基于pc的控制带来性能提升，成本降低

垂直成型/填充/密封设备的领先制造商，矩阵的包装(www.matrixpm.com)是Pro Mach, Inc.软包装集团的核心部分。该公司的新型Metis™连续运动机是一项重要的新产品开发，适用于包装奶酪、咖啡、粉末、零食和糖果的工厂，以及硬件等非食品应用。

自动化Metis是一个基于pc的控制架构，包括多点触摸显示技术。EtherCAT是工业以太网现场总线，用于联网自动化系统组件。Metis是包装行业的第一台vf/f/s枕头袋装袋机，可在连续或间歇运动模式下运行。虽然Metis机械可以应用于任何需要连续运动vf/f/s机器的应用，但它特别适用于以180/分钟的高速运行小薄膜袋的应用。Matrix公司副总裁兼总经理Marc Willden表示，这款新机器的控制架构是其功能的重要组成部分。

威尔登说:“这台机器计划在2012年底完工，我们最初使用的是一家主要厂商的PLC，通过以太网/IP与另一家厂商的运动控制系统接口。”“但我们发现，基于plc的系统在逻辑和运动控制之间的通信效率低下，严重影响了性能。我们被困在每分钟60或70次循环中，这远远不够。”

Matrix包装机械公司电气工程经理Mike Krummey补充道:“我们希望继续使用工业以太网协议，并对EtherCAT技术如何帮助PLC和伺服同步产生了兴趣。”“在寻找合适的替代解决方案的过程中，我们在2013年向汉诺威博览会派遣了一名Matrix包装工程师，并在博览会的多个展位上看到了令人印象深刻的高性能EtherCAT运动演示Beckhoff自动化(www.beckhoff.com)展台。这说明EtherCAT技术在我们的应用中会很好地发挥作用，倍福在这方面处于领先地位。

Krummey继续说道:“因为我们不得不将2013年Pack Expo作为我们的最后期限，重新调整Metis机器的整个开发工作，我们承认在汉诺威博览会之后，我们没有给倍福太多时间来帮助我们完成项目。”“从2013年5月与倍福合作开始，我们必须在现场测试机器原型数周，然后立即将其运送到Pack Expo正式亮相。诚然，这是一个非常激进的时间表，但Pack Expo是Matrix Packaging最大的贸易展，所以如果有一座山挡在路上，你就把它移开。倍福团队帮助我们成功地管理了该项目，Metis机器在展会上以完整的功能状态如期完成。”

控制组件
Matrix Packaging最终实现的基于倍瀚夫PC的控制平台包括一个CX5020嵌入式PC, 1.6 GHz英特尔Atom™Z530处理器，TwinCAT软件，一个15英寸CP2915-0000多点触摸控制面板，EtherCAT终端I/O, AX5000伺服驱动器和AM8000伺服电机，采用One Cable Technology。Metis机床编程选用TwinCAT数控凸轮平台，人机界面软件选用InduSoft。这里大量使用PackML来创建标准状态机和其他特定于打包的元素。

“Pro Mach是PackML标准的忠实信徒，可以为客户增加价值，减少完成项目所需的时间，”Willden说。“它提供了即时的清晰度。Matrix和Beckhoff的每个人都对基于packml的系统感到满意，所以它更像是一种‘按数字绘制’的编程体验，而不是一张空白的画布。”

Krummey补充道:“最初决定使用多点触控人机界面技术是基于倍福提供的明亮、高质量的显示器。”PackML需要一个合适大小的人机界面，在我看来，在普通的6英寸屏幕上实现它是很困难的。Metis拥有15英寸的对角线屏幕，具有领先的多点触摸功能，价格与我们之前的面板相同，后者的单点触摸界面和塑料外壳要便宜得多。”

一台CX5020嵌入式PC可以运行整个Metis机器，包括逻辑和运动任务以及基于indusoft的可视化。嵌入式PC处理的主要任务包括与上游设备通信的接口程序、与Metis机器过程密切同步的馈线、用于密封袋的机械颚设备以及其他自动化功能。由cx5020供电的Metis系统能够控制运行凸轮任务的三个伺服轴。由于通信速度在微秒范围内，EtherCAT可以轻松管理所有Metis机器的I/O和运动系统通信。Matrix Packaging使用2通道AX5000 EtherCAT驱动器和1通道AX5000驱动器，只需要两个伺服驱动器来运行三个运动轴。

进一步简化运动系统的是AM8000系列伺服电机，采用一根电缆技术(OCT)，这意味着电力和反馈都通过一根标准电缆传输。威尔登说:“在使用One Cable Technology之后，我们再也不会回到双线伺服电机的解决方案。”“OCT效率高，与我们的机器集成得非常好，有利于更清洁的布线基础设施。”梅蒂斯机器上的两个马达必须前后滑动大约5英寸。通过每个电机有一根电缆，Matrix Packaging能够更有效地布线电缆，同时保持足够的松弛，使它们自由移动。

EtherCAT的可扩展性和互操作性对于矩阵封装也很重要。用户可以使用各种EtherCAT I/O终端实现特殊功能，Matrix Packaging的一个例子是用于低成本电力监控的EL3681数字万用表终端。Krummey说:“例如，如果操作员试图以过低的电压运行Metis机器，我们已经实现的警报监控器将使系统处于E-stop状态，并警告操作员供电存在严重问题。”“与独立解决方案相比，该终端的成本效益更高。”

“增长空间”
担心机器控制系统和现场总线将不符合矩阵包装的想象力和工程能力现在是过去。Willden表示:“令人印象深刻的是，我们只利用了不到1%的新控制平台功能。“我们希望有增长空间，而基于pc的控制和EtherCAT提供了足够的空间。”

减少机器占地面积也是Matrix Packaging的一项重大成就。当该公司推出基于pc的Metis机器时，可以使用比预期更小的电柜。与配备传统PLC的第一台Metis原型机相比，在Pack Expo上亮相的这台机器的外壳尺寸减少了6英寸。这导致了一台更紧凑的机器，需要更便宜的面板设备，并提供了更好的机械部件。”

Matrix Packaging还能够显著降低这些小型电气柜内设备的成本。“尽管我们现在有更好的性能和功能，我们基于pc的控制系统的成本至少比我们之前基于plc的解决方案低10%。这种减少甚至影响了我们的多点触控人机界面。”“此外，Matrix Packaging还通过OCT将电机布线减少了50%，并淘汰了几个较小的布线附件。取消直通设备和其他电缆管理产品可以降低额外的机柜成本，每次我们出售一台机器时，节省的成本都会成倍增加。”

如今，面板建造所需的劳动时间要少得多，这不仅是因为OCT，还因为EtherCAT终端的智能设计。Krummey说:“使用EtherCAT，我们的面板布线成本已经大幅降低，我们估计减少了30%到40%。”

Willden说:“倍福的自动化和控制方法与Matrix Packaging的理念是一致的。“这就是为什么Matrix Packaging正在认真考虑将其他机器生产线迁移到这个平台上。”