摘要：MatrixPackaging：PC控制、EtherCAT和采用單電纜技術的AM8000系列伺服電機節(jié)省了控制柜空間，降低了成本。

1.引言

MatrixPackaging公司總部位于威斯康星州索克維爾，在研發(fā)立式袋成型充填封口機領域擁有20多年的豐富經驗。公司最新推出的Metis™型號在美國拉斯維加斯舉行的2013年美國國際包裝展覽會（PackExpo2013）上首次在公眾面前亮相，如圖1所示，它在效率和性能上都設立了新的里程碑。借助Beckhoff基于PC的控制技術，使不同的產品和包裝生產線、機器每分鐘能夠靈活地填充1...180個包裝袋。

2.新型MatrixMetis是最新一代的垂直成型、填充和封口（VFFS）機介紹

MatrixPackagingMachinery公司副總裁兼總經理MarcWillden說道。“Metis是專為滿足食品行業(yè)，擁有強勢地位的市場的各種需求而設計的，非常適合用于包裝奶酪、咖啡、零食、糖果等。”Matrix的客戶還包括包裝諸如家庭裝飾品公司。

“Metis的特別之處在于它運行時會有連續(xù)運動，顯著提高了其生產能力和吞吐量。一方面，它也需要更高程度的自動化。”Willden解釋道。因為袋子薄膜連續(xù)移動，且用于給飛速運行的包裝袋封口的機械爪通過EtherCAT同步。Metis也特別適合用于高速加工小型包裝袋薄膜。視具體的生產線，機器每分鐘能夠加工1?.180個包裝袋。這種靈活性可確保最佳的產品流和更高質量的包裝。

控制系統架構包括一臺CX5020嵌入式控制器、15英寸的CP2915多點觸控控制面板、EtherCATI/O端子模塊、AX5000系列EtherCAT伺服驅動器和采用單電纜技術的AM8000系列伺服電機以及TwinCATNC，如圖3所示。

圖1 Metis™連續(xù)運動機器

圖2 立式袋成型充填封口機

圖3 CX5020嵌入式控制器

一臺CX5020嵌入式控制器負責控制整臺機器,包括運動控制和可視化運動控制系統由AX5000系列EtherCAT伺服驅動器和采用單電纜技術的AM8000系列伺服電機構成。其結果是在OMACPackML標準的基礎上打造了一臺最先進的設備。“自從2011年10月起，MatrixPackaging一直是ProMach集團旗下一員，其中有超過20個品牌致力于包裝技術。ProMach是PackML標準最忠實的信徒。PackML具有標準化操作模式的管理和通訊的結構特點，可以提供即時透明性。它還減少了工程和整合成本，提高生產力，并提供經過改進的診斷功能。所有這些優(yōu)點給我們的客戶帶來了真正的附加價值。”MarcWillden如此說道。

3.先進的多點觸控HMI理念

“我們決定使用多點觸控技術是因為Beckhoff能夠提供明亮、高品質的顯示器。”MatrixPackaging公司電氣工程師MikeKrummey解釋道。他接著說道：“PackML需要一個相當大的用戶界面，這在一臺傳統的6英寸屏幕上將很難實現。Metis現在配備了一臺15英寸多點觸控屏CP2915，我們以前使用的面板與其成本差不多，但由于采用的是單點觸控界面和傳統的塑料外殼，在外觀上就難看很多。”MatrixPackaging團隊對多點觸控功能，如滾動能力的增強及雙手操作能力印象非常深刻。“如果操作人員不小心移除了機器上的保護屏障，他的雙手總是在一個安全的位置，即使是在機器運行時。”Krummey指出。采用先進的多點觸控技術的高品質15英寸控制面板是Metis™的另一個亮點，如圖4所示。

圖4 15英寸控制面板

4.針對PLC運動控制和可視化的集成式平臺

結構緊湊的DIN導軌安裝式CX5020嵌入式控制器用作PLC運動控制和可視化的集成平臺。它控制所有的程序，方便了與生產線下游組件的通信，同步送料器與Metis機器過程、觸發(fā)機械袋密封夾板等。同時它還控制著兩臺用于處理三根運動軸的AX5000系列EtherCAT伺服驅動器。MatrixPackaging只需要兩個伺服驅動器，通過雙通道AX5000驅動器和單通道AX5000驅動器運行三個運動軸。運動曲線通過TwinCATNC凸輪功能實施。

5.單電纜技術降低了布線成本

“通過選擇采用單電纜技術（OCT）的AM8000系列伺服電機，我們更加簡化了運動控制。OCT具有高效特點，符合我們的機器理念。”MikeKrummey解釋說。“單電纜技術的使用幫我們節(jié)省了很多小零件，讓我們的布線工作減少了50％。”如圖5所示。

圖5 Beckhoff的單電纜技術

6.EtherCAT提供無限的可擴展性和互操作性

除了EtherCAT用作I/O和運動控制總線系統時出色的性能表現之外，MatrixPackaging對系統的可擴展性和互操作性以及各種EtherCATI/O特殊功能端子模塊大加贊譽。其中就包括EL3681數字萬用表端子模塊，它是一款經濟的電力監(jiān)控端子模塊。“舉例來說，如果操作人員在運行電壓不足的VFFS設備，報警監(jiān)控器會觸發(fā)緊急停止并報告電源有問題。”MikeKrummey解釋說道。“與單獨的解決方案相比，這一集成式端子模塊是一個更經濟高效的選擇。”

機器控制系統和現場總線將無法跟上MatrixPackaging的創(chuàng)新能力和發(fā)展?jié)摿Φ膯栴}都已經成為過去。“令人印象深刻的是，我們的Metis機器機只使用了新控制平臺不到1％的性能。”MarcWillden補充說道。“基于PC的控制系統和EtherCAT有充足的性能儲備滿足未來的所有需求。”

7新的平臺可以節(jié)省空間和成本

通過使用Beckhoff的控制平臺減少機器的占地面積是MatrixPackaging實現的另一個主要目標。由于控制組件采用緊湊型設計，Metis的電氣柜比配備傳統PLC的樣機短了約6英寸（15厘米）。“控制柜組裝花費的時間要少得多，不僅因為電機采用單電纜技術，而且由于EtherCAT端子模塊采用了智能設計。EtherCAT將我們的控制柜接線成本減少了30％到40％。”MikeKrummey說道。

“雖然Metis具有更高的性能和更多的功能，基于PC的控制系統的成本比我們原先計劃的PLC解決方案要減少約10％，即使添加了多點觸控用戶界面。”MarcWillden闡述道。“Beckhoff的自動化方案與專注于公認標準的態(tài)度與MatrixPackaging的公司理念非常貼合。我們避免使用任何專用的機械或電氣組件，因為我們更喜歡那些在行業(yè)中有成熟應用的標準產品和技術。”因此，MatrixPackaging正在考慮將其它機器生產線移植到Beckhoff的PC控制平臺中。