自從通用運(yùn)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(jī)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(jī)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(zhǔn)控制的先進(jìn)運(yùn)動控制軟件是包裝機(jī)械的基本要求，其中嚴(yán)密協(xié)同的多軸運(yùn)動控制也無處不在。 　　如今，高柔性運(yùn)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(shí)也是莫大的機(jī)遇，新型運(yùn)動控制產(chǎn)品變得愈發(fā)強(qiáng)勁而緊湊，新的體系結(jié)構(gòu)可以為范圍更廣的包裝機(jī)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(yùn)動控制解決方案的持續(xù)進(jìn)展及其為包裝機(jī)械提供的越來越好的全面解決方案。 　　自動包裝機(jī)使管狀制袋的交付時(shí)間減半 　　來自西門子公司的新型制袋機(jī)綜合自動化套件可以使產(chǎn)品交付時(shí)間的縮減高達(dá)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(zhǔn)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(jī)和流式包裹機(jī)所需的特性，而且還可以擴(kuò)充其他高級選項(xiàng)。硬件組成包括基于驅(qū)動器的SIMOTIOND運(yùn)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(yùn)動控制器允許在單一設(shè)備中實(shí)現(xiàn)PLC和運(yùn)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(zhǔn)的包裝機(jī)械自動化指導(dǎo)原則進(jìn)行開發(fā)的運(yùn)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(jī)，包括橫向熱封，帶色標(biāo)校正或滑動補(bǔ)償?shù)谋∧に瓦M(jìn)，預(yù)進(jìn)料，以及帶自整定的溫度控制。 　　軟件庫可以簡化機(jī)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(shí)現(xiàn)所需的變化。 　　單獨(dú)的部件控制包括回零、點(diǎn)動和位置偏置設(shè)定等，都由手動模式完成。試車和機(jī)器初始化也由手動模式完成，同時(shí)可以獲得操作裝置上提供的診斷信息的支持。 　　在自動運(yùn)行中，機(jī)器的運(yùn)動部件保持協(xié)調(diào)一致。當(dāng)定量給料、薄膜送進(jìn)和橫向熱封等運(yùn)動必須匹配時(shí)需要自動運(yùn)行。優(yōu)化機(jī)器的循環(huán)節(jié)拍需要采用運(yùn)動覆蓋技術(shù)，一種稱為“同步分組點(diǎn)動”的功能可以為不停機(jī)運(yùn)行提供部件級運(yùn)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(jī)械的制造商，正在使用Easy Set套件。在新型連續(xù)運(yùn)動立式制袋機(jī)上應(yīng)用該套件使該機(jī)器僅用了一半預(yù)計(jì)時(shí)間就得以完成，由于不必親自實(shí)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(jī)器的性能。 　　基于以太網(wǎng)的運(yùn)動控制簡化超高速直線貼標(biāo)機(jī) 　　采用以太網(wǎng)Powerlink運(yùn)動控制部件簡化了Harland機(jī)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(jī)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(jì)我們的電氣系統(tǒng)，這意味著我們能夠?yàn)榭蛻舾旖莸貥?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(jī)，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(jìn)的硬件和配線工作量，該機(jī)型可以在一分鐘內(nèi)為多達(dá)275個(gè)產(chǎn)品在前后兩面貼裝壓敏標(biāo)簽。 　　Harland公司的直線機(jī)型主要由兩大基礎(chǔ)構(gòu)成。核心機(jī)器具有六個(gè)伺服電機(jī)軸，處理產(chǎn)品在傳輸器上的送進(jìn)、定位和穩(wěn)定；再配上具有一對步進(jìn)電機(jī)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(jī)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(yùn)動控制硬件實(shí)時(shí)下達(dá)指令。主控制器和貼標(biāo)頭分別需要若干高速輸入以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品對準(zhǔn)，主控制器還必須動態(tài)調(diào)整電子凸輪的運(yùn)動輪廓以實(shí)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(jī)型需要七套獨(dú)立的運(yùn)動控制器來實(shí)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(jī)上安裝的所有伺服驅(qū)動器和I/O都由菊花鏈?zhǔn)揭蕴W(wǎng)電纜進(jìn)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(gè)技術(shù)領(lǐng)先的印刷和標(biāo)簽系統(tǒng)制造商在三個(gè)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(yàn)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(xiàng)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(shí)運(yùn)行的多重打印機(jī)，且Imaje公司的打印機(jī)采用連續(xù)供墨進(jìn)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(shí)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(jī)箱中同時(shí)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(qiáng)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)PLC的容量。TwinCAT PLC可以集成四個(gè)多任務(wù)PLC，在每個(gè)PLC運(yùn)行系統(tǒng)中都可以包含四個(gè)任務(wù)。開發(fā)和運(yùn)行系統(tǒng)可以由單一PC完成，也可以通過TCP/IP進(jìn)行遠(yuǎn)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(gè)安全數(shù)據(jù)庫中下載一條絕對代碼，并以Imaje噴繪打印機(jī)標(biāo)識每一件產(chǎn)品。系統(tǒng)可以為多達(dá)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(yàn)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(cuò)設(shè)計(jì)。 　　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(dú)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(jī)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(dú)特之處在于它被設(shè)計(jì)成完全自主的、能立即使用的模塊，能夠安裝在輥?zhàn)由戏阶鳛榱⑹酱a放單元使用。該單元將單個(gè)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(gè)托盤空間的大包裝。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的真空抓取器拾取單個(gè)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(yùn)動邏輯平臺，可以為多達(dá)16個(gè)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(dá)1000條PLC語句，而且在單一硬件單元中整合了邏輯和運(yùn)動控制。該系統(tǒng)采用IEC 61131-3和PLCopen，具備針對直線六軸插補(bǔ)、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(gè)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(yùn)動。目前的操作配置為四個(gè)主控軸加上兩個(gè)手動軸，還可以滿足簡單的比例縮放需求。 　　機(jī)器人頂部裝載機(jī)采用最新取放技術(shù) 　　一種機(jī)器人頂部裝載裝箱機(jī)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(jìn)料和事件索引系統(tǒng)，并應(yīng)用了Pack ML標(biāo)準(zhǔn)包裝庫函數(shù)。 　　Model TL-10型機(jī)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(jī)進(jìn)料后，料口傳輸系統(tǒng)將產(chǎn)品傳送到裝載站，并在每個(gè)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(jī)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(gè)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(jī)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(zhǔn)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(jī)器狀態(tài)模型、以及包裝機(jī)之間的通訊約定“標(biāo)簽”的命名規(guī)則。一項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)舉在于將ISA S88批次制造標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)引入包裝過程，為一臺機(jī)器與另一臺之間創(chuàng)立了獨(dú)立于機(jī)器制造商的、更好的接口關(guān)系。 　　AdabotTM 為包裝機(jī)添加機(jī)器人 　　來自Fallas自動化公司的R700 AdabotTM機(jī)器人裝箱機(jī)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(jī)器人單元來提升產(chǎn)能的系統(tǒng)。機(jī)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(dá)四臺機(jī)器人單元，能擴(kuò)展機(jī)器人裝箱機(jī)，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(jī)器人模塊就能提供機(jī)器人單元的擴(kuò)展能力。一套機(jī)器人軟件庫可提供簡化應(yīng)用軟件開發(fā)的運(yùn)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(jī)器人還是通過編碼器實(shí)現(xiàn)與送進(jìn)皮帶的標(biāo)準(zhǔn)同步操作，并將其作為允許系統(tǒng)軟件為機(jī)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(jī)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(jī)器人可以執(zhí)行A、B和U包裝模式，或者任意組合，實(shí)現(xiàn)這一切只需在HMI上簡單調(diào)整配方。 　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 了一種精致的機(jī)電設(shè)計(jì)，無需利用分度系統(tǒng)去移動、旋轉(zhuǎn)和堆積產(chǎn)品。設(shè)計(jì)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(jī)器人之間裝卸產(chǎn)品。由于在高速條件下，拖動帶的運(yùn)動不夠平穩(wěn)，無法正確裝卸產(chǎn)品，因而機(jī)械的流線化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。箱體的分段傳輸由Schneider電氣公司的PLC進(jìn)行控制。 　　機(jī)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(jī)器人手臂尺寸、運(yùn)動輪廓、傳送帶高度帶以及抓取距離等的能力。添加機(jī)器人單元時(shí)，只需不到一分鐘的時(shí)間就可以決定機(jī)器人的數(shù)量。在編程環(huán)境中每個(gè)機(jī)器人都是一個(gè)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(jìn)行添加和刪除。 　　集成架構(gòu)有助于縮減設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)間縮減10％～30％左右。 　　Combi公司供應(yīng)一系列的箱式包裝機(jī)，包括落差裝箱機(jī)、抓取和放置單元以及臥式裝載機(jī)，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(kuò)展機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器上進(jìn)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(shí)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(jī)器事件的先后順序，允許維護(hù)人員監(jiān)視實(shí)時(shí)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(zhǔn)化的智能電機(jī)控制解決方案，可以減少電機(jī)接線時(shí)間，保證協(xié)同運(yùn)動性能。運(yùn)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(jī)，以便最大化產(chǎn)能，延長機(jī)器結(jié)構(gòu)和安裝框架的使用壽命，加強(qiáng)電機(jī)的診斷和監(jiān)控。