利樂是全球領(lǐng)先的食品加工和包裝解決方案提供商,公 司秉承與客戶及供應(yīng)商緊密合作的宗旨，致力于每日為全球 超過 160 個國家的數(shù)億人口提供安全、富含營養(yǎng)的食品， 同時竭力將對環(huán)境的影響降至最低水平。在摩德納工廠，利 樂團(tuán)隊(duì)?wèi){借利樂?超高速 CAP40 型加蓋機(jī)成功達(dá)成了這一目 標(biāo)。該解決方案能能夠根據(jù)實(shí)際需求，每小時能完成 25,000 包飲料紙盒的加蓋任務(wù)。

　　利樂公司產(chǎn)品負(fù)責(zé)人 Gianmarco Di Eusebio 解釋道： “在新產(chǎn)品開發(fā)的每一個環(huán)節(jié)，我們都堅(jiān)定不移地認(rèn)為，認(rèn) 真傾聽并深入理解客戶的意見是至關(guān)重要的。鑒于這一點(diǎn)， 我們迫切需要一臺更加靈活、占地面積更小且系統(tǒng)產(chǎn)能更高 的設(shè)備。目前采用的一次用量包裝解決方案每小時僅能處理 9000 件產(chǎn)品，若要達(dá)到每小時 25,000 件的處理需求，就意 味著需要安裝三臺設(shè)備，且每臺設(shè)備都需要配備完整的送料 系統(tǒng)等輔助設(shè)備，同時，還需要騰出足夠的空間來安置這些 設(shè)備?！彼a(bǔ)充道，這臺新設(shè)備面臨著非常嚴(yán)苛的要求：一 方面，它必須實(shí)現(xiàn)極高的處理速度;另一方面，蓋體的復(fù)雜 3D 幾何形狀對涂膠作業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提出了極高的挑戰(zhàn)。

　　1 基于PC的解決方案打破既有局限性并顯著 提升數(shù)據(jù)透明度

　　利樂公司決定采用倍福基于 PC 的控制技術(shù)，主要基于 對其出色計(jì)算能力的深刻考量，這無疑是促成這一選擇的 決定性因素之一。利樂公司創(chuàng)新與分析生產(chǎn)線解決方案總監(jiān) Paolo Scarabelli 強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)的一個重要方面：“我們的 客戶對于高度數(shù)字化且互聯(lián)互通的系統(tǒng)的需求正不斷攀升。 倍?；?PC 的控制技術(shù)為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)提供了理想的基 礎(chǔ)。XTS 還使得原本依賴機(jī)械手段完成的工作能夠輕松地被先進(jìn)的軟件功能所替代，這標(biāo)志著我們在構(gòu)建數(shù)字化機(jī)器方 面又邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。例如，在利樂?超高速 CAP40 型加 蓋機(jī)上，我們憑借先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，成功打破了數(shù)字組件 與機(jī)械部件之間的傳統(tǒng)界限。在我們這個具體案例中，這意 味著我們能夠更全面地實(shí)現(xiàn)更多設(shè)備功能的數(shù)字化控制，從 而確保提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性?！?/p>

　　總體而言，更高水平的數(shù)字化極大地提升了數(shù)據(jù)的透明 度，這不僅顯著加速了產(chǎn)品更換的流程，還切實(shí)提高了產(chǎn)品 質(zhì)量。利樂公司技術(shù)專家 Fabio Bassisi 解釋道：“XTS 動 子可以作為獨(dú)立的伺服軸進(jìn)行控制，從而極大地簡化和加速 了新產(chǎn)品格式的引入，并且能夠充分利用軟件的靈活性。此 外，結(jié)合用于涂膠監(jiān)測的視覺系統(tǒng)，我們還能夠極為高效地 補(bǔ)償任何機(jī)械公差?！?如果視覺檢測系統(tǒng)檢測到涂膠位置偏 離了預(yù)定位置，軟件將在系統(tǒng)運(yùn)行中即時進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整， 通過調(diào)整雙層動子中與之相鏈接的動子凸輪表修正位置，以 確保涂膠位置精準(zhǔn)無誤。

　　Fabio Bassissi 繼續(xù)說道：“我們還采用了先進(jìn)的設(shè)備 健康監(jiān)測系統(tǒng)，以全面檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。所有這些因素 對于確保產(chǎn)品質(zhì)量及其最終成功都起著至關(guān)重要的作用。最 終，飲料容器必須達(dá)到密封可靠且無任何泄漏的標(biāo)準(zhǔn)，方可 被允許發(fā)送給終端客戶。”

　　2 實(shí)現(xiàn)高精度復(fù)雜運(yùn)動序列的可靠控制

　　利樂?超高速 CAP40 型加蓋機(jī)關(guān)聯(lián)的軸數(shù)量極為龐大， 實(shí)軸數(shù)量超過 120 個，并配有 10 個虛擬主軸，充分彰顯了 其運(yùn)動控制過程的高度復(fù)雜性。其中的大部分軸都用于配置 兩條并行的 XTS 系統(tǒng)，系統(tǒng)每條軌道長 4.5 米，并配備 55 個動子。此外，系統(tǒng)還配備了約 10 個旋轉(zhuǎn)伺服軸，專門用于包裝輸送、熱熔膠涂膠等任務(wù)。

　　為了確保蓋體能夠精準(zhǔn)地依據(jù)其三維幾何形狀進(jìn)行粘 合，必須精確同步控制 XTS 動子的運(yùn)動以及 X、Y、Z 方向 上的各類旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。此處的獨(dú)特之處在于，每對動子都通過 專門的工具結(jié)構(gòu)相互連接，但它們卻能在兩個平行安裝的 XTS 單元上獨(dú)立且協(xié)調(diào)地運(yùn)行。無論動子是在單個系統(tǒng)上 排列成一行，還是分布在兩個不同的系統(tǒng)上，控制軟件都 能充分利用其靈活性，確保所有動子始終保持完全同步的 運(yùn)動狀態(tài)。

　　據(jù)利樂公司包裝線嵌入式自動化部門總監(jiān) Stefano Flore 介紹，XTS 憑借其模塊化設(shè)計(jì)和出色的軟件功能，往 往能夠?qū)崿F(xiàn)極高的靈活性。例如，XTS 系統(tǒng)的軌道長度及動 子數(shù)量可根據(jù)具體需求調(diào)整，因此在開發(fā)產(chǎn)量更高或更低的 設(shè)備型號時，幾乎不會增加額外的工作量。此外，更換不 同的包裝格式以適應(yīng)各種填充量、包裝頂部形狀或蓋體等需 求，變得異常簡便快捷。我們只需在軟件中設(shè)定耦合動子間 距及兩個 XTS 系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)的新值即可。

　　Stefano Flore 還特別強(qiáng)調(diào)，XTS 動子所具備的獨(dú)立控 制能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了單純的產(chǎn)品輸送范疇：“當(dāng)蓋體被動子上 對應(yīng)的固定支架拾起后，最多六個同步動子組成一個作業(yè)批 次，協(xié)同進(jìn)行輪廓涂膠。為此，蓋體支架會通過機(jī)械耦合的 方式，與并行運(yùn)行的 XTS 系統(tǒng)的相關(guān)動子一起，在 X 軸和 Y軸上移動。在這個過程中，系統(tǒng)會自動補(bǔ)償任何可能存在的 公差，例如熱熔膠槍噴嘴所產(chǎn)生的公差。然后，將蓋體貼合 于包裝盒，并通過圖像處理技術(shù)嚴(yán)格監(jiān)測整個過程。XTS 還 會利用動子中精確控制的橫向力來維持恰當(dāng)?shù)慕佑|壓力，從 而確保涂膠過程的精準(zhǔn)無誤?！?/p>

　　這種力源自兩個相互耦合的龍門式動子之間精確的相 互作用。XTS 相較于機(jī)械系統(tǒng)的另一大顯著優(yōu)勢在于，它能 夠在軟件中集中獲取和處理海量信息。這樣不僅能迅速定位 系統(tǒng)參數(shù)的偏差，還能通過采取相應(yīng)措施來徹底規(guī)避這些 偏差。關(guān)于故障問題， Gianmarco Di Eusebio 補(bǔ)充道： “該系統(tǒng)的平均無故障工作時間(MTBF) 實(shí)現(xiàn)了超過一 倍的增長?！?/p>

　　3 控制技術(shù)確保了持續(xù)的高性能表現(xiàn)

　　利樂之所以選擇倍福的控制技術(shù)，是因?yàn)樗信c系統(tǒng)緊 密相關(guān)的組件都可以一站式獲取，從而確保了集成過程的無 縫對接與高效運(yùn)行。設(shè)備控制系統(tǒng)的核心組件是兩臺 C6032 超緊湊型工業(yè) PC ，它們用于運(yùn)行 HMI 應(yīng)用程序、兩個 XTS 系統(tǒng)、基于 TwinCAT NC PTP 的運(yùn)動控制以及 TwinCAT PLC。此外，單個控制單元還具備將多種功能(如設(shè)備仿真 等)進(jìn)行組合的能力。此外，所選的硬件平臺為日后擴(kuò)展更 多功能預(yù)留了廣闊的空間和潛力。更為關(guān)鍵的是，倍福的產(chǎn)品種類極為豐富，能夠精準(zhǔn)滿足用戶在計(jì)算能力、內(nèi)存擴(kuò)展 以及外形規(guī)格等多個方面的需求，從而確保系統(tǒng)能夠靈活適 應(yīng)未來的發(fā)展趨勢與需求。

　　在談及 TwinCAT 軟件的應(yīng)用體驗(yàn)時，Paolo Scarabelli 表示：“TwinCAT 能夠充分發(fā)掘并釋放基于 PC 的控制技術(shù) 的全部潛能，包括支持面向?qū)ο蟮恼Z言在內(nèi)的多種編程語 言、與 Visual Studio 的無縫集成、全面的網(wǎng)絡(luò)配置選項(xiàng)， 以及出色的多核處理能力。此外，該軟件結(jié)構(gòu)清晰，其良 好的開放性不僅讓我們能夠充分利用倍福提供的軟件庫資 源，還能輕松實(shí)現(xiàn)自有庫的無縫集成，從而打造出貼合特 定設(shè)備需求的定制化狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。我們在開發(fā)過程中廣 泛采用 TwinCAT Scope 進(jìn)行深入的分析工作?？傮w而言， TwinCAT 為我們提供了極為全面的支持，尤其是在實(shí)現(xiàn)我們 標(biāo)準(zhǔn)化軟件開發(fā)目標(biāo)的過程中?！?/p>

　　基于 PC 的控制技術(shù)憑借其開放性和靈活性， 在整個 領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要作用，他進(jìn)一步補(bǔ)充道：強(qiáng)大且開放 的 EtherCAT 通信系統(tǒng)為各類應(yīng)用提供了理想支持， 它能 夠無縫集成 I/O 端子模塊網(wǎng)段、安全功能以及驅(qū)動組件。 Stefano Flore 表示：“AX8000 憑借其極高的動態(tài)性能和精 確的運(yùn)動控制能力，展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。另外，它采用了 模塊化設(shè)計(jì)，外形小巧且應(yīng)用靈活多變，當(dāng)有需要時，能夠 輕松添加更多軸。AM8000 伺服電機(jī)在電機(jī)類型、功率、繞組類型等方面都可以定制配置，為達(dá)成上述目標(biāo)提供了有力 支持。”

　　利樂公司位于意大利摩德納的研發(fā)與技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)，在為其紙盒包裝開發(fā)的新一代加蓋機(jī)中，創(chuàng)新性地融入了倍福的 XTS磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)，成功達(dá)成了高質(zhì)量、高產(chǎn)量以及高工藝靈活性這三大核心目標(biāo)。

　　兩臺并行運(yùn)行的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)能夠以極高的速度和精度將塑料蓋精確貼合到包裝盒上，這一過程中還得到了由 AM8000 伺服電機(jī)驅(qū)動的其它運(yùn)動軸的輔助。

　　在 XTS 系統(tǒng)的上部區(qū)域，塑料蓋體被均勻地涂抹上了膠水，隨后，在系統(tǒng)的下部區(qū)域，塑料蓋體以肉眼幾乎難以辨識的超高速度被精準(zhǔn)無誤地粘貼到包裝盒上。

　　4 提供全方位支持，未來潛力無限

　　利樂公司高級設(shè)備分析經(jīng)理 Davide Borghi 認(rèn)為，在面 對要求如此嚴(yán)苛的應(yīng)用時， 自動化合作伙伴所提供的支持同 樣起著至關(guān)重要的作用：“在修改設(shè)備方案時，技術(shù)支持的 作用尤為重要。對于利樂?超高速 CAP40 型加蓋機(jī)而言，從 可行性測試階段伊始，這一點(diǎn)就顯得至關(guān)重要，尤其對于配 備 XTS 系統(tǒng)及其大量功能的應(yīng)用場景來說，更是具有特別的 意義。在任何情況下，所提供的技術(shù)支持都無可挑剔，無論 是與倍福意大利公司和德國專家的現(xiàn)場合作，還是與各層級 管理人員的協(xié)作配合，都表現(xiàn)出色?！?/p>

　　雙方之間的緊密合作關(guān)系將在未來得到進(jìn)一步的深化， 因?yàn)?Stefano Flore 仍然堅(jiān)信，在利樂?設(shè)備中采用基于 PC 的 控制技術(shù)蘊(yùn)含著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ骸拔覀冋J(rèn)為，無電纜技術(shù) (NCT)是 XTS 系統(tǒng)的一項(xiàng)極具前景的進(jìn)一步升級發(fā)展。我們 已經(jīng)著手測試 XPlanar 技術(shù)為多種應(yīng)用場景所帶來的各種可能 性。我們還看到了 MX-System 無控制柜解決方案以及 TwinCAT Runtime for Linux?極具吸引力的優(yōu)勢。我們擁有巨大的潛力， 能夠像在這個案例中的試點(diǎn)客戶所體驗(yàn)的那樣，給用戶帶去驚 喜，為他們精心打造出一臺充滿魔力的‘魔法機(jī)’?！?/p>