摘要：MatrixPackaging：PC控制、EtherCAT和采用單電纜技術(shù)的AM8000系列伺服電機(jī)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(jī)領(lǐng)域擁有20多年的豐富經(jīng)驗(yàn)。公司最新推出的Metis™型號(hào)在美國拉斯維加斯舉行的2013年美國國際包裝展覽會(huì)（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(shè)立了新的里程碑。借助Beckhoff基于PC的控制技術(shù)，使不同的產(chǎn)品和包裝生產(chǎn)線、機(jī)器每分鐘能夠靈活地填充1...180個(gè)包裝袋。

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

MatrixPackagingMachinery公司副總裁兼總經(jīng)理MarcWillden說道。“Metis是專為滿足食品行業(yè)，擁有強(qiáng)勢地位的市場的各種需求而設(shè)計(jì)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(yùn)行時(shí)會(huì)有連續(xù)運(yùn)動(dòng)，顯著提高了其生產(chǎn)能力和吞吐量。一方面，它也需要更高程度的自動(dòng)化。”Willden解釋道。因?yàn)榇颖∧みB續(xù)移動(dòng)，且用于給飛速運(yùn)行的包裝袋封口的機(jī)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(chǎn)線，機(jī)器每分鐘能夠加工1?.180個(gè)包裝袋。這種靈活性可確保最佳的產(chǎn)品流和更高質(zhì)量的包裝。

控制系統(tǒng)架構(gòu)包括一臺(tái)CX5020嵌入式控制器、15英寸的CP2915多點(diǎn)觸控控制面板、EtherCATI/O端子模塊、AX5000系列EtherCAT伺服驅(qū)動(dòng)器和采用單電纜技術(shù)的AM8000系列伺服電機(jī)以及TwinCATNC，如圖3所示。

圖1 Metis™連續(xù)運(yùn)動(dòng)機(jī)器

圖2 立式袋成型充填封口機(jī)

圖3 CX5020嵌入式控制器

一臺(tái)CX5020嵌入式控制器負(fù)責(zé)控制整臺(tái)機(jī)器,包括運(yùn)動(dòng)控制和可視化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由AX5000系列EtherCAT伺服驅(qū)動(dòng)器和采用單電纜技術(shù)的AM8000系列伺服電機(jī)構(gòu)成。其結(jié)果是在OMACPackML標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上打造了一臺(tái)最先進(jìn)的設(shè)備。“自從2011年10月起，MatrixPackaging一直是ProMach集團(tuán)旗下一員，其中有超過20個(gè)品牌致力于包裝技術(shù)。ProMach是PackML標(biāo)準(zhǔn)最忠實(shí)的信徒。PackML具有標(biāo)準(zhǔn)化操作模式的管理和通訊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以提供即時(shí)透明性。它還減少了工程和整合成本，提高生產(chǎn)力，并提供經(jīng)過改進(jìn)的診斷功能。所有這些優(yōu)點(diǎn)給我們的客戶帶來了真正的附加價(jià)值。”MarcWillden如此說道。

3.先進(jìn)的多點(diǎn)觸控HMI理念

“我們決定使用多點(diǎn)觸控技術(shù)是因?yàn)锽eckhoff能夠提供明亮、高品質(zhì)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(gè)相當(dāng)大的用戶界面，這在一臺(tái)傳統(tǒng)的6英寸屏幕上將很難實(shí)現(xiàn)。Metis現(xiàn)在配備了一臺(tái)15英寸多點(diǎn)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(diǎn)觸控界面和傳統(tǒng)的塑料外殼，在外觀上就難看很多。”MatrixPackaging團(tuán)隊(duì)對(duì)多點(diǎn)觸控功能，如滾動(dòng)能力的增強(qiáng)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(jī)器上的保護(hù)屏障，他的雙手總是在一個(gè)安全的位置，即使是在機(jī)器運(yùn)行時(shí)。”Krummey指出。采用先進(jìn)的多點(diǎn)觸控技術(shù)的高品質(zhì)15英寸控制面板是Metis™的另一個(gè)亮點(diǎn)，如圖4所示。

圖4 15英寸控制面板

4.針對(duì)PLC運(yùn)動(dòng)控制和可視化的集成式平臺(tái)

結(jié)構(gòu)緊湊的DIN導(dǎo)軌安裝式CX5020嵌入式控制器用作PLC運(yùn)動(dòng)控制和可視化的集成平臺(tái)。它控制所有的程序，方便了與生產(chǎn)線下游組件的通信，同步送料器與Metis機(jī)器過程、觸發(fā)機(jī)械袋密封夾板等。同時(shí)它還控制著兩臺(tái)用于處理三根運(yùn)動(dòng)軸的AX5000系列EtherCAT伺服驅(qū)動(dòng)器。MatrixPackaging只需要兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，通過雙通道AX5000驅(qū)動(dòng)器和單通道AX5000驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。運(yùn)動(dòng)曲線通過TwinCATNC凸輪功能實(shí)施。

5.單電纜技術(shù)降低了布線成本

“通過選擇采用單電纜技術(shù)（OCT）的AM8000系列伺服電機(jī)，我們更加簡化了運(yùn)動(dòng)控制。OCT具有高效特點(diǎn)，符合我們的機(jī)器理念。”MikeKrummey解釋說。“單電纜技術(shù)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(shù)

6.EtherCAT提供無限的可擴(kuò)展性和互操作性

除了EtherCAT用作I/O和運(yùn)動(dòng)控制總線系統(tǒng)時(shí)出色的性能表現(xiàn)之外，MatrixPackaging對(duì)系統(tǒng)的可擴(kuò)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(yù)。其中就包括EL3681數(shù)字萬用表端子模塊，它是一款經(jīng)濟(jì)的電力監(jiān)控端子模塊。“舉例來說，如果操作人員在運(yùn)行電壓不足的VFFS設(shè)備，報(bào)警監(jiān)控器會(huì)觸發(fā)緊急停止并報(bào)告電源有問題。”MikeKrummey解釋說道。“與單獨(dú)的解決方案相比，這一集成式端子模塊是一個(gè)更經(jīng)濟(jì)高效的選擇。”

機(jī)器控制系統(tǒng)和現(xiàn)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(jīng)成為過去。“令人印象深刻的是，我們的Metis機(jī)器機(jī)只使用了新控制平臺(tái)不到1％的性能。”MarcWillden補(bǔ)充說道。“基于PC的控制系統(tǒng)和EtherCAT有充足的性能儲(chǔ)備滿足未來的所有需求。”

7新的平臺(tái)可以節(jié)省空間和成本

通過使用Beckhoff的控制平臺(tái)減少機(jī)器的占地面積是MatrixPackaging實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)主要目標(biāo)。由于控制組件采用緊湊型設(shè)計(jì)，Metis的電氣柜比配備傳統(tǒng)PLC的樣機(jī)短了約6英寸（15厘米）。“控制柜組裝花費(fèi)的時(shí)間要少得多，不僅因?yàn)殡姍C(jī)采用單電纜技術(shù)，而且由于EtherCAT端子模塊采用了智能設(shè)計(jì)。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(tǒng)的成本比我們?cè)扔?jì)劃的PLC解決方案要減少約10％，即使添加了多點(diǎn)觸控用戶界面。”MarcWillden闡述道。“Beckhoff的自動(dòng)化方案與專注于公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)械或電氣組件，因?yàn)槲覀兏矚g那些在行業(yè)中有成熟應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和技術(shù)。”因此，MatrixPackaging正在考慮將其它機(jī)器生產(chǎn)線移植到Beckhoff的PC控制平臺(tái)中。