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良好的規(guī)劃、模塊化的設(shè)計(jì)以及最新的運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器視覺(jué)和軟件方法等將帶來(lái)更小巧的機(jī)器、更快的轉(zhuǎn)換時(shí)間以及更高的生產(chǎn)率。
雖然包裝過(guò)無(wú)數(shù)產(chǎn)品的各種包裝機(jī)械并不算是新事物，但是當(dāng)今的自動(dòng)化技術(shù)提供了一個(gè)全新的包裝率水平。大部分以前的自動(dòng)化局限于一種架構(gòu)，它通過(guò)由主電機(jī)驅(qū)動(dòng)的大型機(jī)械動(dòng)力軸、動(dòng)力設(shè)備和執(zhí)行器來(lái)完成各種包裝功能。這些所謂的第一代包裝機(jī)不能提供或提供很少的變速操作。這樣，術(shù)語(yǔ)“自動(dòng)化孤島”同樣具體地形容了包裝線。
現(xiàn)在的情況已大不相同。當(dāng)今的第三化包裝機(jī)都是電動(dòng)的，它具有伺服控制并通過(guò)先進(jìn)的性能如電子傳動(dòng)裝置和凸輪系統(tǒng)將多軸運(yùn)動(dòng)緊密地同步化。這個(gè)演變過(guò)程中至少還插入一個(gè)階段——第二代的混合包裝機(jī)，它大部分運(yùn)用機(jī)械自動(dòng)化，但在一些關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)插入伺服控制。第二代包裝機(jī)擁有很大的安裝基礎(chǔ)，并仍在許多應(yīng)用中處于統(tǒng)治地位。
規(guī)劃非常重要
任何一個(gè)包裝線自動(dòng)化項(xiàng)目必須從一個(gè)整體的規(guī)劃開(kāi)始。Dan Throne, Bosch Rexroth 公司電氣驅(qū)動(dòng)和控制業(yè)務(wù)部門(mén)的食品和包裝行業(yè)經(jīng)理，建議一個(gè)3步的規(guī)劃，它聚焦于決定項(xiàng)目的需要、選擇正確的自動(dòng)化伙伴以及評(píng)估長(zhǎng)期的目標(biāo)和成本。
Throne 將生產(chǎn)量、精度和轉(zhuǎn)換時(shí)間列為主要參數(shù)，用于衡量所需要的自動(dòng)化水平，包括包裝線的總體布局和用于處理指定成套產(chǎn)品的生產(chǎn)線數(shù)量。這需要OEM和自動(dòng)化伙伴。他推薦在選擇OEM之前選擇自動(dòng)化伙伴，從而保證與最新技術(shù)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的專家保持緊密的聯(lián)系。
Forte Industries (Mason,OH),一個(gè)專門(mén)從事改進(jìn)供應(yīng)鏈分配操作的知名專業(yè)公司，也強(qiáng)調(diào)整體的規(guī)劃和多步驟的方法使自動(dòng)化方案獲得成功?！爸匾曣P(guān)鍵的業(yè)務(wù)需求。了解你的生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)量及相關(guān)事項(xiàng)。控制的復(fù)雜性與過(guò)程的復(fù)雜性緊密相關(guān)。”Forte公司的系統(tǒng)顧問(wèn)David Gealy這樣說(shuō)。
Bill Tyng, Forte公司的另一個(gè)顧問(wèn)，建議要檢查產(chǎn)品的可變性和生產(chǎn)過(guò)程中的瓶頸。這些預(yù)備工作有助于評(píng)估包裝線的數(shù)量及體積要求等。一個(gè)自動(dòng)化項(xiàng)目應(yīng)按照概念設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的典型步驟進(jìn)行——據(jù)此來(lái)鑒別供應(yīng)商和發(fā)布用于報(bào)價(jià)的投標(biāo)書(shū)——接下來(lái)的工作由所選的廠商實(shí)現(xiàn)。
同樣，Omron Electronics的傳感器市場(chǎng)經(jīng)理David Grimmett說(shuō)：“包裝線的自動(dòng)化必須強(qiáng)調(diào)公司的業(yè)務(wù)需求以及純粹的技術(shù)問(wèn)題?！彼J(rèn)為，用于自動(dòng)化的成本需要5至10年的時(shí)間才能證明是合理的?！白詣?dòng)化的目標(biāo)在于更快的投運(yùn)以及用于短期生產(chǎn)的產(chǎn)品的快速轉(zhuǎn)換?！?
對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)的集成人員來(lái)說(shuō)，在向客戶發(fā)貨之前，在中央實(shí)驗(yàn)室中建立原型生產(chǎn)線進(jìn)行演示，這是正常的。
選擇結(jié)構(gòu)
PLC仍然在包裝線所有控制結(jié)構(gòu)中占統(tǒng)治地位，然而基于軟件和基于PC的控制呈上升趨勢(shì)。Omron的Grimmett認(rèn)為，PLC對(duì)PC的比例約是80對(duì)20。Bosch Rexroth也有相同的觀點(diǎn)。對(duì)于前兩代包裝機(jī)的大量安裝基礎(chǔ)，估計(jì)基于PLC的結(jié)構(gòu)仍保持勝過(guò)運(yùn)動(dòng)控制類型的結(jié)構(gòu)，其比例大概為70比30。
Forte Industries的Tyng認(rèn)為，控制結(jié)構(gòu)的類型取決于誰(shuí)將支持這個(gè)系統(tǒng)。一些用戶對(duì)于PLC有著特別的偏愛(ài)。“它也取決于控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度。如果不具備支持PLC的專長(zhǎng)，那么PC控制就是你的選擇，”他補(bǔ)充說(shuō)。
直到最近，PLC結(jié)構(gòu)和HMI特性相結(jié)合在包裝機(jī)領(lǐng)域中才比較明顯。“現(xiàn)在對(duì)于全電氣化的機(jī)器，伺服控制的內(nèi)容非常重要，以致用戶主要關(guān)心這樣的問(wèn)題，例如‘我應(yīng)該使用哪種運(yùn)動(dòng)控制器？’或‘控制器需要哪些接口？’”Bosch Rexroth公司的Throne說(shuō)，PLC已成為可用于這一類全電氣化機(jī)器上的附加選擇，被降級(jí)到完成相對(duì)次要的控制任務(wù)。“但PLC仍然是滿足客戶提出的技術(shù)規(guī)格和要求的控制器”，他進(jìn)行補(bǔ)充。Elau Inc.——專門(mén)從事控制第三代包裝機(jī)解決方案的自動(dòng)化技術(shù)公司——強(qiáng)調(diào)在過(guò)去的5年中注重包裝自動(dòng)化是提高各種不同機(jī)器生產(chǎn)量的原因。成功來(lái)自于使用伺服控制，在同一個(gè)處理器上集成IEC61131-3運(yùn)動(dòng)和邏輯控制以及OMAC（Open Modular Architecture Controls 開(kāi)放、模塊化結(jié)構(gòu)控制）Plug-and-Pack Guideline(即插即封裝導(dǎo)則)的各種不同的創(chuàng)新部件。
運(yùn)動(dòng)控制的作用
根據(jù)Bosch Rexroth 的經(jīng)驗(yàn)，在當(dāng)前出售的包裝機(jī)中，30%~40%有伺服驅(qū)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)控制。令人吃驚的是，根據(jù)Throne所說(shuō)，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，第三代和第一代機(jī)器之間的成本差別相當(dāng)小。部分的原因在于前者的機(jī)械部件減少了80%，而機(jī)械部件會(huì)帶來(lái)?yè)p耗和增加維護(hù)費(fèi)用。Omron的Grimmett預(yù)計(jì)在新的包裝設(shè)備中會(huì)有更高比例的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)。
以前的包裝“自動(dòng)化”典型地使用一個(gè)具有變速箱、鏈條和滑輪等的主電機(jī)來(lái)傳送動(dòng)力和扭距到需要的地方。這也意味著轉(zhuǎn)換的時(shí)間需要幾個(gè)小時(shí)，例如改變紙箱包裝機(jī)上紙箱的大小?！艾F(xiàn)在使用的（到伺服電機(jī)的）編碼器反饋可以快速地調(diào)整導(dǎo)軌或其他包裝機(jī)械的功能?！盙rimmett解釋說(shuō)。
出乎工程人員的想象，對(duì)增強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制來(lái)說(shuō)，幾乎沒(méi)有什么限制。在采用先進(jìn)技術(shù)的終點(diǎn)，有自動(dòng)化的連接板，它拼接包裝材料的一個(gè)滾筒到緊鄰位置，因而操作員不需要停止機(jī)器的運(yùn)行就能裝載一個(gè)新的滾筒。伺服控制還能在生產(chǎn)線的尾端幫助包裝物或瓶子進(jìn)行定向以用于檢驗(yàn)或粘貼標(biāo)簽。 |
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