度改變大約需要3秒鐘，而機(jī)械式紙板包裝機(jī)需要5分鐘。 　　 Veronica的操作員可以通過人機(jī)接口面板修改多達(dá)50項(xiàng)的紙板箱大小設(shè)定值。Ultra Packaging還增加了一項(xiàng)特性，使每個(gè)產(chǎn)品在HMI屏幕上以圖像方式顯示，而不是以產(chǎn)品代碼或編號的形式。這就使操作員能夠更快地識別出產(chǎn)品，從而易于更方便地做出修改操作。 　　 Stockus表示，“Rexroth伺服系統(tǒng)和PPC的結(jié)合使用使Veronica的操作員簡單的點(diǎn)擊HMI屏幕上的圖標(biāo)就可修改產(chǎn)品尺寸。這使得合同包裝商客戶能顯著地縮短關(guān)機(jī)時(shí)間，提高產(chǎn)品切換能力。而更強(qiáng)的能力意味著更高的利潤?！? 　　 Stockus說，運(yùn)動控制的同步化是設(shè)計(jì)Veronica時(shí)的最大挑戰(zhàn)。Ultra Packaging公司使用的第一個(gè)伺服系統(tǒng)由另外一家供應(yīng)商提供，配置成五個(gè)獨(dú)立的伺服驅(qū)動器，這樣在實(shí)現(xiàn)精確度和同步化方面就有問題。公司于是評估了其它供應(yīng)商的多種技術(shù)。他們考慮了技術(shù)、價(jià)格、在食品和包裝業(yè)界的應(yīng)用知識、以及預(yù)期能從供應(yīng)商那里得到的技術(shù)支持水平。Stockus認(rèn)為公司選擇了Bosch Rexroth公司作為供應(yīng)商是因?yàn)榭粗亓撕笳咴诎b行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，及其伺服系統(tǒng)/PPC包裝技術(shù)的多軸向同步化能力。影響Ultra Packaging公司決定的另一個(gè)特點(diǎn)就是，Rexroth公司的伺服系統(tǒng)在堵塞或掉電后不需要復(fù)位。系統(tǒng)會記住馬達(dá)傳動軸的位置，這一特性將機(jī)器的恢復(fù)速度提高了80%之多。 　　 紙板包裝機(jī)伺服控制的合頁折疊功能是一個(gè)快速恢復(fù)的例子，在業(yè)界這是比較獨(dú)特的功能，因?yàn)橥ǔ＿@是一個(gè)機(jī)械式的操作。Stockus表示，“將這種運(yùn)動轉(zhuǎn)為伺服控制方式的好處在于，機(jī)器的程序可以設(shè)置為紙板箱合頁折疊失敗而導(dǎo)致堵塞時(shí)停下來，避免導(dǎo)致?lián)p壞。此外，有警示燈向操作員發(fā)出堵塞警報(bào)。HMI的觸摸屏上會顯示出堵塞發(fā)生的位置，而機(jī)器會快速的復(fù)位到適當(dāng)?shù)奈恢?。? [align=center] 圖2：Ultra Packaging 公司的伺服驅(qū)動的Veronica 垂直紙板包裝機(jī)對 于需要在包裝作業(yè)時(shí)快速改變生產(chǎn)模式的最終用戶 及合作包裝商來說是理想的機(jī)器。[/align] [align=center] 圖3：Veronica用Bosch Rexroth的PPC運(yùn)動及邏輯控制器進(jìn)行控制， 通過SERCOS光纖網(wǎng)絡(luò)指揮其小巧的驅(qū)動器。[/align] 相反，機(jī)械式合頁折疊機(jī)上發(fā)生堵塞將會損壞紙板箱（可能會損壞一連串），并需要使用扳手或其它工具重新調(diào)整機(jī)器的產(chǎn)品位置。Rexroth公司的伺服馬達(dá)、驅(qū)動器和PPC配合工作，自動重新設(shè)定位置，記住原有位置并執(zhí)行糾正動作，所以不會損失紙板箱。解決這種類型的堵塞所需花費(fèi)的時(shí)間也顯著縮短。平均說來，伺服系統(tǒng)解決一個(gè)堵塞問題需要的時(shí)間不到2分鐘，而相應(yīng)的機(jī)械式設(shè)備解決相同的問題需要長達(dá)10分鐘的時(shí)間。 　　 伺服控制的另外一個(gè)好處就是間歇性運(yùn)動曲線是自動計(jì)算的，可以在多種生產(chǎn)速度和相應(yīng)的產(chǎn)品尺寸下保持裝料時(shí)的適當(dāng)停留。類似的，紙板豎起軸的電子凸輪線實(shí)現(xiàn)了精確的產(chǎn)品定位，與傳送帶的速度同步，而真空卸模杯的高速縮回避免了對運(yùn)動的機(jī)器部件的干擾。 　　 Stockus認(rèn)為伺服系統(tǒng)和機(jī)器的設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)在于： 　　■使用預(yù)先設(shè)定的配置單進(jìn)行快速切換，快速識別堵塞情況，即時(shí)解決問題恢復(fù)生產(chǎn)，顯著縮短了關(guān)機(jī)時(shí)間； 　　■具有扭矩設(shè)置，在發(fā)生堵塞時(shí)向機(jī)器發(fā)出信號關(guān)機(jī)，避免損壞紙板箱，防止在罕見情況下操作員被掛住衣服而受到傷害； 　　■消除了對滾軸鏈的使用，轉(zhuǎn)而采用定時(shí)皮帶，與使用滾軸鏈的包裝機(jī)相比，機(jī)器上需要潤滑的點(diǎn)減少了75%。 　　 PDI公司是Ultra Package公司的第一批意圖在生產(chǎn)線上添置Veronica垂直紙板包裝機(jī)的客戶之一。PDI公司的維護(hù)經(jīng)理Rey Interian表示，公司購買包裝機(jī)是為了擴(kuò)大其54萬平方英尺廠房的生產(chǎn)容量。PDI公司主要為需要對餅干或其它產(chǎn)品進(jìn)行多種單位包裝的零售和倉儲企業(yè)提供服務(wù)，所以Interian將PDI公司面臨的最大挑戰(zhàn)定義為快速切換生產(chǎn)模式、快速啟動以及總體的多樣性產(chǎn)品處理能力也就不奇怪了。 　　 對于PDI公司來說，伺服驅(qū)動的主要優(yōu)勢在于消除了在切換生產(chǎn)模式時(shí)對紙板箱長度和深度的手工調(diào)節(jié)。Interian還列出了伺服驅(qū)動包裝機(jī)的其它好處，包括生產(chǎn)速度、生產(chǎn)定位精確度、紙板箱大小多樣性、以及減少維護(hù)工作量。Interian認(rèn)為，“這種包裝機(jī)使PDI提高了15%的生產(chǎn)率，當(dāng)然具體的數(shù)字還與被包裝的產(chǎn)品有關(guān)。典型的生產(chǎn)模式切換時(shí)間從相當(dāng)?shù)臋C(jī)械式包裝機(jī)所需要的將近6小時(shí)縮減到了Veronica的30分鐘。” 　　 Interian還指出，快速的故障點(diǎn)識別功能使操作員能夠快速解決堵塞問題或其它問題，并將包裝機(jī)恢復(fù)到生產(chǎn)狀態(tài)，這種過程需要的時(shí)間是機(jī)械式包裝機(jī)所需時(shí)間的幾分之一。Interian還認(rèn)為定時(shí)皮帶的使用是關(guān)鍵因素，因?yàn)橄鄬τ谶\(yùn)行于導(dǎo)軌上的滾軸鏈而言，定時(shí)皮帶顯著降低了噪音水平。他表示，“定時(shí)皮帶對于操作人員來說更為安全，因?yàn)橐坏┌l(fā)生意外，金屬制成的滾軸鏈和突緣帶來的傷害后果比Veronica的定時(shí)皮帶所帶來的要嚴(yán)重?！? 　　 Interian說，“使包裝機(jī)保持運(yùn)轉(zhuǎn)對于像我們這樣的業(yè)務(wù)來說顯然是至關(guān)重要的，因?yàn)槲覀円诟痰倪\(yùn)行期內(nèi)處理大量不同的產(chǎn)品尺寸和配置。Veronica的伺服控制使我們能夠在維持生產(chǎn)狀態(tài)的時(shí)間更多，而切換生產(chǎn)模式、故障檢修和維護(hù)所需的關(guān)機(jī)時(shí)間更短。自然，這樣就使得PDI公司擁有了更大的處理多種產(chǎn)品的能力，從而能為我們的客戶提供更高效率的服務(wù)。”